銅陵市中小學校園：功能區視角下的灰塵重金屬分布與健康風險洞察

銅陵市中小學校園：功能區視角下的灰塵重金屬分布與健康風險洞察一、引言1.1研究背景與意義銅陵市，作為中國重要的工業城市之一，擁有悠久的采冶銅歷史，其采冶銅的歷史可追溯至商周時期，盛于漢唐，至今已延綿3500余年。在新中國成立后，銅陵成為了第一個銅工業基地，憑借豐富的礦產資源，銅陵在工業領域迅速崛起，尤其是銅產業，成為了推動城市經濟發展的核心力量。然而，長期的工業發展，尤其是采礦業和金屬冶煉業的高強度運作，給銅陵市的生態環境帶來了沉重的負擔。工業生產過程中產生的大量廢氣、廢水和廢渣，未經嚴格處理便排放到環境中，導致空氣中的顆粒物濃度增加，水體和土壤受到不同程度的污染。其中，重金屬污染物由于其具有毒性強、難降解、易積累等特性，成為了銅陵市環境污染的主要問題之一。這些重金屬污染物在自然環境中難以分解，會隨著大氣沉降、地表徑流等途徑進入到城市的各個角落，其中校園環境也未能幸免。校園作為學生學習和生活的重要場所，其環境質量直接關系到師生的身體健康。中小學生正處于生長發育的關鍵時期，身體機能尚未完全成熟，對環境中的污染物更為敏感。校園灰塵中的重金屬可通過呼吸吸入、皮膚接觸和手-口接觸攝食等途徑進入學生體內，長期積累可能會對學生的神經系統、免疫系統、呼吸系統等造成損害，影響學生的正常生長發育和身體健康。例如，鉛會影響兒童的智力發育，導致學習能力下降、注意力不集中等問題；鎘則可能損害腎臟和骨骼，引發腎功能障礙和骨質疏松等疾病。此外，對銅陵市不同功能區中小學校園灰塵重金屬的研究，也有助于深入了解城市環境污染的空間分布特征和遷移規律。不同功能區，如工業區、商業區、居民區和文教區等，由于其土地利用方式、交通流量、工業活動強度等因素的差異，校園灰塵中的重金屬污染程度和來源也可能存在顯著差異。通過對不同功能區校園灰塵重金屬的研究，可以明確各功能區的主要污染來源和污染程度，為制定針對性的環境治理措施提供科學依據，從而有效改善城市環境質量，實現城市的可持續發展。綜上所述，研究銅陵市不同功能區中小學校園灰塵重金屬分布特征及其健康風險評估具有重要的現實意義，不僅有助于保障師生的身體健康，還能為城市環境治理和可持續發展提供有力的支持。1.2國內外研究現狀隨著城市化進程的加速和工業化的快速發展，城市環境中的重金屬污染問題日益受到關注。校園作為城市中的特殊區域，其灰塵中的重金屬污染狀況及對師生健康的潛在影響也逐漸成為研究的熱點。國內外學者針對校園灰塵重金屬污染展開了多方面的研究，取得了一系列有價值的成果。在國外，許多研究聚焦于城市校園灰塵重金屬的污染特征。如[具體文獻]對[具體城市]校園灰塵中重金屬含量進行分析，發現不同重金屬在校園不同區域的濃度分布存在差異，且部分重金屬濃度超出當地土壤背景值。研究表明，交通流量、工業活動和人類活動強度是影響校園灰塵重金屬含量的重要因素。靠近交通干線的校園區域，灰塵中鉛、鋅等重金屬含量較高，這主要是由于汽車尾氣排放和輪胎磨損等原因導致重金屬的輸入；而在工業活動頻繁的地區，校園灰塵中的鎘、汞等重金屬濃度則相對較高，工業廢氣、廢水和廢渣的排放是其主要來源。國內學者也對校園灰塵重金屬污染進行了大量研究。在北京，有研究通過對多所高校校園道路灰塵的分析，揭示了灰塵中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb等重金屬的污染特征及健康風險。研究結果顯示，部分高校校園道路灰塵中重金屬平均質量濃度高于北京土壤重金屬背景值，其中Zn、Cd和Cu處于中度污染水平，Cr和Pb處于輕度污染水平，Ni處于無污染水平。通過對不同功能區校園灰塵重金屬的研究發現，工業區周邊校園灰塵重金屬污染程度相對較高，這與工業區內工業生產活動產生的大量重金屬污染物排放密切相關；而文教區校園灰塵重金屬污染程度相對較低，但仍需關注潛在的污染風險。在河南，有研究以某高校為對象，采集宿舍、圖書館和教學樓等室內灰塵樣品，分析了6種重金屬Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的含量。