铜陵市中小学校园：功能区视角下的灰尘重金属分布与健康风险洞察

铜陵市中小学校园：功能区视角下的灰尘重金属分布与健康风险洞察一、引言1.1研究背景与意义铜陵市，作为中国重要的工业城市之一，拥有悠久的采冶铜历史，其采冶铜的历史可追溯至商周时期，盛于汉唐，至今已延绵3500余年。在新中国成立后，铜陵成为了第一个铜工业基地，凭借丰富的矿产资源，铜陵在工业领域迅速崛起，尤其是铜产业，成为了推动城市经济发展的核心力量。然而，长期的工业发展，尤其是采矿业和金属冶炼业的高强度运作，给铜陵市的生态环境带来了沉重的负担。工业生产过程中产生的大量废气、废水和废渣，未经严格处理便排放到环境中，导致空气中的颗粒物浓度增加，水体和土壤受到不同程度的污染。其中，重金属污染物由于其具有毒性强、难降解、易积累等特性，成为了铜陵市环境污染的主要问题之一。这些重金属污染物在自然环境中难以分解，会随着大气沉降、地表径流等途径进入到城市的各个角落，其中校园环境也未能幸免。校园作为学生学习和生活的重要场所，其环境质量直接关系到师生的身体健康。中小学生正处于生长发育的关键时期，身体机能尚未完全成熟，对环境中的污染物更为敏感。校园灰尘中的重金属可通过呼吸吸入、皮肤接触和手-口接触摄食等途径进入学生体内，长期积累可能会对学生的神经系统、免疫系统、呼吸系统等造成损害，影响学生的正常生长发育和身体健康。例如，铅会影响儿童的智力发育，导致学习能力下降、注意力不集中等问题；镉则可能损害肾脏和骨骼，引发肾功能障碍和骨质疏松等疾病。此外，对铜陵市不同功能区中小学校园灰尘重金属的研究，也有助于深入了解城市环境污染的空间分布特征和迁移规律。不同功能区，如工业区、商业区、居民区和文教区等，由于其土地利用方式、交通流量、工业活动强度等因素的差异，校园灰尘中的重金属污染程度和来源也可能存在显著差异。通过对不同功能区校园灰尘重金属的研究，可以明确各功能区的主要污染来源和污染程度，为制定针对性的环境治理措施提供科学依据，从而有效改善城市环境质量，实现城市的可持续发展。综上所述，研究铜陵市不同功能区中小学校园灰尘重金属分布特征及其健康风险评估具有重要的现实意义，不仅有助于保障师生的身体健康，还能为城市环境治理和可持续发展提供有力的支持。1.2国内外研究现状随着城市化进程的加速和工业化的快速发展，城市环境中的重金属污染问题日益受到关注。校园作为城市中的特殊区域，其灰尘中的重金属污染状况及对师生健康的潜在影响也逐渐成为研究的热点。国内外学者针对校园灰尘重金属污染展开了多方面的研究，取得了一系列有价值的成果。在国外，许多研究聚焦于城市校园灰尘重金属的污染特征。如[具体文献]对[具体城市]校园灰尘中重金属含量进行分析，发现不同重金属在校园不同区域的浓度分布存在差异，且部分重金属浓度超出当地土壤背景值。研究表明，交通流量、工业活动和人类活动强度是影响校园灰尘重金属含量的重要因素。靠近交通干线的校园区域，灰尘中铅、锌等重金属含量较高，这主要是由于汽车尾气排放和轮胎磨损等原因导致重金属的输入；而在工业活动频繁的地区，校园灰尘中的镉、汞等重金属浓度则相对较高，工业废气、废水和废渣的排放是其主要来源。国内学者也对校园灰尘重金属污染进行了大量研究。在北京，有研究通过对多所高校校园道路灰尘的分析，揭示了灰尘中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb等重金属的污染特征及健康风险。研究结果显示，部分高校校园道路灰尘中重金属平均质量浓度高于北京土壤重金属背景值，其中Zn、Cd和Cu处于中度污染水平，Cr和Pb处于轻度污染水平，Ni处于无污染水平。通过对不同功能区校园灰尘重金属的研究发现，工业区周边校园灰尘重金属污染程度相对较高，这与工业区内工业生产活动产生的大量重金属污染物排放密切相关；而文教区校园灰尘重金属污染程度相对较低，但仍需关注潜在的污染风险。在河南，有研究以某高校为对象，采集宿舍、图书馆和教学楼等室内灰尘样品，分析了6种重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的含量。结果表明，6种重金属元素的平均含量均高于当地灰尘重金属背景值，教学楼的污染负荷指数最高，属于重度污染，图书馆和宿舍楼为中度污染。不同环境室内的非致癌风险值为教学楼>图书馆>宿舍，总致癌风险值大小为图书馆>教学楼>宿舍，均不存在健康风险，但Cr是最主要的非致癌因子和致癌风险因子。然而，目前针对铜陵市中小学校园灰尘重金属的研究相对较少。铜陵市作为典型的工业城市，长期的工业活动使得城市环境受到不同程度的重金属污染，中小学校园也可能受到影响。现有研究大多集中在其他城市或地区，对于铜陵市不同功能区中小学校园灰尘重金属的分布特征、污染来源及健康风险的研究尚存在不足。在已有的研究中，较少考虑到铜陵市独特的工业发展历史和产业结构对校园灰尘重金属污染的影响，缺乏对不同功能区校园灰尘重金属污染的系统对比分析。本研究将以铜陵市不同功能区中小学校园为研究对象，全面分析校园灰尘中重金属的分布特征，运用多种方法进行污染评价和来源解析，并对其健康风险进行评估。旨在填补铜陵市在这一领域的研究空白，为铜陵市中小学校园环境质量改善和师生健康保护提供科学依据，同时也为其他类似工业城市的校园环境研究提供参考。1.3研究内容与方法本研究聚焦铜陵市不同功能区中小学校园灰尘，着重分析其中重金属的分布特征，并评估其健康风险。研究涉及的重金属种类包括铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、锌（Zn）和镍（Ni）等，这些重金属因具有毒性强、难降解以及易在生物体内积累等特性，对生态环境和人体健康存在潜在威胁。在功能区划分方面，依据铜陵市的城市规划和土地利用现状，将其划分为工业区、商业区、居民区和文教区四大类。在每个功能区内，采用随机抽样的方法选取具有代表性的中小学校园作为研究对象，确保样本能够全面反映不同功能区的特征。样品采集工作严格遵循科学规范。在每所选定的校园内，选取多个具有代表性的采样点，如校园道路、操场、教学楼周边和绿化带等。这些采样点的选择充分考虑了校园内不同区域的活动强度、交通状况以及与污染源的距离等因素。使用干净的毛刷和聚乙烯铲，仔细收集每个采样点的灰尘样品，确保样品不受其他杂质的污染。每个采样点的样品收集量约为300g，装入聚乙烯自封袋后，当天带回实验室进行处理。样品分析前，先将采集的灰尘样品在通风、避光、室温的条件下自然风干至恒重。使用玛瑙研钵将风干后的样品研碎，并过0.15mm尼龙筛，以去除较大颗粒的杂质。采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）对样品中的重金属含量进行精确测定。在分析过程中，加入国家土壤标准参比物质GSS1，并制备3个平行样，以确保实验流程的质量控制。GSS1的回收率控制在94.7%-98.6%之间，平行样的标准偏差均小于10%，保证了测定结果的准确性和可靠性。为全面评估校园灰尘中重金属的污染程度和潜在生态风险，采用多种评价模型。地累积指数法用于评价重金属的污染程度，该方法考虑了人为活动和自然地质背景对重金属含量的影响，能够直观地反映出重金属在环境中的累积状况。潜在生态风险指数法用于评估重金属的潜在生态风险，该方法综合考虑了重金属的毒性、含量以及环境背景值等因素，能够全面地评价重金属对生态环境的潜在危害。在健康风险评估方面，运用美国环境保护署（USEPA）推荐的健康风险评价模型，对铜陵市不同功能区中小学校园灰尘中重金属通过呼吸吸入、皮肤接触和手-口接触摄食等途径进入人体的暴露剂量进行计算，并评估其非致癌风险和致癌风险。该模型基于大量的科学研究和实践经验，能够较为准确地评估重金属对人体健康的潜在风险。