辽河流域人发中重金属元素分布特征_乌爱军.pdf

第 26 卷第 4 期 2007 年 8 月 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 26，No． 4 August， 2007 文章编号 02545357 2007 04030504 辽河流域人发中重金属元素分布特征 乌爱军，杨晓波，马力，于成广，王丹阳 辽宁省地质矿产调查院，辽宁 沈阳110032 摘要 对辽河流域人发中重金属元素含量分布、 分配规律研究结果表明 重金属元素尤其是 铅、 镉、 汞、 砷、 铬元素， 分布规律有很大相同之处， 高含量数据点均围绕沈阳、 锦州等重工业城市 及阜新、 柴河铅矿及其下游等地区分布， 且城市居民平均含量明显高于乡村居民平均水平。通过 进一步对典型污染区的研究发现 人发分布特征与背景环境有很大相关性， 即土壤、 浅层地下水、 作物中重金属含量高的地区， 人发中重金属含量亦较高。 关键词 重金属元素; 分布特征; 人发; 背景环境; 辽河流域 中图分类号 P596文献标识码 A 收稿日期 2007- 02- 28; 修订日期 2007- 04- 20 基金项目 国土资源地质大调查 辽宁省辽河流域农业地质调查项目资助 2004142000004 作者简介 乌爱军 1967 ， 女， 辽宁沈阳人， 高级工程师， 从事生态地球化学研究工作。E- mail lnsywym222163． com。 Distribution Characteristics of Heavy Metal Elements in Human Hair from Liaohe Drainage Area WU Ai- jun，YANG Xiao- bo，MA Li，YU Cheng- guang，WANG Dan- yang Liaoning Institute of Geological Survey，Shenyang110032，China Abstract Results from the research on the distribution of heavy metal elements in human hair samples from Liaohe Drainage Area indicate that the distribution rule of the heavy metal elements，especially for Pb，Cd，Hg， As and Cr，is uni． The higher content data points distribute all around heavy industrial cities and areas such as Shenyang，Jinzhou，Fuxin and Chaihe lead mine． Another distribution characteristics is that the average con- tent of heavy metal elements in human hair samples from urban residents are much higher than those from rural residents． Further research on typical polluted areas indicates that distribution characteristics of heavy metal ele- ments in human hair samples also have significant correlation to the local environmental background，the higher the contents of heavy metal elements in local environmental media such as soil，shallow groundwater and crops， the higher the contents of heavy metal elements in human hair samples in this area． Key words heavy metal element; distribution characteristics; human hair; environmental background; Liaohe Drainage Area 重金属元素对人体健康有非常重要影响 ［1 －2 ］， 如锌是大脑必需的微量元素并影响 DNA 的合成; 镉、 汞、 铅等有毒害重金属会对神经系统造成无法 恢复的伤害， 与癌症等疾病的发生有密切的关联。 人发中微量元素含量对人体中相应元素的状态有 指示作用 ［3 ］。研究显示， 常用的人体微量元素检 测对象 血液， 在某些微量元素临界性异常检测 中不能准确有效地反映机体状况， 且取样条件受 限， 而人发中微量元素含量正逐步成为一种简单易 行的人体健康指标。 