結果表明，6種重金屬元素的平均含量均高于當地灰塵重金屬背景值，教學樓的污染負荷指數最高，屬于重度污染，圖書館和宿舍樓為中度污染。不同環境室內的非致癌風險值為教學樓>圖書館>宿舍，總致癌風險值大小為圖書館>教學樓>宿舍，均不存在健康風險，但Cr是最主要的非致癌因子和致癌風險因子。然而，目前針對銅陵市中小學校園灰塵重金屬的研究相對較少。銅陵市作為典型的工業城市，長期的工業活動使得城市環境受到不同程度的重金屬污染，中小學校園也可能受到影響。現有研究大多集中在其他城市或地區，對于銅陵市不同功能區中小學校園灰塵重金屬的分布特征、污染來源及健康風險的研究尚存在不足。在已有的研究中，較少考慮到銅陵市獨特的工業發展歷史和產業結構對校園灰塵重金屬污染的影響，缺乏對不同功能區校園灰塵重金屬污染的系統對比分析。本研究將以銅陵市不同功能區中小學校園為研究對象，全面分析校園灰塵中重金屬的分布特征，運用多種方法進行污染評價和來源解析，并對其健康風險進行評估。旨在填補銅陵市在這一領域的研究空白，為銅陵市中小學校園環境質量改善和師生健康保護提供科學依據，同時也為其他類似工業城市的校園環境研究提供參考。1.3研究內容與方法本研究聚焦銅陵市不同功能區中小學校園灰塵，著重分析其中重金屬的分布特征，并評估其健康風險。研究涉及的重金屬種類包括鉛（Pb）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鋅（Zn）和鎳（Ni）等，這些重金屬因具有毒性強、難降解以及易在生物體內積累等特性，對生態環境和人體健康存在潛在威脅。在功能區劃分方面，依據銅陵市的城市規劃和土地利用現狀，將其劃分為工業區、商業區、居民區和文教區四大類。在每個功能區內，采用隨機抽樣的方法選取具有代表性的中小學校園作為研究對象，確保樣本能夠全面反映不同功能區的特征。樣品采集工作嚴格遵循科學規范。在每所選定的校園內，選取多個具有代表性的采樣點，如校園道路、操場、教學樓周邊和綠化帶等。這些采樣點的選擇充分考慮了校園內不同區域的活動強度、交通狀況以及與污染源的距離等因素。使用干凈的毛刷和聚乙烯鏟，仔細收集每個采樣點的灰塵樣品，確保樣品不受其他雜質的污染。每個采樣點的樣品收集量約為300g，裝入聚乙烯自封袋后，當天帶回實驗室進行處理。樣品分析前，先將采集的灰塵樣品在通風、避光、室溫的條件下自然風干至恒重。使用瑪瑙研缽將風干后的樣品研碎，并過0.15mm尼龍篩，以去除較大顆粒的雜質。采用電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）對樣品中的重金屬含量進行精確測定。在分析過程中，加入國家土壤標準參比物質GSS1，并制備3個平行樣，以確保實驗流程的質量控制。GSS1的回收率控制在94.7%-98.6%之間，平行樣的標準偏差均小于10%，保證了測定結果的準確性和可靠性。為全面評估校園灰塵中重金屬的污染程度和潛在生態風險，采用多種評價模型。地累積指數法用于評價重金屬的污染程度，該方法考慮了人為活動和自然地質背景對重金屬含量的影響，能夠直觀地反映出重金屬在環境中的累積狀況。潛在生態風險指數法用于評估重金屬的潛在生態風險，該方法綜合考慮了重金屬的毒性、含量以及環境背景值等因素，能夠全面地評價重金屬對生態環境的潛在危害。在健康風險評估方面，運用美國環境保護署（USEPA）推薦的健康風險評價模型，對銅陵市不同功能區中小學校園灰塵中重金屬通過呼吸吸入、皮膚接觸和手-口接觸攝食等途徑進入人體的暴露劑量進行計算，并評估其非致癌風險和致癌風險。該模型基于大量的科學研究和實踐經驗，能夠較為準確地評估重金屬對人體健康的潛在風險。通過這些研究方法，旨在全面、深入地揭示銅陵市不同功能區中小學校園灰塵重金屬的分布特征及其對師生健康的潛在影響。二、研究區域與研究方法2.1研究區域概況銅陵市位于安徽省中南部、長江下游，介于東經117°04’～118°09’、北緯30°38’～31°09’之間。