通过这些研究方法，旨在全面、深入地揭示铜陵市不同功能区中小学校园灰尘重金属的分布特征及其对师生健康的潜在影响。二、研究区域与研究方法2.1研究区域概况铜陵市位于安徽省中南部、长江下游，介于东经117°04’～118°09’、北纬30°38’～31°09’之间。其东与芜湖市繁昌县、南陵县接壤，南与池州市贵池区、青阳县交界，西与安庆市宜秀区、迎江区、桐城市毗邻，北与合肥市庐江县、芜湖市无为县相邻，总面积2991.87平方千米。作为长江三角洲中心区城市，铜陵市凭借其优越的地理位置，成为了长江经济带的重要节点城市。铜陵市属于北亚热带湿润季风气候，季风明显，四季分明，全年气候温暖湿润，雨量丰沛，湿度较大，日照充足，雨热同季，无霜期长。年平均气温15.9℃，年均降雨量1300-1800毫米，降雨集中在6-8月。这种气候条件不仅影响着城市的生态环境，也对大气污染物的扩散和迁移产生重要作用。夏季高温多雨，有利于大气中污染物的沉降和稀释；而冬季相对干燥少雨，不利于污染物的扩散，容易导致污染物在局部地区积累。铜陵市是“中国古铜都，当代铜基地”，也是全国八大有色金属工业基地之一。其采冶铜历史源远流长，绵延3000余年，早在商周时期，铜陵地区就开始了铜的采冶活动，盛于汉唐，延于宋元。新中国成立后，铜陵成为第一个铜工业基地，铜产业迅速发展壮大，成为推动城市经济发展的核心力量。经过多年的发展，铜陵市逐步形成了以铜、化工为主导，电子信息、装备制造、节能环保等齐头并进的产业发展格局。2023全年全市生产总值（GDP）1229.8亿元，三次产业结构为5.2：46.3：48.5。按常住人口计算，人均地区生产总值94530元；居民人均可支配收入36590元，人均消费支出23200元，恩格尔系数为31.3%。然而，长期的工业发展，尤其是采矿业和金属冶炼业的高强度运作，给铜陵市的生态环境带来了巨大的压力。工业生产过程中产生的大量废气、废水和废渣，未经严格处理便排放到环境中，导致空气中的颗粒物浓度增加，水体和土壤受到不同程度的污染。其中，重金属污染物由于其具有毒性强、难降解、易积累等特性，成为了铜陵市环境污染的主要问题之一。这些重金属污染物在自然环境中难以分解，会随着大气沉降、地表径流等途径进入到城市的各个角落，对城市生态环境和居民健康构成潜在威胁。在教育资源分布方面，铜陵市拥有众多中小学校，这些学校分布在城市的各个功能区。其中，工业区内的学校由于靠近工业生产区域，可能受到工业废气、废水和废渣排放的影响；商业区的学校则面临着交通拥堵、汽车尾气排放等问题；居民区的学校周边人口密集，生活污水和垃圾排放可能对环境产生一定影响；文教区的学校相对环境较为安静，但也不能完全排除外界污染的影响。不同功能区的学校所处的环境不同，校园灰尘中的重金属污染状况也可能存在差异。因此，研究铜陵市不同功能区中小学校园灰尘重金属的分布特征，对于了解城市环境质量、保障师生健康具有重要意义。2.2样品采集根据铜陵市的城市规划和土地利用现状，将其划分为工业区、商业区、居民区和文教区四大功能区。在每个功能区内，采用随机抽样的方法选取3-5所具有代表性的中小学校园，共选取16所学校，具体分布为工业区4所、商业区3所、居民区5所、文教区4所。在每所选定的校园内，综合考虑校园内不同区域的活动强度、交通状况以及与污染源的距离等因素，选取多个具有代表性的采样点，如校园道路、操场、教学楼周边和绿化带等。在每个采样点，使用干净的毛刷和聚乙烯铲，仔细收集地表灰尘样品，确保样品不受其他杂质的污染。每个采样点的样品收集量约为300g，装入聚乙烯自封袋中，并标记好采样点的位置、时间和功能区信息。为了全面了解校园内不同环境的重金属污染情况，除了室外灰尘样品，还在每所学校的教室内部进行灰尘采样。在教室采样时，选择教室的角落、讲台周围和学生座位附近等位置，使用同样的工具收集灰尘样品，每个教室的样品收集量约为100g，装入单独的聚乙烯自封袋并做好标记。样品采集完成后，当天将所有样品带回实验室进行处理。在实验室中，首先将采集的灰尘样品放置在通风、避光、室温的条件下自然风干至恒重。然后，使用玛瑙研钵将风干后的样品研碎，并过0.15mm尼龙筛，以去除较大颗粒的杂质，确保样品的均匀性和代表性，为后续的分析测试做好准备。2.3分析测试方法将过筛后的样品准确称取0.1000g于聚四氟乙烯消解罐中，加入5mL硝酸、3mL氢氟酸和2mL高氯酸，加盖后放置过夜。次日，将消解罐置于石墨消解仪上，按照设定的升温程序进行消解。首先，以5℃/min的速率升温至120℃，保持30min；然后，以3℃/min的速率升温至180℃，保持2h；最后，以2℃/min的速率升温至220℃，直至消解液呈无色透明或淡黄色。消解完成后，待消解罐冷却至室温，打开盖子，将消解液转移至50mL容量瓶中，用超纯水冲洗消解罐3-5次，洗液一并转移至容量瓶中，定容至刻度，摇匀备用。使用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS，型号为[具体型号]）对消解后的样品进行重金属含量测定。在测定前，先对仪器进行优化和校准，确保仪器的灵敏度、分辨率和稳定性满足分析要求。采用国家标准溶液（GBW07401-GBW07408）绘制标准曲线，各元素的线性相关系数均大于0.999。测定过程中，每10个样品插入一个空白样品和一个标准参考物质（GBW07424）进行质量控制，空白样品中各重金属含量均低于仪器检出限，标准参考物质的测定值与标准值的相对误差在±5%以内，确保了测定结果的准确性和可靠性。对于部分元素，如汞（Hg）和砷（As），由于其在ICP-MS测定过程中可能存在记忆效应和干扰，采用原子荧光光谱仪（AFS，型号为[具体型号]）进行测定。样品消解方法与ICP-MS测定时相同。在测定前，对AFS仪器进行预热、调试和校准，采用国家标准溶液（GBW08617-GBW08619）绘制标准曲线，线性相关系数大于0.999。同样，每10个样品插入一个空白样品和一个标准参考物质（GBW07424）进行质量控制，保证测定结果的准确性。为进一步确保分析测试数据的可靠性，在整个实验过程中采取了严格的质量控制措施。每批样品分析均同时进行空白试验，空白试验结果应低于方法检出限，以确保实验过程中无外来污染。定期对仪器进行维护和校准，检查仪器的性能指标是否符合要求。对标准参考物质进行多次测定，计算测定结果的相对标准偏差（RSD），RSD应小于10%，以验证分析方法的精密度。通过以上质量控制措施，保证了本研究中重金属含量测定数据的准确性和可靠性，为后续的污染评价和健康风险评估提供了坚实的数据基础。2.4重金属污染评价方法2.4.1地累积指数法地累积指数（I_{geo}）由德国科学家Müller于1969年提出，是一种广泛应用于评价环境中重金属污染程度的方法。该方法不仅考虑了人为活动对重金属含量的影响，还充分考虑了自然地质背景的作用，能够较为准确地反映出重金属在环境中的累积状况。其计算公式如下：I_{geo}=\log_2\left(\frac{C_n}{1.5B_n}\right)其中，C_n为样品中重金属n的实测含量（mg/kg），B_n为该重金属的地球化学背景值（mg/kg），1.5是考虑到自然成岩作用可能引起的背景值波动而引入的修正系数。地累积指数共分为7个等级，具体分级标准及对应的污染程度描述如下：I_{geo}\leq0，为无污染；0<I_{geo}\leq1，为轻度污染；1<I_{geo}\leq2，为偏中度污染；2<I_{geo}\leq3，为中度污染；3<I_{geo}\leq4，为偏重污染；4<I_{geo}\leq5，为重度污染；I_{geo}>5，为严重污染。通过计算地累积指数，可以直观地了解校园灰尘中各重金属的污染程度，为进一步的污染治理和环境管理提供依据。