据有关文献的研究成果显示 ［ 4 ］， 对人发中微量 元素的含量水平并结合整个环境进行综合分析， 不 仅反映了区域地球化学总体特征， 同时也能较好反 映不同人群人体中生命元素代谢状况及健康水平。 503 ChaoXing 人发中微量元素含量水平与背景环境关系极 为密切， 土壤污染物可以通过粉尘、 元素活化迁移 和生物地球化学循环进入大气、 作物、 水圈和生物 体中 ［5 －6 ］。本文试图通过对辽河流域人发中重金 属元素分布特征的研究， 并在此基础上探讨其与背 景环境间的关系， 以最终达到人发中重金属元素含 量对人体健康及背景环境的双重预警作用。 1样品采集及处理 1． 1样品采集 采样范围为辽河平原， 包括铁岭、 沈阳、 盘锦以 及抚顺、 辽阳、 鞍山、 阜新、 锦州和营口的部分地区， 面积为52484 km2， 共采集 96 个样品。采样对象在 采样范围内均匀分布， 为当地的常住居民， 居住时间 至少10 年以上 儿童例外 。采样介质为头发， 主要 选取后枕部自然生长、 未经烫染的头发， 质量为 2 ～5 g。发样先经1的洗涤剂清洗， 除去油脂等附 着物， 再用蒸馏水浸泡， 冲洗干净， 于60℃烘干。 1． 2样品测试 样品送至国土资源部沈阳矿产资源监督检测中 心进行测试。其中 As、 Cd、 Cr、 Cu、 Pb、 Zn、 Ni 用微波 消解等离子体质谱法 X 系列 ICP － MS， 美国Thermo 公司 进行测定; Hg 用原子荧光光谱法 仪器型号 AFS －230E 型原子荧光光度计， 北京科创海光仪器 有限公司 测试。在测定中采用加平行样的方法进 行检测监控， 结果表明数据真实可靠。 2辽河流域人发中重金属含量分布特征 2． 1数据处理方法及结果 以元素所有测试结果的平均值加减两倍标准 偏差为上下界限作异常值剔除， 直至平均值等统计 数值不再变化为止， 得到人发样品重金属元素的特 征值 表 1 最大值 xmax 、 最小值 xmin 、 平均值 珋x 、 标准偏差 s 及中位数。 表 1辽河流域人发样品中的重金属元素分析 Table 1Analytical results of heavy metal elememts in human hair samples from Liaohe drainage area 元素 样品数 n wB/ μgg －1 xmaxxmin 珋xs中位数 As592．610．250．610．170．60 Cr503．720．160．430．150．41 Cd410．440．010．020．010．023 Cu6123．107．3010．571．7610．60 Hg4910．600．421．250．371．23 Pb4929．800．591．230．551．17 Zn56190．0072．00137．3614．73138．00 Ni576．010．521．270．401．19 2． 2人发中重金属元素含量的分布特征 将辽河流域人发中各个重金属元素含量按 珋x －1．5s 、 珋 x －0．5s 、 珋x 0．5s 、 珋x 1．5s 的间隔 进行了分级， 分级后的数据清晰地显示了人发中重 金属元素的分布特点 As、 Cd、 Pb 的高含量 含量大 于 珋x 1．5s 点主要分布在铁岭柴河铅矿、 沈阳周边 地区、 阜新矿区及锦州一带; Cr、 Cu、 Zn 的高含量点 主要分布在沈阳至抚顺、 辽阳及铁岭柴河铅矿等地; Hg 的高含量点主要分布在沈阳周边、 盘锦地区、 锦 州及阜新矿区一带。 考虑到单一元素指示作用的局限性， 本次采用 As、 Cd、 Cr、 Cu、 Hg、 Pb、 Zn、 Ni 等 8 项重金属元素累 积指数总量 Ht 进行对比研究。元素累积指数总 量计算公式为 Ht ΣCi /珋 xi 式中， Ci表示某元素含量; 珋 xi表示某元素辽河流域 平均含量。 在此基础上完成了辽河流域人发取样点位的 重金属元素累积指数分级图 图 1 。从图中可以 看出， 重金属高含量点主要沿沈阳、 锦州等工业城 市及阜新、 柴河铅矿等矿区分布; 而低含量点主要 分布在昌图县、 彰武县等辽北辽西相对较为偏远的 乡村地区。 图 1辽河流域人发中重金属总量分级图 Fig． 1Gross grade map of heavy metal elememts in human hair from Liaohe drainage area 将城市居民人发中重金属含量平均值与乡村 人群进行对比 表 2 ， 由表 2 可见， 除 Hg 和 Ni 外， 其他重金属元素均表现出城市居民高于乡村居民 603 第 4 期 岩矿测试 http ∥ykcs． i3t． com． cn/ 2007 年 ChaoXing 的特点， 尤其是 Pb、 Cr、 Cd 更为明显， 城市居民人 发中的含量分别是乡村居民的 3． 2、 1． 9 和 2． 0 倍， As、 Cu、 Zn 稍增高。 表 2辽河流域城市居民与乡村居民人发 重金属元素平均含量 Table 2Average content of heavy metal elememts in human hair from urban residents and from rural residents in Liaohe drainage area 元素 珔wB/ μgg －1 城市居民 n 20 乡村居民 n 48 珔w城市 珔w乡村 元素 珔wB/ μgg －1 城市居民 n 20 乡村居民 n 48 珔w城市 珔w乡村 As0．