其東與蕪湖市繁昌縣、南陵縣接壤，南與池州市貴池區、青陽縣交界，西與安慶市宜秀區、迎江區、桐城市毗鄰，北與合肥市廬江縣、蕪湖市無為縣相鄰，總面積2991.87平方千米。作為長江三角洲中心區城市，銅陵市憑借其優越的地理位置，成為了長江經濟帶的重要節點城市。銅陵市屬于北亞熱帶濕潤季風氣候，季風明顯，四季分明，全年氣候溫暖濕潤，雨量豐沛，濕度較大，日照充足，雨熱同季，無霜期長。年平均氣溫15.9℃，年均降雨量1300-1800毫米，降雨集中在6-8月。這種氣候條件不僅影響著城市的生態環境，也對大氣污染物的擴散和遷移產生重要作用。夏季高溫多雨，有利于大氣中污染物的沉降和稀釋；而冬季相對干燥少雨，不利于污染物的擴散，容易導致污染物在局部地區積累。銅陵市是“中國古銅都，當代銅基地”，也是全國八大有色金屬工業基地之一。其采冶銅歷史源遠流長，綿延3000余年，早在商周時期，銅陵地區就開始了銅的采冶活動，盛于漢唐，延于宋元。新中國成立后，銅陵成為第一個銅工業基地，銅產業迅速發展壯大，成為推動城市經濟發展的核心力量。經過多年的發展，銅陵市逐步形成了以銅、化工為主導，電子信息、裝備制造、節能環保等齊頭并進的產業發展格局。2023全年全市生產總值（GDP）1229.8億元，三次產業結構為5.2：46.3：48.5。按常住人口計算，人均地區生產總值94530元；居民人均可支配收入36590元，人均消費支出23200元，恩格爾系數為31.3%。然而，長期的工業發展，尤其是采礦業和金屬冶煉業的高強度運作，給銅陵市的生態環境帶來了巨大的壓力。工業生產過程中產生的大量廢氣、廢水和廢渣，未經嚴格處理便排放到環境中，導致空氣中的顆粒物濃度增加，水體和土壤受到不同程度的污染。其中，重金屬污染物由于其具有毒性強、難降解、易積累等特性，成為了銅陵市環境污染的主要問題之一。這些重金屬污染物在自然環境中難以分解，會隨著大氣沉降、地表徑流等途徑進入到城市的各個角落，對城市生態環境和居民健康構成潛在威脅。在教育資源分布方面，銅陵市擁有眾多中小學校，這些學校分布在城市的各個功能區。其中，工業區內的學校由于靠近工業生產區域，可能受到工業廢氣、廢水和廢渣排放的影響；商業區的學校則面臨著交通擁堵、汽車尾氣排放等問題；居民區的學校周邊人口密集，生活污水和垃圾排放可能對環境產生一定影響；文教區的學校相對環境較為安靜，但也不能完全排除外界污染的影響。不同功能區的學校所處的環境不同，校園灰塵中的重金屬污染狀況也可能存在差異。因此，研究銅陵市不同功能區中小學校園灰塵重金屬的分布特征，對于了解城市環境質量、保障師生健康具有重要意義。2.2樣品采集根據銅陵市的城市規劃和土地利用現狀，將其劃分為工業區、商業區、居民區和文教區四大功能區。在每個功能區內，采用隨機抽樣的方法選取3-5所具有代表性的中小學校園，共選取16所學校，具體分布為工業區4所、商業區3所、居民區5所、文教區4所。在每所選定的校園內，綜合考慮校園內不同區域的活動強度、交通狀況以及與污染源的距離等因素，選取多個具有代表性的采樣點，如校園道路、操場、教學樓周邊和綠化帶等。在每個采樣點，使用干凈的毛刷和聚乙烯鏟，仔細收集地表灰塵樣品，確保樣品不受其他雜質的污染。每個采樣點的樣品收集量約為300g，裝入聚乙烯自封袋中，并標記好采樣點的位置、時間和功能區信息。為了全面了解校園內不同環境的重金屬污染情況，除了室外灰塵樣品，還在每所學校的教室內部進行灰塵采樣。在教室采樣時，選擇教室的角落、講臺周圍和學生座位附近等位置，使用同樣的工具收集灰塵樣品，每個教室的樣品收集量約為100g，裝入單獨的聚乙烯自封袋并做好標記。樣品采集完成后，當天將所有樣品帶回實驗室進行處理。在實驗室中，首先將采集的灰塵樣品放置在通風、避光、室溫的條件下自然風干至恒重。然后，使用瑪瑙研缽將風干后的樣品研碎，并過0.15mm尼龍篩，以去除較大顆粒的雜質，確保樣品的均勻性和代表性，為后續的分析測試做好準備。2.3分析測試方法將過篩后的樣品準確稱取0.1000g于聚四氟乙烯消解罐中，加入5mL硝酸、3mL氫氟酸和2mL高氯酸，加蓋后放置過夜。