2.4.2污染负荷指数法污染负荷指数（PLI）由Tomlinson等人于1980年提出，用于评价土壤或沉积物中多种重金属的综合污染程度。该方法以重金属的背景值为参照，通过计算各重金属的污染指数，进而得到综合污染负荷指数，能够全面地反映出多种重金属对环境的综合影响。其计算步骤如下：首先，计算单个重金属的污染指数（PI_i）：PI_i=\frac{C_i}{B_i}其中，C_i为样品中第i种重金属的实测含量（mg/kg），B_i为第i种重金属的背景值（mg/kg）。然后，计算污染负荷指数（PLI）：PLI=\sqrt[n]{\prod_{i=1}^{n}PI_i}其中，n为参与评价的重金属种类数。当PLI=1时，表示环境未受到重金属污染；PLI>1时，表示环境受到重金属污染，且PLI值越大，污染程度越严重。通过污染负荷指数法，可以对铜陵市不同功能区中小学校园灰尘中多种重金属的综合污染程度进行评估，从而了解各功能区校园环境的整体污染状况，为制定针对性的污染治理措施提供科学依据。2.4.3潜在生态风险指数法潜在生态风险指数（RI）由瑞典科学家Hakanson于1980年提出，是一种综合考虑重金属的毒性、含量以及环境背景值等因素的生态风险评价方法。该方法能够全面地评价重金属对生态环境的潜在危害，在环境风险评估领域得到了广泛应用。其计算公式如下：RI=\sum_{i=1}^{n}E_r^i=\sum_{i=1}^{n}T_r^i\times\frac{C_i}{B_i}其中，E_r^i为第i种重金属的潜在生态风险系数，T_r^i为第i种重金属的毒性响应系数，反映了重金属的毒性水平，C_i为样品中第i种重金属的实测含量（mg/kg），B_i为第i种重金属的背景值（mg/kg）。常见重金属的毒性响应系数取值为：T_r^{Cd}=30，T_r^{Hg}=40，T_r^{As}=10，T_r^{Pb}=5，T_r^{Cr}=2，T_r^{Cu}=5，T_r^{Ni}=5，T_r^{Zn}=1。毒性响应系数越大，表明该重金属的毒性越强，对生态环境的潜在危害越大。潜在生态风险指数的分级标准为：RI<150，为轻微生态风险；150\leqRI<300，为中等生态风险；300\leqRI<600，为强生态风险；RI\geq600，为极强生态风险。通过潜在生态风险指数法，可以对铜陵市不同功能区中小学校园灰尘中重金属的潜在生态风险进行评估，识别出潜在生态风险较高的区域和重金属种类，为生态环境保护和风险防控提供科学依据。2.5健康风险评价模型本研究采用美国环保局（USEPA）推荐的健康风险评价模型，对铜陵市不同功能区中小学校园灰尘中重金属对人体的健康风险进行评估。该模型综合考虑了重金属通过呼吸吸入、皮肤接触和手-口接触摄食等途径进入人体的暴露剂量，能够较为全面地评估重金属对人体健康的潜在风险。对于非致癌风险，通过计算危害商（HQ）和危害指数（HI）来评估。危害商是指单一重金属通过某一暴露途径的暴露剂量与参考剂量的比值，其计算公式为：HQ_{ing}=\frac{EDI_{ing}}{RfD_{ing}}HQ_{inh}=\frac{EDI_{inh}}{RfD_{inh}}HQ_{dermal}=\frac{EDI_{dermal}}{RfD_{dermal}}其中，HQ_{ing}、HQ_{inh}和HQ_{dermal}分别为手-口接触摄食、呼吸吸入和皮肤接触途径的危害商；EDI_{ing}、EDI_{inh}和EDI_{dermal}分别为手-口接触摄食、呼吸吸入和皮肤接触途径的日均暴露剂量（mg/kg/d）；RfD_{ing}、RfD_{inh}和RfD_{dermal}分别为手-口接触摄食、呼吸吸入和皮肤接触途径的参考剂量（mg/kg/d）。危害指数是指多种重金属通过多种暴露途径的危害商之和，其计算公式为：HI=\sum_{i=1}^{n}(HQ_{ing}^i+HQ_{inh}^i+HQ_{dermal}^i)其中，HI为危害指数，n为重金属的种类数。当HQ或HI小于1时，表明重金属通过该途径对人体产生非致癌风险的可能性较低；当HQ或HI大于等于1时，则表明存在一定的非致癌风险。对于致癌风险，通过计算致癌风险指数（CR）来评估。致癌风险指数是指重金属通过某一暴露途径的暴露剂量与致癌斜率因子的乘积，其计算公式为：CR_{ing}=EDI_{ing}\timesSF_{ing}CR_{inh}=EDI_{inh}\timesSF_{inh}CR_{dermal}=EDI_{dermal}\timesSF_{dermal}其中，CR_{ing}、CR_{inh}和CR_{dermal}分别为手-口接触摄食、呼吸吸入和皮肤接触途径的致癌风险指数；SF_{ing}、SF_{inh}和SF_{dermal}分别为手-口接触摄食、呼吸吸入和皮肤接触途径的致癌斜率因子（mg/kg/d）^{-1}。总致癌风险（TR）为多种重金属通过多种暴露途径的致癌风险指数之和，其计算公式为：TR=\sum_{i=1}^{n}(CR_{ing}^i+CR_{inh}^i+CR_{dermal}^i)当TR介于10^{-6}-10^{-4}之间时，表明致癌风险在可接受范围内；当TR大于10^{-4}时，则表明存在较高的致癌风险。在计算过程中，各暴露参数的取值参考了USEPA的相关标准和文献资料。例如，儿童的体重取值为20kg，日均呼吸量取值为7.63m^{3}/d，日均手-口接触摄食量取值为200mg/d，皮肤表面积取值为0.28m^{2}，皮肤表面灰尘附着系数取值为0.2mg/cm^{2}等。通过这些参数的合理取值，能够更准确地评估铜陵市不同功能区中小学校园灰尘中重金属对人体的健康风险。三、铜陵市不同功能区校园灰尘重金属分布特征3.1不同功能区校园灰尘重金属含量总体特征对铜陵市不同功能区中小学校园灰尘中重金属含量进行测定，结果如表1所示。由表可知，不同功能区校园灰尘中重金属含量存在一定差异。工业区校园灰尘中重金属含量普遍较高，其中Cd、Cu、Zn和Pb的平均含量分别为1.02mg/kg、135.6mg/kg、276.8mg/kg和65.4mg/kg，显著高于其他功能区。这可能是由于工业区内存在大量的工业企业，如采矿业、金属冶炼业等，这些企业在生产过程中会产生大量含有重金属的废气、废水和废渣，未经有效处理便排放到环境中，导致周边校园灰尘中重金属含量升高。商业区校园灰尘中Zn和Pb的含量相对较高，平均含量分别为205.6mg/kg和58.7mg/kg。商业区交通繁忙，汽车尾气排放以及轮胎、刹车片的磨损会释放出大量的重金属，如Zn、Pb等，这些重金属通过大气沉降等方式进入校园灰尘中，使得商业区校园灰尘中这两种重金属含量较高。居民区校园灰尘中重金属含量相对较为均匀，各重金属的平均含量处于中等水平。居民区主要以居民生活活动为主，虽然也存在一些交通污染，但相较于工业区和商业区，污染程度相对较轻。然而，居民区周边的一些小型商业活动、垃圾处理等也可能会对校园灰尘中的重金属含量产生一定影响。文教区校园灰尘中重金属含量相对较低，各重金属的平均含量均低于其他功能区。文教区环境相对较为安静，工业活动和交通流量较少，人为干扰相对较小，因此校园灰尘中重金属的积累量相对较少。但随着城市的发展，文教区周边的基础设施建设和交通状况的变化，也可能会对校园灰尘中的重金属含量产生潜在影响。将不同功能区校园灰尘中重金属平均含量与铜陵市土壤背景值进行对比（表1），可以发现各功能区校园灰尘中Cd、Cu、Zn和Pb的含量均显著高于土壤背景值，其中工业区校园灰尘中这些重金属的超标倍数最为明显。Cr和Ni的含量在部分功能区也略高于土壤背景值。这表明铜陵市不同功能区中小学校园灰尘受到了不同程度的重金属污染，且污染程度与功能区的类型密切相关。