760．641．18Hg1．732．120．82 Cr0．970．511．90Pb5．431．693．21 Cd0．100．052．00Zn135．63131．761．03 Cu13．4510．361．30Ni1．321．870．70 3重金属元素特征与背景环境的关系 为探讨辽河流域人发中重金属元素含量特征 与背景环境间的关系， 本文在分析整个辽河流域各 类介质背景资料的同时， 还重点选择沈阳细河和柴 河铅矿区为典型区， 通过重点对该区土壤背景状 况、 水地球化学特征、 作物中重金属含量情况及人 发中重金属含量特征的对比、 研究， 初步探讨人发 中重金属元素含量与背景环境的关系。 沈阳细河区 细河为位于沈阳市西南部， 流经 铁西工业区的城市废水排放河流， 河水污染严重， 各种重金属等污染物含量较高。 柴河铅矿区 柴河铅矿为铁岭市东部柴河水库 上游一中型铅锌矿， 虽已闭坑多年， 但由于矿山长期 废水、 废渣排放， 重金属污染较为严重， 有害元素已 经通过河流向下游迁移， 影响到下游土壤和水体。 3． 1典型研究区人发中重金属元素含量特征 将沈阳细河和柴河铅矿典型区人发中重金属 元素平均含量与整个辽河流域人发样品背景值进 行对比， 由表 3 结果可明显看出， 典型研究区内人 发中主要重金属元素含量均显著超出背景平均值 水平， 尤其是 Pb、 Cd 在人发中累积最为明显， 分别 达到背景含量的 3 ～21 倍和 5 ～18 倍， 可见人发中 重金属含量与背景环境有较大相关性。 3．2人发中重金属元素含量与土壤地球化学特征关系 根据 国家土壤环境质量标准 ， 辽河流域三类 和超三类不适宜发展农业生产的土壤面积为 3112 km2， 达到全流域的 7， 主要分布在沈阳、 锦州、 鞍山等工业城市周边和柴河铅矿、 阜新煤矿等地。 沈阳细河地区土壤中重金属元素平均值与整个 辽河流域背景值比较 表 4 ， 可以看出， 细河地区土 壤中重金属含量均高于辽河流域背景值， 尤其 Cd 和 Hg 元素含量增高显著， 分别达到流域背景值的 17 倍、 6 倍， 土壤的这种分布特点与该地区人发中重金 属元素含量增高一致， 证明人体中重金属元素的 累积与土壤背景间存在较强的继承性。 表 3典型研究区人发中重金属元素含量与 辽河流域背景值对比① Table 3Comparison of heavy metal element contents in human hair from typical research areas with the background values of Liaohe drainage area 元素 珔wB/ μgg －1 辽河流域 n 53 柴河流域 n 5 细河地区 n 20 累积倍数 柴河流域细河地区 As0．6050．980．7821．621．29 Cr0．4331．060．9782．452．26 Cd0．0230．420．11718．045．09 Cu10．56514．2513．6001．351．29 Hg1．2521．472．2791．171．82 Pb1．22926．703．82021．723．11 Zn137．360128．50138．7860．941．01 Ni1．2722．051．2341．610．97 ① 以辽河流域人发样品平均含量作为背景值。 表 4沈阳细河土壤重金属元素含量与 辽河流域背景值对比 Table 4Comparison of heavy metal element contents in soils from Xihe River with background values of Liaohe drainage area 元素 珔wB/ μgg －1 细河地区 n 8 辽河流域 n 13094 富集 倍数 元素 珔wB/ μgg －1 细河地区 n 8 辽河流域 n 13094 富集 倍数 As10．156．7231．51Hg0．220．0336．67 Cr91．9159．8581．54Pb58．4523．7552．46 Cd2．200．12917．05Zn147．0053．8652．73 Cu51．3618．7442．74Ni37．8923．0541．64 3．3人发中重金属元素含量与水地球化学特征关系 辽河流域地下水水质总的来说较差， 其中按照 国家标准划为不能饮用或需适当处理的四、 五类地 下水面积几乎达到整个流域的一半。除大部分为 铁锰自然超标因素外， 沈阳、 锦州、 鞍山等城市周边 和矿山周围的浅层地下水中 Cd、 As、 Pb 等主要重 703 第 4 期乌爱军等 辽河流域人发中重金属元素分布特征第 26 卷 辽宁省 “辽河流域区域生态地球化学调查” 报告．2007． ChaoXing 金属元素含量也增高。沈阳细河地区浅层地下水 中重金属元素与整个辽河流域背景值进行比较 表 5 ， 可以看出， 除 Cr、 Cu 外， Cd、 As、 Pb、 Zn、 Ni 等均不同程度地高于辽河流域的背景值。饮用水 也是造成人体中重金属累积的重要因素。 