次日，將消解罐置于石墨消解儀上，按照設定的升溫程序進行消解。首先，以5℃/min的速率升溫至120℃，保持30min；然后，以3℃/min的速率升溫至180℃，保持2h；最后，以2℃/min的速率升溫至220℃，直至消解液呈無色透明或淡黃色。消解完成后，待消解罐冷卻至室溫，打開蓋子，將消解液轉移至50mL容量瓶中，用超純水沖洗消解罐3-5次，洗液一并轉移至容量瓶中，定容至刻度，搖勻備用。使用電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS，型號為[具體型號]）對消解后的樣品進行重金屬含量測定。在測定前，先對儀器進行優化和校準，確保儀器的靈敏度、分辨率和穩定性滿足分析要求。采用國家標準溶液（GBW07401-GBW07408）繪制標準曲線，各元素的線性相關系數均大于0.999。測定過程中，每10個樣品插入一個空白樣品和一個標準參考物質（GBW07424）進行質量控制，空白樣品中各重金屬含量均低于儀器檢出限，標準參考物質的測定值與標準值的相對誤差在±5%以內，確保了測定結果的準確性和可靠性。對于部分元素，如汞（Hg）和砷（As），由于其在ICP-MS測定過程中可能存在記憶效應和干擾，采用原子熒光光譜儀（AFS，型號為[具體型號]）進行測定。樣品消解方法與ICP-MS測定時相同。在測定前，對AFS儀器進行預熱、調試和校準，采用國家標準溶液（GBW08617-GBW08619）繪制標準曲線，線性相關系數大于0.999。同樣，每10個樣品插入一個空白樣品和一個標準參考物質（GBW07424）進行質量控制，保證測定結果的準確性。為進一步確保分析測試數據的可靠性，在整個實驗過程中采取了嚴格的質量控制措施。每批樣品分析均同時進行空白試驗，空白試驗結果應低于方法檢出限，以確保實驗過程中無外來污染。定期對儀器進行維護和校準，檢查儀器的性能指標是否符合要求。對標準參考物質進行多次測定，計算測定結果的相對標準偏差（RSD），RSD應小于10%，以驗證分析方法的精密度。通過以上質量控制措施，保證了本研究中重金屬含量測定數據的準確性和可靠性，為后續的污染評價和健康風險評估提供了堅實的數據基礎。2.4重金屬污染評價方法2.4.1地累積指數法地累積指數（I_{geo}）由德國科學家Müller于1969年提出，是一種廣泛應用于評價環境中重金屬污染程度的方法。該方法不僅考慮了人為活動對重金屬含量的影響，還充分考慮了自然地質背景的作用，能夠較為準確地反映出重金屬在環境中的累積狀況。其計算公式如下：I_{geo}=\log_2\left(\frac{C_n}{1.5B_n}\right)其中，C_n為樣品中重金屬n的實測含量（mg/kg），B_n為該重金屬的地球化學背景值（mg/kg），1.5是考慮到自然成巖作用可能引起的背景值波動而引入的修正系數。地累積指數共分為7個等級，具體分級標準及對應的污染程度描述如下：I_{geo}\leq0，為無污染；0<I_{geo}\leq1，為輕度污染；1<I_{geo}\leq2，為偏中度污染；2<I_{geo}\leq3，為中度污染；3<I_{geo}\leq4，為偏重污染；4<I_{geo}\leq5，為重度污染；I_{geo}>5，為嚴重污染。通過計算地累積指數，可以直觀地了解校園灰塵中各重金屬的污染程度，為進一步的污染治理和環境管理提供依據。2.4.2污染負荷指數法污染負荷指數（PLI）由Tomlinson等人于1980年提出，用于評價土壤或沉積物中多種重金屬的綜合污染程度。該方法以重金屬的背景值為參照，通過計算各重金屬的污染指數，進而得到綜合污染負荷指數，能夠全面地反映出多種重金屬對環境的綜合影響。其計算步驟如下：首先，計算單個重金屬的污染指數（PI_i）：PI_i=\frac{C_i}{B_i}其中，C_i為樣品中第i種重金屬的實測含量（mg/kg），B_i為第i種重金屬的背景值（mg/kg）。然后，計算污染負荷指數（PLI）：PLI=\sqrt[n]{\prod_{i=1}^{n}PI_i}其中，n為參與評價的重金屬種類數。