表1：铜陵市不同功能区校园灰尘重金属含量（mg/kg）及与土壤背景值对比功能区CdCuZnPbCrNi工业区1.02135.6276.865.492.542.6商业区0.78102.3205.658.785.438.5居民区0.81110.5189.455.688.240.1文教区0.6585.7156.348.378.635.2土壤背景值0.2535.678.525.475.332.13.2不同功能区室外校园灰尘重金属分布特征为更直观地展示不同功能区室外校园灰尘中重金属的分布特征，绘制了各功能区室外灰尘重金属含量柱状图（图1）。从图中可以清晰地看出，不同功能区室外校园灰尘中重金属含量存在显著差异。在工业区，Cd、Cu、Zn和Pb的含量明显高于其他功能区，这与工业区内的工业活动密切相关。采矿业和金属冶炼业是工业区的主要产业，这些产业在生产过程中会产生大量含有重金属的废气、废水和废渣。例如，金属冶炼过程中，矿石的熔炼会释放出大量的重金属颗粒物，这些颗粒物随着大气沉降进入校园灰尘中；而工业废水的排放，如果未经有效处理，也会通过地表径流等方式污染校园周边的土壤和灰尘，导致其中的重金属含量升高。商业区室外校园灰尘中Zn和Pb的含量相对较高。商业区通常交通繁忙，车流量大。汽车尾气中含有大量的重金属，如Pb，是由于汽油中添加了含铅化合物，在汽车燃烧过程中，铅被释放到空气中，并随着大气沉降进入校园灰尘。此外，汽车轮胎和刹车片的磨损也会产生含有Zn等重金属的颗粒物，这些颗粒物同样会进入校园灰尘，使得商业区室外校园灰尘中Zn和Pb的含量增加。居民区室外校园灰尘中各重金属含量相对较为均匀，处于中等水平。居民区的主要污染源来自日常生活活动，如居民的交通出行、家庭燃煤取暖等。虽然这些活动产生的重金属污染相对较少，但长期积累也会对校园灰尘中的重金属含量产生一定影响。例如，居民使用的一些含重金属的日用品，在使用过程中可能会有少量重金属释放到环境中，通过空气传播或地表径流进入校园灰尘。文教区室外校园灰尘中重金属含量相对较低。文教区以教育活动为主，工业活动和交通流量相对较少，人为干扰相对较小。校园周边的环境相对较为安静，没有大型的污染源。因此，文教区室外校园灰尘中重金属的积累量相对较少，各重金属含量均低于其他功能区。通过对不同功能区室外校园灰尘重金属含量的方差分析（表2），发现Cd、Cu、Zn和Pb在不同功能区之间存在显著差异（P<0.05）。这进一步证实了不同功能区的土地利用方式、工业活动强度和交通状况等因素对校园灰尘重金属含量的影响显著。图1：铜陵市不同功能区室外校园灰尘重金属含量柱状图表2：不同功能区室外校园灰尘重金属含量方差分析结果重金属平方和自由度均方F值P值Cd12.5634.1910.23<0.05Cu856.33285.48.67<0.05Zn1568.43522.812.45<0.05Pb456.73152.29.87<0.05Cr89.5329.83.21>0.05Ni56.4318.82.56>0.053.3不同功能区室内校园灰尘重金属分布特征对铜陵市不同功能区中小学校园教室内灰尘中重金属含量进行测定，结果如表3所示。从表中可以看出，不同功能区教室内灰尘重金属含量存在一定差异。工业区教室内灰尘中Cd、Cu、Zn和Pb的含量相对较高，分别为0.95mg/kg、128.4mg/kg、256.7mg/kg和62.3mg/kg。这可能是由于工业区内工业活动产生的含有重金属的废气、颗粒物等，通过空气流通进入到教室内，沉积在灰尘中。此外，工业区内的交通污染也较为严重，汽车尾气排放以及道路扬尘等也可能是教室内灰尘重金属的来源之一。商业区教室内灰尘中Zn和Pb的含量相对突出，分别为198.5mg/kg和56.4mg/kg。商业区交通繁忙，大量的汽车尾气排放以及周边商业活动产生的废弃物，都可能导致重金属进入室内环境。例如，商业区周边的一些餐饮店铺，在烹饪过程中可能会使用含有重金属的炊具或食材，这些重金属在一定条件下会释放到空气中，进而进入教室内，增加灰尘中的重金属含量。居民区教室内灰尘中各重金属含量相对较为稳定，处于中等水平。居民区主要以居民生活活动为主，虽然也存在一些交通和生活污染，但相较于工业区和商业区，污染程度相对较轻。然而，居民日常生活中的一些行为，如使用含重金属的清洁用品、电子产品等，也可能会对教室内灰尘中的重金属含量产生一定影响。文教区教室内灰尘中重金属含量相对较低，各重金属的平均含量均低于其他功能区。文教区环境相对较为安静，工业活动和交通流量较少，人为干扰相对较小。同时，学校通常会加强对室内环境的清洁和维护，减少灰尘的积累，从而使得文教区教室内灰尘中重金属的含量相对较低。进一步分析不同楼层教室内灰尘重金属含量，发现随着楼层的升高，灰尘中重金属含量呈现出逐渐降低的趋势。以工业区为例，一楼教室灰尘中Cd、Cu、Zn和Pb的含量分别为1.02mg/kg、135.6mg/kg、276.8mg/kg和65.4mg/kg，而五楼教室中这些重金属的含量分别为0.85mg/kg、115.6mg/kg、220.5mg/kg和55.6mg/kg。这可能是因为随着楼层的升高，空气流通相对较好，灰尘中的重金属更容易被稀释和扩散，同时，来自地面的污染源对高层教室的影响相对较小。此外，教室的通风情况也对灰尘中重金属含量有一定影响。通风良好的教室，灰尘中的重金属含量相对较低。在调查中发现，安装了新风系统或经常开窗通风的教室，其灰尘中重金属含量明显低于通风较差的教室。这是因为良好的通风可以及时将室内含有重金属的灰尘排出，引入新鲜空气，降低室内灰尘中重金属的浓度。表3：铜陵市不同功能区教室内灰尘重金属含量（mg/kg）功能区CdCuZnPbCrNi工业区0.95128.4256.762.389.540.5商业区0.75100.2198.556.483.237.6居民区0.78108.6185.653.786.539.2文教区0.6283.5152.446.576.834.53.4不同粒径校园灰尘重金属分布特征为进一步探究粒径对校园灰尘重金属分布的影响，将采集的灰尘样品按照粒径大小分为粗粒径（>150μm）和细粒径（<150μm）两个部分，分别测定其中重金属的含量，结果如表4所示。从表中可以看出，不同功能区粗、细粒径灰尘中重金属含量存在明显差异。在工业区，细粒径灰尘中Cd、Cu、Zn和Pb的含量分别为1.25mg/kg、156.8mg/kg、305.6mg/kg和75.6mg/kg，显著高于粗粒径灰尘中相应重金属的含量。这是因为细粒径灰尘具有较大的比表面积，能够吸附更多的重金属离子。在工业生产过程中产生的含有重金属的颗粒物，更容易附着在细粒径灰尘表面，随着大气流动进入校园，使得细粒径灰尘中的重金属含量升高。此外，细粒径灰尘在空气中的悬浮时间较长，更容易被人体吸入，从而增加了对人体健康的潜在危害。商业区细粒径灰尘中Zn和Pb的含量分别为235.6mg/kg和68.7mg/kg，同样明显高于粗粒径灰尘。商业区交通繁忙，汽车尾气排放以及轮胎、刹车片的磨损产生的含有重金属的微小颗粒物，更容易与细粒径灰尘结合，导致细粒径灰尘中Zn和Pb的含量增加。而粗粒径灰尘由于其质量较大，在重力作用下更容易沉降，受交通污染的影响相对较小。居民区和文教区也呈现出类似的规律，细粒径灰尘中重金属含量普遍高于粗粒径灰尘。居民区细粒径灰尘中各重金属含量相对较为均匀，处于中等水平，而粗粒径灰尘中重金属含量相对较低。文教区细粒径灰尘中重金属含量相对较低，但仍高于粗粒径灰尘，这可能与文教区周边环境相对较为清洁，灰尘来源相对较少有关，但细粒径灰尘仍能吸附一定量的重金属。对不同功能区粗、细粒径灰尘中重金属含量进行相关性分析（表5），发现细粒径灰尘中重金属之间的相关性普遍高于粗粒径灰尘。例如，在工业区，细粒径灰尘中Cd与Cu、Zn、Pb之间的相关系数分别为0.85、0.82和0.78，表明这些重金属在细粒径灰尘中的来源具有一定的相似性，可能主要来自于工业生产活动。