表 5沈阳细河浅层地下水重金属元素含量 与辽河流域背景值对比① Table 5Comparison of heavy metal element contents in surface groundwater from Xihe River with the background values of Liaohe drainage area 元素 珔wB/ μgg －1 细河地区 n 8 辽河流域 n 2395 富集 倍数 元素 珔wB/ μgg －1 细河地区 n 8 辽河流域 n 2395 富集 倍数 As4．221．3873．04Pb4．220．4549．30 Cr1．262．4460．52Zn57．069．6405．92 Cd0．00012 0．00005942．02Ni9．095．5691．63 Cu0．981．9650．50 ① Hg 元素由于含量低， 且检测数据不可靠， 故未列出。 3． 4人发中重金属元素含量与农作物含量的关系 由于区域土壤和水体中重金属含量增高， 一般会 造成农作物中重金属元素相应增高， 农作物的吸收与 土壤有较高继承性 ［ 7 －8 ］。以沈阳细河及柴河铅矿区 为例， 作物中大部分重金属元素含量高于辽河流域背 景值 表6 ， 其中Cd、 Cu、 Pb 和Hg 在作物籽实中显著 富集。根据 国家食品中污染物限量标准 ［ 9 ］， 铅矿周 边粮食中 Cd、 Pb 含量已经超过国家食品限量指标。 长期食用当地自产的粮食和蔬菜， 也是造成当地人发 中重金属元素含量增高的重要因素。 4结语 通过对辽河流域人发中重金属元素 As、 Cr、 Cd、 Cu、 Hg、 Pb、 Zn、 Ni 的研究， 发现这些元素高含 量数据点的分布规律有较大一致性， 即均围绕沈 阳、 锦州等重工业城市及阜新、 柴河铅矿等污染严 重地区分布， 且城市居民平均含量明显高于乡村居 民平均水平。 辽河流域土壤、 浅层地下水、 农作物这些不同 介质中重金属元素含量分布规律一致， 即高值点均 沿重污染区分布， 而且不同介质中重金属元素含量 变化趋势亦表现出很大相似性。研究表明， 受污染 的背景环境与当地居民人发中相应元素含量的分 布存在较高的相关性， 即土壤、 浅层地下水、 农作物 中重金属元素含量高的地区， 人发中相应元素亦表 现为较高含量。这对有效避免重污染环境中居住 人群重金属中毒有重要预警作用。 表 6沈阳细河及柴河铅矿作物中重金属元素含量与 辽河流域背景值对比 Table 6Comparison of heavy metal element contents in crops from Xihe River and Caihe vanadium mine with the background values of Liaohe drainage area 元素 水稻珔wB/ μgg －1 细河地区 n 4 辽河流域 n 93 富集 倍数 玉米珔wB/ μgg －1 柴河流域 n 10 辽河流域 n 256 富集 倍数 As0．0870．0721．200．0110．0190．58 Cr0．1300．1131．150．1850．1151．61 Cd0．1530．1341．140．3280．1192．76 Cu2．9922．7231．101．0720．3223．33 Hg0．0120．0071．850．0090．0042．01 Pb0．1100．0851．290．4020．1083．72 Zn16．94417．8730．9528．83017．0831．69 Ni1．8682．3530．793．2663．3640．97 5参考文献 ［ 1］ 杨学东， 白秀珍． 头发中锌、 铜、 铅含量与儿童智商的 关系［ J］ ． 数理医药学杂志， 2006， 19 4 430． ［ 2］李素梅． 微营养素与健康［M］ ． 北京 化学工业 出版社， 2003 2 －5． ［ 3］ 曹心慧， 方树友，冯丛， 等． 神经症患者头发中钙、 锌、 铜、 镁元素含量测定［J］ ． 中国临床康复， 2006， 10 30 10 －11． ［ 4］ 李家熙， 刘晓端． 地球化学环境［ M］ ． 北京 地质出版 社， 2001 7 －12． ［ 5］ 刘红樱， 谢志仁， 陈德友， 等． 成都地区土壤环境质量 初步评价［J］ ． 环境科学学报， 2004， 24 2 297 － 303． ［ 6］廖自基． 环境中微量金属元素的污染危害与迁移 转化［ M］ ． 北京 科学出版社， 1989 26 －28． ［ 7］Alina Kabata- Pendias． Soil- Plant Transfer of Trace Elements［ J］ ． An Environmental Issue， 2004 122 143 －149． ［ 8］ 丁中元． 重金属在土壤 － 作物中分布规律研究［J］ ． 环境科学， 1989， 10 5 78 －84． ［ 9］ GB 27622005， 国家食品中污染物限量标准［ S］ ． 803 第 4 期 岩矿测试 http ∥ykcs． i3t． com． cn/ 2007 年 辽宁省 “辽河流域区域生态地球化学调查” 报告．2007． ChaoXing