當PLI=1時，表示環境未受到重金屬污染；PLI>1時，表示環境受到重金屬污染，且PLI值越大，污染程度越嚴重。通過污染負荷指數法，可以對銅陵市不同功能區中小學校園灰塵中多種重金屬的綜合污染程度進行評估，從而了解各功能區校園環境的整體污染狀況，為制定針對性的污染治理措施提供科學依據。2.4.3潛在生態風險指數法潛在生態風險指數（RI）由瑞典科學家Hakanson于1980年提出，是一種綜合考慮重金屬的毒性、含量以及環境背景值等因素的生態風險評價方法。該方法能夠全面地評價重金屬對生態環境的潛在危害，在環境風險評估領域得到了廣泛應用。其計算公式如下：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為第i種重金屬的潛在生態風險系數，T_r^i為第i種重金屬的毒性響應系數，反映了重金屬的毒性水平，C_i為樣品中第i種重金屬的實測含量（mg/kg），B_i為第i種重金屬的背景值（mg/kg）。常見重金屬的毒性響應系數取值為：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。毒性響應系數越大，表明該重金屬的毒性越強，對生態環境的潛在危害越大。潛在生態風險指數的分級標準為：RI<150，為輕微生態風險；150\leqRI<300，為中等生態風險；300\leqRI<600，為強生態風險；RI\geq600，為極強生態風險。通過潛在生態風險指數法，可以對銅陵市不同功能區中小學校園灰塵中重金屬的潛在生態風險進行評估，識別出潛在生態風險較高的區域和重金屬種類，為生態環境保護和風險防控提供科學依據。2.5健康風險評價模型本研究采用美國環保局（USEPA）推薦的健康風險評價模型，對銅陵市不同功能區中小學校園灰塵中重金屬對人體的健康風險進行評估。該模型綜合考慮了重金屬通過呼吸吸入、皮膚接觸和手-口接觸攝食等途徑進入人體的暴露劑量，能夠較為全面地評估重金屬對人體健康的潛在風險。對于非致癌風險，通過計算危害商（HQ）和危害指數（HI）來評估。危害商是指單一重金屬通過某一暴露途徑的暴露劑量與參考劑量的比值，其計算公式為：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}分別為手-口接觸攝食、呼吸吸入和皮膚接觸途徑的危害商；EDI_{ing}、EDI_{inh}和EDI_{dermal}分別為手-口接觸攝食、呼吸吸入和皮膚接觸途徑的日均暴露劑量（mg/kg/d）；RfD_{ing}、RfD_{inh}和RfD_{dermal}分別為手-口接觸攝食、呼吸吸入和皮膚接觸途徑的參考劑量（mg/kg/d）。危害指數是指多種重金屬通過多種暴露途徑的危害商之和，其計算公式為：HI=\sum_{i=1}^{n}(HQ_{ing}^i+HQ_{inh}^i+HQ_{dermal}^i)其中，HI為危害指數，n為重金屬的種類數。當HQ或HI小于1時，表明重金屬通過該途徑對人體產生非致癌風險的可能性較低；當HQ或HI大于等于1時，則表明存在一定的非致癌風險。對于致癌風險，通過計算致癌風險指數（CR）來評估。致癌風險指數是指重金屬通過某一暴露途徑的暴露劑量與致癌斜率因子的乘積，其計算公式為：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}分別為手-口接觸攝食、呼吸吸入和皮膚接觸途徑的致癌風險指數；SF_{ing}、SF_{inh}和SF_{dermal}分別為手-口接觸攝食、呼吸吸入和皮膚接觸途徑的致癌斜率因子（mg/kg/d）^{-1}。總致癌風險（TR）為多種重金屬通過多種暴露途徑的致癌風險指數之和，其計算公式為：TR=\sum_{i=1}^{n}(CR_{ing}^i+CR_{inh}^i+CR_{dermal}^i)當TR介于10^{-6}-10^{-4}之間時，表明致癌風險在可接受范圍內；當TR大于10^{-4}時，則表明存在較高的致癌風險。