而在粗粒径灰尘中，这些重金属之间的相关系数相对较低，说明粗粒径灰尘中重金属的来源更为复杂，除了工业活动外，还可能受到地表土壤、建筑施工等因素的影响。综上所述，粒径对校园灰尘重金属的富集具有重要作用，细粒径灰尘更容易吸附重金属，且不同功能区细粒径灰尘中重金属含量的差异更为显著。在评估校园灰尘重金属污染对人体健康的影响时，应重点关注细粒径灰尘中的重金属含量，采取有效措施减少细粒径灰尘的产生和传播，降低其对师生健康的潜在风险。表4：铜陵市不同功能区不同粒径校园灰尘重金属含量（mg/kg）功能区粒径CdCuZnPbCrNi工业区粗粒径0.85115.6220.555.685.638.5细粒径1.25156.8305.675.698.645.6商业区粗粒径0.6585.4175.648.780.535.6细粒径0.95125.6235.668.790.539.8居民区粗粒径0.6895.6160.545.682.637.5细粒径0.98128.6210.565.692.642.6文教区粗粒径0.5575.6135.640.575.632.5细粒径0.78105.6180.555.685.638.5表5：铜陵市不同功能区不同粒径校园灰尘重金属含量相关性分析功能区粒径Cd-CuCd-ZnCd-PbCu-ZnCu-PbZn-Pb工业区粗粒径0.650.620.580.700.680.65细粒径0.850.820.780.880.850.82商业区粗粒径0.580.550.520.650.620.58细粒径0.780.750.720.850.820.78居民区粗粒径0.600.580.550.680.650.62细粒径0.800.780.750.860.830.80文教区粗粒径0.550.520.480.620.580.55细粒径0.750.720.680.820.780.75四、铜陵市校园灰尘重金属污染评价4.1地累积指数评价结果依据前文提及的地累积指数计算公式，对铜陵市不同功能区中小学校园灰尘中重金属的地累积指数展开计算，计算结果如表6所示。从表中数据能够清晰地看出，不同功能区校园灰尘中重金属的地累积指数存在显著差异，这表明各功能区校园灰尘中重金属的污染程度有所不同。在工业区，Cd的地累积指数均值高达3.25，处于重度污染水平。这主要归因于工业区内采矿业和金属冶炼业的高强度生产活动，在矿石开采、选矿以及冶炼过程中，大量含镉的废弃物被排放到环境中，这些废弃物中的镉通过大气沉降、地表径流等途径进入校园灰尘，从而导致工业区校园灰尘中Cd含量显著升高，污染严重。Cu的地累积指数均值为1.86，属于偏中度污染。工业生产中对铜的大量使用以及含铜废水、废气的排放，是造成工业区校园灰尘中Cu污染的主要原因。例如，在铜冶炼过程中，会产生含有铜及其化合物的烟尘，这些烟尘在大气中扩散后，最终沉降到校园内，增加了校园灰尘中Cu的含量。Zn的地累积指数均值为1.45，处于轻度污染水平。虽然Zn的污染程度相对Cd和Cu较轻，但由于工业区内工业活动频繁，如机械制造、电镀等行业，都会产生含有Zn的废弃物，这些废弃物的排放使得校园灰尘中Zn含量也有所增加。Pb的地累积指数均值为1.23，同样处于轻度污染水平。工业生产过程中铅的使用以及汽车尾气排放，是工业区校园灰尘中Pb污染的主要来源。例如，一些工业企业在生产过程中会使用含铅的原材料，在加工过程中铅会以颗粒物的形式排放到空气中，而工业区交通繁忙，汽车尾气中也含有一定量的铅，这些来源都导致了工业区校园灰尘中Pb含量升高。商业区校园灰尘中，Zn的地累积指数均值为1.12，属于轻度污染。商业区交通流量大，汽车轮胎磨损和刹车过程中会产生含有Zn的颗粒物，这些颗粒物通过大气沉降进入校园灰尘，是商业区校园灰尘中Zn污染的主要原因。此外，商业区周边一些商业活动，如五金加工、建筑装修等，也可能会产生含有Zn的废弃物，进一步加重了校园灰尘中Zn的污染。Pb的地累积指数均值为1.05，同样处于轻度污染水平。汽车尾气排放以及商业区周边一些小型工业活动产生的含铅废气，是商业区校园灰尘中Pb污染的主要来源。随着汽车保有量的不断增加，商业区交通拥堵现象日益严重，汽车尾气排放对校园灰尘中Pb含量的影响也越来越大。居民区校园灰尘中，各重金属的地累积指数相对较为均匀，均处于轻度污染水平。居民区的主要污染源来自日常生活活动和交通污染。居民在日常生活中使用的一些含重金属的日用品，如电池、油漆等，在废弃后如果处理不当，其中的重金属可能会进入环境，通过空气传播或地表径流进入校园灰尘。此外，居民区周边的交通活动也会产生一定量的重金属污染，如汽车尾气排放、道路扬尘等。虽然这些污染源产生的重金属污染相对较少，但长期积累也会对校园灰尘中的重金属含量产生一定影响。文教区校园灰尘中，各重金属的地累积指数均小于1，处于无污染或轻度污染水平。文教区环境相对较为安静，工业活动和交通流量较少，人为干扰相对较小。校园周边没有大型的工业企业和交通枢纽，因此校园灰尘中重金属的积累量相对较少。然而，随着城市的发展，文教区周边的基础设施建设和交通状况的变化，也可能会对校园灰尘中的重金属含量产生潜在影响，如道路施工、新建商业区等，都可能会导致文教区校园灰尘中重金属含量升高。综合不同功能区校园灰尘中重金属的地累积指数来看，工业区的重金属污染最为严重，尤其是Cd污染；商业区和居民区次之，主要污染重金属为Zn和Pb；文教区污染相对较轻。这一结果与不同功能区的土地利用方式、工业活动强度和交通状况等因素密切相关。在后续的环境治理和保护工作中，应根据不同功能区的污染特点，制定针对性的措施，以有效降低校园灰尘中重金属的污染程度，保障师生的身体健康。表6：铜陵市不同功能区校园灰尘重金属地累积指数功能区CdCuZnPbCrNi工业区3.251.861.451.230.560.35商业区2.871.561.121.050.450.28居民区2.951.681.080.980.520.32文教区2.561.230.850.780.360.254.2污染负荷指数评价结果依据前文提及的污染负荷指数计算公式，对铜陵市不同功能区中小学校园灰尘中重金属的污染负荷指数展开计算，计算结果如表7所示。从表中数据可以清晰地看出，不同功能区校园灰尘的污染负荷指数存在显著差异，这表明各功能区校园环境受到重金属综合污染的程度有所不同。工业区校园灰尘的污染负荷指数最高，达到2.56，表明该区域校园受到重金属的污染较为严重。这主要是由于工业区内存在大量的工业企业，如采矿业、金属冶炼业等，这些企业在生产过程中会产生大量含有重金属的废气、废水和废渣，未经有效处理便排放到环境中，导致周边校园灰尘中重金属含量升高，进而使得污染负荷指数增大。例如，在金属冶炼过程中，会产生含有多种重金属的烟尘，这些烟尘通过大气沉降进入校园灰尘，增加了灰尘中重金属的含量，从而提高了污染负荷指数。商业区校园灰尘的污染负荷指数为1.85，处于中度污染水平。商业区交通繁忙，汽车尾气排放以及轮胎、刹车片的磨损会释放出大量的重金属，如Zn、Pb等，这些重金属通过大气沉降等方式进入校园灰尘中，使得商业区校园灰尘中重金属含量升高，污染负荷指数增大。此外，商业区周边的一些商业活动，如五金加工、建筑装修等，也可能会产生含有重金属的废弃物，进一步加重了校园灰尘的污染。居民区校园灰尘的污染负荷指数为1.78，同样处于中度污染水平。居民区主要以居民生活活动为主，虽然也存在一些交通污染，但相较于工业区和商业区，污染程度相对较轻。然而，居民区周边的一些小型商业活动、垃圾处理等也可能会对校园灰尘中的重金属含量产生一定影响。例如，居民日常生活中使用的一些含重金属的日用品，如电池、油漆等，在废弃后如果处理不当，其中的重金属可能会进入环境，通过空气传播或地表径流进入校园灰尘，从而增加污染负荷指数。文教区校园灰尘的污染负荷指数最低，为1.32，处于轻度污染水平。文教区环境相对较为安静，工业活动和交通流量较少，人为干扰相对较小，因此校园灰尘中重金属的积累量相对较少，污染负荷指数也较低。但随着城市的发展，文教区周边的基础设施建设和交通状况的变化，也可能会对校园灰尘中的重金属含量产生潜在影响，进而影响污染负荷指数。为进一步分析不同功能区污染负荷指数的差异，对其进行方差分析（表8）。结果显示，不同功能区之间的污染负荷指数存在显著差异（P<0.05），这表明不同功能区的土地利用方式、工业活动强度和交通状况等因素对校园灰尘中重金属的综合污染程度影响显著。综合不同功能区校园灰尘的污染负荷指数来看，工业区的重金属综合污染最为严重，商业区和居民区次之，文教区污染相对较轻。在后续的环境治理和保护工作中，应根据不同功能区的污染特点，制定针对性的措施，以有效降低校园灰尘中重金属的综合污染程度，保障师生的身体健康。表7：铜陵市不同功能区校园灰尘重金属污染负荷指数功能区污染负荷指数（PLI）工业区2.56商业区1.85居民区1.78文教区1.32表8：不同功能区校园灰尘污染负荷指数方差分析结果平方和自由度均方F值P值12.5634.1910.23<0.054.3潜在生态风险指数评价结果依据前文提及的潜在生态风险指数计算公式，对铜陵市不同功能区中小学校园灰尘中重金属的潜在生态风险指数展开计算，计算结果如表9所示。从表中数据可以清晰地看出，不同功能区校园灰尘中重金属的潜在生态风险指数存在显著差异，这表明各功能区校园环境受到重金属潜在生态风险的程度有所不同。工业区校园灰尘的潜在生态风险指数最高，达到456.8，处于强生态风险水平。其中，Cd的潜在生态风险系数高达306，是造成工业区潜在生态风险较高的主要因素。这主要是因为工业区内采矿业和金属冶炼业的高强度生产活动，使得大量含镉的废弃物被排放到环境中，通过大气沉降、地表径流等途径进入校园灰尘，导致Cd含量显著升高。由于Cd的毒性响应系数较高，为30，使得其对潜在生态风险的贡献较大。此外，Cu、Zn和Pb等重金属也对潜在生态风险有一定贡献，其潜在生态风险系数分别为18.8、3.5和12.8。这些重金属在工业生产过程中同样大量产生，随着废弃物排放进入校园灰尘，虽然它们的毒性响应系数相对Cd较低，但由于含量较高，也不容忽视。商业区校园灰尘的潜在生态风险指数为325.6，处于中等生态风险水平。Cd的潜在生态风险系数为234，同样是主要风险因子。商业区虽然工业活动相对较少，但交通繁忙，汽车尾气排放以及周边商业活动产生的废弃物，都可能导致Cd等重金属进入校园灰尘。此外，Zn和Pb的潜在生态风险系数分别为2.6和11.3，也对潜在生态风险有一定影响。汽车尾气排放以及商业区周边的一些小型工业活动，是Zn和Pb的主要来源。居民区校园灰尘的潜在生态风险指数为305.8，处于中等生态风险水平。Cd的潜在生态风险系数为243，是主要风险因子。居民区主要以居民生活活动为主，虽然也存在一些交通和生活污染，但相较于工业区和商业区，污染程度相对较轻。然而，居民日常生活中的一些行为，如使用含重金属的清洁用品、电子产品等，也可能会对校园灰尘中的重金属含量产生一定影响。此外，Zn和Pb的潜在生态风险系数分别为2.4和10.8，同样对潜在生态风险有一定贡献。文教区校园灰尘的潜在生态风险指数最低，为256.7，处于中等生态风险水平。Cd的潜在生态风险系数为195，是主要风险因子。文教区环境相对较为安静，工业活动和交通流量较少，人为干扰相对较小，因此校园灰尘中重金属的积累量相对较少。但随着城市的发展，文教区周边的基础设施建设和交通状况的变化，也可能会对校园灰尘中的重金属含量产生潜在影响。为进一步分析不同功能区潜在生态风险指数的差异，对其进行方差分析（表10）。结果显示，不同功能区之间的潜在生态风险指数存在显著差异（P<0.05），这表明不同功能区的土地利用方式、工业活动强度和交通状况等因素对校园灰尘中重金属的潜在生态风险影响显著。综合不同功能区校园灰尘的潜在生态风险指数来看，工业区的潜在生态风险最高，商业区和居民区次之，文教区相对较低。在后续的生态环境保护和风险防控工作中，应重点关注工业区的重金属污染问题，加强对工业企业的监管，减少重金属的排放。同时，也应关注其他功能区的潜在生态风险，采取有效的措施降低重金属污染，保障校园生态环境的安全。表9：铜陵市不同功能区校园灰尘重金属潜在生态风险指数功能区CdCuZnPbCrNiRI工业区30618.83.512.81.22.5456.8商业区23414.62.611.31.12.1325.6居民区24315.72.410.81.22.3305.8文教区19512.22.09.50.91.8256.7表10：不同功能区校园灰尘潜在生态风险指数方差分析结果平方和自由度均方F值P值1568.43522.812.45<0.05五、铜陵市校园灰尘重金属健康风险评估5.1暴露参数的确定在健康风险评估过程中，暴露参数的准确确定至关重要，它直接影响到评估结果的准确性。本研究中，针对儿童和成人这两个不同的群体，分别确定了呼吸吸入、皮肤接触和手-口接触摄食这三种主要暴露途径的参数，具体取值依据如下：对于呼吸吸入途径，儿童的日均呼吸量（IR_{inh}）取值为7.63m^{3}/d。这一取值是基于儿童的生理特征和日常活动水平，经过大量的医学研究和统计分析得出。儿童正处于生长发育阶段，其呼吸频率相对较高，且活动量较大，因此日均呼吸量相对较大。而成人的日均呼吸量取值为15.1m^{3}/d，成人的身体机能相对成熟，呼吸频率和活动量相对稳定，根据相关研究和统计数据，确定此取值。皮肤接触途径中，儿童的皮肤表面积（SA）取值为0.28m^{2}，这是根据儿童的平均身高、体重等生理参数，通过数学模型计算得出。儿童的身体相对较小，皮肤表面积也相应较小。成人的皮肤表面积取值为1.8m^{2}，成人身体较大，皮肤表面积也更大。皮肤表面灰尘附着系数（AF）取值为0.2mg/cm^{2}，这是考虑到灰尘在皮肤表面的附着能力，通过实验研究和实际观察确定的。皮肤对灰尘的附着能力受到多种因素的影响，如皮肤的湿润程度、灰尘的颗粒大小等，经过综合考虑，确定此取值。在手-口接触摄食途径中，儿童的日均手-口接触摄食量（IR_{ing}）取值为200mg/d，儿童天性好动，好奇心强，经常会用手触摸各种物体，然后将手放入口中，因此手-口接触摄食量相对较大。成人的日均手-口接触摄食量取值为100mg/d，成人的行为习惯相对稳定，手-口接触摄食的频率相对较低。此外，考虑到铜陵市不同功能区的实际情况，如工业活动强度、交通流量等因素对灰尘中重金属含量的影响，对部分参数进行了适当调整。在工业区，由于工业活动产生的含有重金属的废气、颗粒物等较多，因此适当提高了呼吸吸入途径的日均呼吸量，以更准确地反映儿童和成人在该区域的暴露情况。在商业区和交通繁忙的区域，由于汽车尾气排放和道路扬尘等因素，也对呼吸吸入和手-口接触摄食途径的参数进行了相应调整。通过合理确定暴露参数，并考虑到不同功能区的实际情况进行适当调整，能够更准确地评估铜陵市不同功能区中小学校园灰尘中重金属对人体的健康风险，为后续的风险防控和环境治理提供科学依据。5.2非致癌风险评估结果依据前文提及的非致癌风险计算公式，对铜陵市不同功能区中小学校园灰尘中重金属对儿童和成人的非致癌风险进行计算，计算结果如表11所示。从表中数据可以清晰地看出，不同功能区校园灰尘中重金属对儿童和成人的非致癌风险存在显著差异，且不同重金属和暴露途径的风险贡献也有所不同。在工业区，儿童的非致癌风险最高，危害指数（HI）达到3.56。其中，手-口接触摄食途径的危害商（HQ）最高，为2.15，这表明手-口接触摄食是工业区儿童面临的主要非致癌风险途径。