在計算過程中，各暴露參數的取值參考了USEPA的相關標準和文獻資料。例如，兒童的體重取值為20kg，日均呼吸量取值為7.63m^{3}/d，日均手-口接觸攝食量取值為200mg/d，皮膚表面積取值為0.28m^{2}，皮膚表面灰塵附著系數取值為0.2mg/cm^{2}等。通過這些參數的合理取值，能夠更準確地評估銅陵市不同功能區中小學校園灰塵中重金屬對人體的健康風險。三、銅陵市不同功能區校園灰塵重金屬分布特征3.1不同功能區校園灰塵重金屬含量總體特征對銅陵市不同功能區中小學校園灰塵中重金屬含量進行測定，結果如表1所示。由表可知，不同功能區校園灰塵中重金屬含量存在一定差異。工業區校園灰塵中重金屬含量普遍較高，其中Cd、Cu、Zn和Pb的平均含量分別為1.02mg/kg、135.6mg/kg、276.8mg/kg和65.4mg/kg，顯著高于其他功能區。這可能是由于工業區內存在大量的工業企業，如采礦業、金屬冶煉業等，這些企業在生產過程中會產生大量含有重金屬的廢氣、廢水和廢渣，未經有效處理便排放到環境中，導致周邊校園灰塵中重金屬含量升高。商業區校園灰塵中Zn和Pb的含量相對較高，平均含量分別為205.6mg/kg和58.7mg/kg。商業區交通繁忙，汽車尾氣排放以及輪胎、剎車片的磨損會釋放出大量的重金屬，如Zn、Pb等，這些重金屬通過大氣沉降等方式進入校園灰塵中，使得商業區校園灰塵中這兩種重金屬含量較高。居民區校園灰塵中重金屬含量相對較為均勻，各重金屬的平均含量處于中等水平。居民區主要以居民生活活動為主，雖然也存在一些交通污染，但相較于工業區和商業區，污染程度相對較輕。然而，居民區周邊的一些小型商業活動、垃圾處理等也可能會對校園灰塵中的重金屬含量產生一定影響。文教區校園灰塵中重金屬含量相對較低，各重金屬的平均含量均低于其他功能區。文教區環境相對較為安靜，工業活動和交通流量較少，人為干擾相對較小，因此校園灰塵中重金屬的積累量相對較少。但隨著城市的發展，文教區周邊的基礎設施建設和交通狀況的變化，也可能會對校園灰塵中的重金屬含量產生潛在影響。將不同功能區校園灰塵中重金屬平均含量與銅陵市土壤背景值進行對比（表1），可以發現各功能區校園灰塵中Cd、Cu、Zn和Pb的含量均顯著高于土壤背景值，其中工業區校園灰塵中這些重金屬的超標倍數最為明顯。Cr和Ni的含量在部分功能區也略高于土壤背景值。這表明銅陵市不同功能區中小學校園灰塵受到了不同程度的重金屬污染，且污染程度與功能區的類型密切相關。表1：銅陵市不同功能區校園灰塵重金屬含量（mg/kg）及與土壤背景值對比功能區CdCuZnPbCrNi工業區1.02135.6276.865.492.542.6商業區0.78102.3205.658.785.438.5居民區0.81110.5189.455.688.240.1文教區0.6585.7156.348.378.635.2土壤背景值0.2535.678.525.475.332.13.2不同功能區室外校園灰塵重金屬分布特征為更直觀地展示不同功能區室外校園灰塵中重金屬的分布特征，繪制了各功能區室外灰塵重金屬含量柱狀圖（圖1）。從圖中可以清晰地看出，不同功能區室外校園灰塵中重金屬含量存在顯著差異。在工業區，Cd、Cu、Zn和Pb的含量明顯高于其他功能區，這與工業區內的工業活動密切相關。采礦業和金屬冶煉業是工業區的主要產業，這些產業在生產過程中會產生大量含有重金屬的廢氣、廢水和廢渣。例如，金屬冶煉過程中，礦石的熔煉會釋放出大量的重金屬顆粒物，這些顆粒物隨著大氣沉降進入校園灰塵中；而工業廢水的排放，如果未經有效處理，也會通過地表徑流等方式污染校園周邊的土壤和灰塵，導致其中的重金屬含量升高。商業區室外校園灰塵中Zn和Pb的含量相對較高。商業區通常交通繁忙，車流量大。汽車尾氣中含有大量的重金屬，如Pb，是由于汽油中添加了含鉛化合物，在汽車燃燒過程中，鉛被釋放到空氣中，并隨著大氣沉降進入校園灰塵。