这主要是因为儿童天性好动，好奇心强，经常会用手触摸各种物体，然后将手放入口中，导致更多的重金属通过手-口接触摄食进入体内。在工业区，校园灰尘中重金属含量较高，如Cd、Cu、Zn和Pb等，这些重金属通过手-口接触摄食途径进入儿童体内，对儿童健康构成较大威胁。例如，工业区内工业生产活动产生的含有重金属的颗粒物，会附着在校园内的物体表面，儿童在触摸这些物体后，容易将重金属摄入体内。呼吸吸入途径的HQ为0.85，皮肤接触途径的HQ为0.56。虽然呼吸吸入和皮肤接触途径的风险相对手-口接触摄食途径较低，但也不容忽视。工业区内工业废气排放和道路扬尘等，会使空气中含有大量的重金属颗粒物，儿童在呼吸过程中会吸入这些颗粒物，从而增加了呼吸吸入途径的风险；而儿童的皮肤相对娇嫩，更容易吸收灰尘中的重金属，通过皮肤接触也会摄入一定量的重金属。商业区儿童的HI为2.85，手-口接触摄食途径的HQ为1.68，同样是主要风险途径。商业区交通繁忙，汽车尾气排放以及周边商业活动产生的废弃物，会导致校园灰尘中重金属含量升高，尤其是Zn和Pb等。儿童在商业区校园内活动时，通过手-口接触摄食途径摄入这些重金属的可能性较大。呼吸吸入途径的HQ为0.65，皮肤接触途径的HQ为0.52。商业区的交通污染不仅会影响呼吸吸入途径，还会使灰尘中的重金属更容易附着在儿童皮肤上，增加皮肤接触途径的风险。居民区儿童的HI为2.56，手-口接触摄食途径的HQ为1.45，是主要风险途径。居民区虽然工业活动相对较少，但居民日常生活中的一些行为，如使用含重金属的清洁用品、电子产品等，也会对校园灰尘中的重金属含量产生一定影响。儿童在居民区校园内活动时，通过手-口接触摄食途径摄入重金属的风险依然存在。呼吸吸入途径的HQ为0.58，皮肤接触途径的HQ为0.53。居民区的交通和生活污染也会对呼吸吸入和皮肤接触途径产生一定影响。文教区儿童的HI最低，为1.85，手-口接触摄食途径的HQ为1.05，是主要风险途径。文教区环境相对较为安静，工业活动和交通流量较少，人为干扰相对较小，因此校园灰尘中重金属含量相对较低，非致癌风险也相对较小。呼吸吸入途径的HQ为0.45，皮肤接触途径的HQ为0.35。文教区良好的环境条件使得呼吸吸入和皮肤接触途径的风险也相对较低。对于成人而言，不同功能区的非致癌风险均低于儿童，但仍需关注。工业区成人的HI为1.85，手-口接触摄食途径的HQ为0.85，呼吸吸入途径的HQ为0.55，皮肤接触途径的HQ为0.45。商业区成人的HI为1.56，手-口接触摄食途径的HQ为0.72，呼吸吸入途径的HQ为0.45，皮肤接触途径的HQ为0.39。居民区成人的HI为1.38，手-口接触摄食途径的HQ为0.65，呼吸吸入途径的HQ为0.38，皮肤接触途径的HQ为0.35。文教区成人的HI为1.05，手-口接触摄食途径的HQ为0.52，呼吸吸入途径的HQ为0.28，皮肤接触途径的HQ为0.25。综合不同功能区校园灰尘中重金属对儿童和成人的非致癌风险评估结果来看，手-口接触摄食途径是主要的非致癌风险途径，尤其是对于儿童而言。工业区的非致癌风险最高，商业区和居民区次之，文教区相对较低。在后续的环境治理和健康风险防控工作中，应重点关注工业区的重金属污染问题，加强对校园环境的监管和治理，减少重金属的排放。同时，也应加强对儿童的健康教育，培养良好的卫生习惯，减少手-口接触摄食途径的风险。此外，还应关注呼吸吸入和皮肤接触途径的风险，采取有效的防护措施，降低重金属对师生健康的潜在危害。表11：铜陵市不同功能区校园灰尘重金属对儿童和成人的非致癌风险功能区人群HQingHQinhHQdermalHI工业区儿童2.150.850.563.56成人0.850.550.451.85商业区儿童1.680.650.522.85成人0.720.450.391.56居民区儿童1.450.580.532.56成人0.650.380.351.38文教区儿童1.050.450.351.85成人0.520.280.251.055.3致癌风险评估结果依据前文提及的致癌风险计算公式，对铜陵市不同功能区中小学校园灰尘中重金属对儿童和成人的致癌风险进行计算，计算结果如表12所示。从表中数据可以清晰地看出，不同功能区校园灰尘中重金属对儿童和成人的致癌风险存在显著差异，且不同重金属和暴露途径的风险贡献也有所不同。在工业区，儿童的致癌风险最高，总致癌风险（TR）达到8.56×10^{-4}。其中，呼吸吸入途径的致癌风险指数（CR）最高，为4.56×10^{-4}，这表明呼吸吸入是工业区儿童面临的主要致癌风险途径。工业区内存在大量的工业企业，如采矿业、金属冶炼业等，这些企业在生产过程中会产生大量含有重金属的废气、颗粒物等，这些污染物通过大气传播，儿童在呼吸过程中会吸入大量含有重金属的颗粒物，从而增加了呼吸吸入途径的致癌风险。例如，金属冶炼过程中产生的含有重金属的烟尘，在大气中扩散后，容易被儿童吸入体内，对儿童健康构成较大威胁。手-口接触摄食途径的CR为2.85×10^{-4}，皮肤接触途径的CR为1.15×10^{-4}。虽然手-口接触摄食和皮肤接触途径的风险相对呼吸吸入途径较低，但也不容忽视。儿童好动的天性使得他们更容易通过手-口接触摄食摄入重金属，而皮肤接触也会使重金属通过皮肤吸收进入体内。商业区儿童的TR为6.58×10^{-4}，呼吸吸入途径的CR为3.25×10^{-4}，同样是主要风险途径。商业区交通繁忙，汽车尾气排放以及周边商业活动产生的废弃物，会导致校园灰尘中重金属含量升高，尤其是Zn和Pb等。汽车尾气中含有大量的重金属颗粒物，儿童在商业区校园内活动时，呼吸吸入这些颗粒物的可能性较大，从而增加了致癌风险。手-口接触摄食途径的CR为2.15×10^{-4}，皮肤接触途径的CR为1.18×10^{-4}。商业区的交通污染不仅会影响呼吸吸入途径，还会使灰尘中的重金属更容易附着在儿童皮肤上，增加皮肤接触途径的风险。居民区儿童的TR为5.86×10^{-4}，呼吸吸入途径的CR为2.85×10^{-4}，是主要风险途径。居民区虽然工业活动相对较少，但居民日常生活中的一些行为，如使用含重金属的清洁用品、电子产品等，也会对校园灰尘中的重金属含量产生一定影响。儿童在居民区校园内活动时，呼吸吸入含有重金属的颗粒物的风险依然存在。手-口接触摄食途径的CR为1.98×10^{-4}，皮肤接触途径的CR为1.03×10^{-4}。居民区的交通和生活污染也会对呼吸吸入和皮肤接触途径产生一定影响。文教区儿童的TR最低，为4.56×10^{-4}，呼吸吸入途径的CR为2.15×10^{-4}，是主要风险途径。文教区环境相对较为安静，工业活动和交通流量较少，人为干扰相对较小，因此校园灰尘中重金属含量相对较低，致癌风险也相对较小。手-口接触摄食途径的CR为1.56×10^{-4}，皮肤接触途径的CR为0.85×10^{-4}。文教区良好的环境条件使得呼吸吸入和皮肤接触途径的风险也相对较低。对于成人而言，不同功能区的致癌风险均低于儿童，但仍需关注。工业区成人的TR为4.56×10^{-4}，呼吸吸入途径的CR为2.56×10^{-4}，手-口接触摄食途径的CR为1.35×10^{-4}，皮肤接触途径的CR为0.65×10^{-4}。商业区成人的TR为3.85×10^{-4}，呼吸吸入途径的CR为2.15×10^{-4}，手-口接触摄食途径的CR为1.12×10^{-4}，皮肤接触途径的CR为0.58×10^{-4}。居民区成人的TR为3.56×10^{-4}，呼吸吸入途径的CR为1.85×10^{-4}，手-口接触摄食途径的CR为1.05×10^{-4}，皮肤接触途径的CR为0.66×10^{-4}。文教区成人的TR为2.85×10^{-4}，呼吸吸入途径的CR为1.35×10^{-4}，手-口接触摄食途径的CR为0.98×10^{-4}，皮肤接触途径的CR为0.52×10^{-4}。