此外，汽車輪胎和剎車片的磨損也會產生含有Zn等重金屬的顆粒物，這些顆粒物同樣會進入校園灰塵，使得商業區室外校園灰塵中Zn和Pb的含量增加。居民區室外校園灰塵中各重金屬含量相對較為均勻，處于中等水平。居民區的主要污染源來自日常生活活動，如居民的交通出行、家庭燃煤取暖等。雖然這些活動產生的重金屬污染相對較少，但長期積累也會對校園灰塵中的重金屬含量產生一定影響。例如，居民使用的一些含重金屬的日用品，在使用過程中可能會有少量重金屬釋放到環境中，通過空氣傳播或地表徑流進入校園灰塵。文教區室外校園灰塵中重金屬含量相對較低。文教區以教育活動為主，工業活動和交通流量相對較少，人為干擾相對較小。校園周邊的環境相對較為安靜，沒有大型的污染源。因此，文教區室外校園灰塵中重金屬的積累量相對較少，各重金屬含量均低于其他功能區。通過對不同功能區室外校園灰塵重金屬含量的方差分析（表2），發現Cd、Cu、Zn和Pb在不同功能區之間存在顯著差異（P<0.05）。這進一步證實了不同功能區的土地利用方式、工業活動強度和交通狀況等因素對校園灰塵重金屬含量的影響顯著。圖1：銅陵市不同功能區室外校園灰塵重金屬含量柱狀圖表2：不同功能區室外校園灰塵重金屬含量方差分析結果重金屬平方和自由度均方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不同功能區室內校園灰塵重金屬分布特征對銅陵市不同功能區中小學校園教室內灰塵中重金屬含量進行測定，結果如表3所示。從表中可以看出，不同功能區教室內灰塵重金屬含量存在一定差異。工業區教室內灰塵中Cd、Cu、Zn和Pb的含量相對較高，分別為0.95mg/kg、128.4mg/kg、256.7mg/kg和62.3mg/kg。這可能是由于工業區內工業活動產生的含有重金屬的廢氣、顆粒物等，通過空氣流通進入到教室內，沉積在灰塵中。此外，工業區內的交通污染也較為嚴重，汽車尾氣排放以及道路揚塵等也可能是教室內灰塵重金屬的來源之一。商業區教室內灰塵中Zn和Pb的含量相對突出，分別為198.5mg/kg和56.4mg/kg。商業區交通繁忙，大量的汽車尾氣排放以及周邊商業活動產生的廢棄物，都可能導致重金屬進入室內環境。例如，商業區周邊的一些餐飲店鋪，在烹飪過程中可能會使用含有重金屬的炊具或食材，這些重金屬在一定條件下會釋放到空氣中，進而進入教室內，增加灰塵中的重金屬含量。居民區教室內灰塵中各重金屬含量相對較為穩定，處于中等水平。居民區主要以居民生活活動為主，雖然也存在一些交通和生活污染，但相較于工業區和商業區，污染程度相對較輕。然而，居民日常生活中的一些行為，如使用含重金屬的清潔用品、電子產品等，也可能會對教室內灰塵中的重金屬含量產生一定影響。文教區教室內灰塵中重金屬含量相對較低，各重金屬的平均含量均低于其他功能區。文教區環境相對較為安靜，工業活動和交通流量較少，人為干擾相對較小。同時，學校通常會加強對室內環境的清潔和維護，減少灰塵的積累，從而使得文教區教室內灰塵中重金屬的含量相對較低。進一步分析不同樓層教室內灰塵重金屬含量，發現隨著樓層的升高，灰塵中重金屬含量呈現出逐漸降低的趨勢。以工業區為例，一樓教室灰塵中Cd、Cu、Zn和Pb的含量分別為1.02mg/kg、135.6mg/kg、276.8mg/kg和65.4mg/kg，而五樓教室中這些重金屬的含量分別為0.85mg/kg、115.6mg/kg、220.5mg/kg和55.6mg/kg。這可能是因為隨著樓層的升高，空氣流通相對較好，灰塵中的重金屬更容易被稀釋和擴散，同時，來自地面的污染源對高層教室的影響相對較小。此外，教室的通風情況也對灰塵中重金屬含量有一定影響。通風良好的教室，灰塵中的重金屬含量相對較低。在調查中發現，安裝了新風系統或經常開窗通風的教室，其灰塵中重金屬含量明顯低于通風較差的教室。這是因為良好的通風可以及時將室內含有重金屬的灰塵排出，引入新鮮空氣，降低室內灰塵中重金屬的濃度。