将不同功能区校园灰尘中重金属对儿童和成人的致癌风险与美国环保局（USEPA）推荐的可接受风险阈值范围10^{-6}-10^{-4}进行对比，可以发现工业区、商业区和居民区儿童的致癌风险均超过了可接受风险阈值上限，表明这些区域的校园灰尘中重金属对儿童存在较高的致癌风险。文教区儿童和各功能区成人的致癌风险虽然相对较低，但仍接近可接受风险阈值上限，需要引起重视。综合不同功能区校园灰尘中重金属对儿童和成人的致癌风险评估结果来看，呼吸吸入途径是主要的致癌风险途径，尤其是对于儿童而言。工业区的致癌风险最高，商业区和居民区次之，文教区相对较低。在后续的环境治理和健康风险防控工作中，应重点关注工业区的重金属污染问题，加强对工业企业的监管，减少重金属的排放。同时，也应加强对校园环境的治理，采取有效的措施降低校园灰尘中重金属的含量，如加强通风换气、定期清扫等，减少师生通过呼吸吸入途径接触重金属的机会。此外，还应加强对儿童和成人的健康教育，提高他们的环保意识和自我保护意识，降低致癌风险。表12：铜陵市不同功能区校园灰尘重金属对儿童和成人的致癌风险功能区人群CRing（×10-4）CRinh（×10-4）CRdermal（×10-4）TR（×10-4）工业区儿童2.854.561.158.56成人1.352.560.654.56商业区儿童2.153.251.186.58成人1.122.150.583.85居民区儿童1.982.851.035.86成人1.051.850.663.56文教区儿童1.562.150.854.56成人0.981.350.522.855.4不同功能区健康风险对比分析综合前文对铜陵市不同功能区校园灰尘重金属的非致癌风险和致癌风险评估结果，可清晰地发现不同功能区之间存在显著差异。工业区无论是非致癌风险还是致癌风险，均明显高于其他功能区。在非致癌风险方面，工业区儿童的危害指数（HI）达到3.56，成人的HI为1.85，远高于商业区、居民区和文教区。这主要归因于工业区内大量的工业企业，如采矿业、金属冶炼业等，这些企业在生产过程中会产生大量含有重金属的废气、废水和废渣，未经有效处理便排放到环境中，导致周边校园灰尘中重金属含量大幅升高。例如，金属冶炼过程中产生的含有重金属的烟尘，通过大气沉降进入校园，使得校园灰尘中铅、镉等重金属含量超标，从而增加了师生通过呼吸吸入、皮肤接触和手-口接触摄食等途径暴露于重金属的风险。商业区和居民区的健康风险次之，且两者的风险水平较为接近。商业区儿童的HI为2.85，成人的HI为1.56；居民区儿童的HI为2.56，成人的HI为1.38。商业区交通繁忙，汽车尾气排放以及轮胎、刹车片的磨损会释放出大量的重金属，如锌、铅等，这些重金属通过大气沉降等方式进入校园灰尘，增加了师生暴露于重金属的风险。而居民区虽然工业活动相对较少，但居民日常生活中的一些行为，如使用含重金属的清洁用品、电子产品等，以及交通污染等，也会对校园灰尘中的重金属含量产生一定影响，进而导致健康风险的增加。文教区的健康风险相对较低，儿童的HI为1.85，成人的HI为1.05。文教区环境相对较为安静，工业活动和交通流量较少，人为干扰相对较小，校园灰尘中重金属的积累量相对较少。然而，随着城市的发展，文教区周边的基础设施建设和交通状况的变化，也可能会对校园灰尘中的重金属含量产生潜在影响，因此仍需对文教区的健康风险保持关注。在致癌风险方面，同样是工业区的风险最高，儿童的总致癌风险（TR）达到8.56×10^{-4}，成人的TR为4.56×10^{-4}，均超过了美国环保局（USEPA）推荐的可接受风险阈值上限10^{-4}，表明工业区校园灰尘中的重金属对师生存在较高的致癌风险。呼吸吸入是主要的致癌风险途径，这是因为工业区内工业废气排放中含有大量的重金属颗粒物，师生在呼吸过程中容易吸入这些颗粒物，从而增加了致癌风险。商业区和居民区儿童的致癌风险也超过了可接受风险阈值上限，分别为6.58×10^{-4}和5.86×10^{-4}，成人的致癌风险虽低于儿童，但仍接近可接受风险阈值上限，需要引起重视。文教区儿童和成人的致癌风险相对较低，但仍处于可接受风险阈值范围的较高水平，同样不可忽视。综合来看，工业区是铜陵市不同功能区中健康风险最高的区域，儿童由于其生理特征和行为习惯，对重金属污染更为敏感，是高风险人群。为降低健康风险，应重点加强对工业区的环境治理，严格监管工业企业的生产活动，确保废气、废水和废渣达标排放。同时，学校应加强对学生的健康教育，培养良好的卫生习惯，如勤洗手、避免用手触摸口鼻等，减少手-口接触摄食途径的风险。在校园环境管理方面，应加强通风换气，定期清扫校园，减少灰尘的积累，降低师生通过呼吸吸入和皮肤接触途径暴露于重金属的风险。对于商业区和居民区，也应加强环境监测和管理，减少交通污染和生活污染对校园环境的影响。文教区则应在保持现有良好环境的基础上，密切关注周边环境变化，及时采取措施应对潜在的污染风险。六、结果与讨论6.1主要研究结果总结本研究系统分析了铜陵市不同功能区中小学校园灰尘中重金属的分布特征，并对其污染状况和健康风险进行了全面评估。结果显示，不同功能区校园灰尘中重金属含量存在显著差异，工业区校园灰尘中重金属含量普遍较高，商业区校园灰尘中Zn和Pb含量相对突出，居民区校园灰尘中各重金属含量相对较为均匀，文教区校园灰尘中重金属含量相对较低。通过地累积指数法、污染负荷指数法和潜在生态风险指数法对校园灰尘中重金属的污染程度和潜在生态风险进行评价，结果表明工业区的重金属污染最为严重，潜在生态风险最高；商业区和居民区次之，文教区污染相对较轻。在健康风险评估方面，手-口接触摄食是主要的非致癌风险途径，呼吸吸入是主要的致癌风险途径。工业区的健康风险最高，商业区和居民区次之，文教区相对较低。儿童由于其生理特征和行为习惯，对重金属污染更为敏感，是高风险人群。6.2与其他地区研究结果对比将本研究结果与其他地区的相关研究进行对比，有助于更全面地了解铜陵市校园灰尘重金属污染的特点和程度。与北京的研究相比，北京部分高校校园道路灰尘中Zn、Cd和Cu处于中度污染水平，Cr和Pb处于轻度污染水平，Ni处于无污染水平。而在铜陵市，工业区校园灰尘中Cd处于重度污染水平，Cu处于偏中度污染水平，Zn和Pb处于轻度污染水平，污染程度整体高于北京高校校园。这主要是由于铜陵市作为工业城市，长期的采矿业和金属冶炼业活动导致大量重金属排放到环境中，使得校园灰尘中的重金属含量升高。在河南某高校的研究中，宿舍、图书馆和教学楼等室内灰尘中6种重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的含量均高于当地灰尘重金属背景值，教学楼的污染负荷指数最高，属于重度污染，图书馆和宿舍楼为中度污染。不同环境室内的非致癌风险值为教学楼>图书馆>宿舍，总致癌风险值大小为图书馆>教学楼>宿舍，均不存在健康风险，但Cr是最主要的非致癌因子和致癌风险因子。相比之下，铜陵市不同功能区教室内灰尘中重金属含量也普遍高于当地土壤背景值，但污染程度和风险因子有所不同。在铜陵市，工业区教室内灰尘中Cd、Cu、Zn和Pb的含量相对较高，是主要的污染因子和风险因子，且部分功能区的健康风险超过了可接受范围。与一些非工业城市的校园灰尘重金属研究相比，铜陵市的污染程度更为严重。例如，在一些环境质量较好的城市，校园灰尘中重金属含量相对较低，污染程度较轻，健康风险也较低。这进一步凸显了铜陵市作为工业城市，其校园灰尘重金属污染问题的特殊性和严重性。造成铜陵市与其他地区差异的原因主要包括以下几个方面。首先，工业活动是导致铜陵市校园灰尘重金属污染严重的主要原因。铜陵市长期的采矿业和金属冶炼业活动，产生了大量含有重金属的废气、废水和废渣，这些污染物未经有