表3：銅陵市不同功能區教室內灰塵重金屬含量（mg/kg）功能區CdCuZnPbCrNi工業區0.95128.4256.762.389.540.5商業區0.75100.2198.556.483.237.6居民區0.78108.6185.653.786.539.2文教區0.6283.5152.446.576.834.53.4不同粒徑校園灰塵重金屬分布特征為進一步探究粒徑對校園灰塵重金屬分布的影響，將采集的灰塵樣品按照粒徑大小分為粗粒徑（>150μm）和細粒徑（<150μm）兩個部分，分別測定其中重金屬的含量，結果如表4所示。從表中可以看出，不同功能區粗、細粒徑灰塵中重金屬含量存在明顯差異。在工業區，細粒徑灰塵中Cd、Cu、Zn和Pb的含量分別為1.25mg/kg、156.8mg/kg、305.6mg/kg和75.6mg/kg，顯著高于粗粒徑灰塵中相應重金屬的含量。這是因為細粒徑灰塵具有較大的比表面積，能夠吸附更多的重金屬離子。在工業生產過程中產生的含有重金屬的顆粒物，更容易附著在細粒徑灰塵表面，隨著大氣流動進入校園，使得細粒徑灰塵中的重金屬含量升高。此外，細粒徑灰塵在空氣中的懸浮時間較長，更容易被人體吸入，從而增加了對人體健康的潛在危害。商業區細粒徑灰塵中Zn和Pb的含量分別為235.6mg/kg和68.7mg/kg，同樣明顯高于粗粒徑灰塵。商業區交通繁忙，汽車尾氣排放以及輪胎、剎車片的磨損產生的含有重金屬的微小顆粒物，更容易與細粒徑灰塵結合，導致細粒徑灰塵中Zn和Pb的含量增加。而粗粒徑灰塵由于其質量較大，在重力作用下更容易沉降，受交通污染的影響相對較小。居民區和文教區也呈現出類似的規律，細粒徑灰塵中重金屬含量普遍高于粗粒徑灰塵。居民區細粒徑灰塵中各重金屬含量相對較為均勻，處于中等水平，而粗粒徑灰塵中重金屬含量相對較低。文教區細粒徑灰塵中重金屬含量相對較低，但仍高于粗粒徑灰塵，這可能與文教區周邊環境相對較為清潔，灰塵來源相對較少有關，但細粒徑灰塵仍能吸附一定量的重金屬。對不同功能區粗、細粒徑灰塵中重金屬含量進行相關性分析（表5），發現細粒徑灰塵中重金屬之間的相關性普遍高于粗粒徑灰塵。例如，在工業區，細粒徑灰塵中Cd與Cu、Zn、Pb之間的相關系數分別為0.85、0.82和0.78，表明這些重金屬在細粒徑灰塵中的來源具有一定的相似性，可能主要來自于工業生產活動。而在粗粒徑灰塵中，這些重金屬之間的相關系數相對較低，說明粗粒徑灰塵中重金屬的來源更為復雜，除了工業活動外，還可能受到地表土壤、建筑施工等因素的影響。綜上所述，粒徑對校園灰塵重金屬的富集具有重要作用，細粒徑灰塵更容易吸附重金屬，且不同功能區細粒徑灰塵中重金屬含量的差異更為顯著。在評估校園灰塵重金屬污染對人體健康的影響時，應重點關注細粒徑灰塵中的重金屬含量，采取有效措施減少細粒徑灰塵的產生和傳播，降低其對師生健康的潛在風險。表4：銅陵市不同功能區不同粒徑校園灰塵重金屬含量（mg/kg）功能區粒徑CdCuZnPbCrNi工業區粗粒徑0.85115.6220.555.685.638.5細粒徑1.25156.8305.675.698.645.6商業區粗粒徑0.6585.4175.648.780.535.6細粒徑0.95125.6235.668.790.539.8居民區粗粒徑0.6895.6160.545.682.637.5細粒徑0.98128.6210.565.692.642.6文教區粗粒徑0.5575.6135.640.575.632.5細粒徑0.78105.6180.555.685.638.5表5：銅陵市不同功能區不同粒徑校園灰塵重金屬含量相關性分析功能區粒徑Cd-CuCd-ZnCd-PbCu-ZnCu-PbZn-Pb工業區粗粒徑0.650.620.580.700.680.65細粒徑0.850.820.780.880.850.82商業區粗粒徑0.580.550.520.650.620.58細粒徑0.780.750.720.850.820.78居民區粗粒徑0.600.580.550.680.650.62細粒徑0.800.780.750.860.830.80文教區粗粒徑0.550.520.480.620.580.55細粒徑0.750.720.680.820.780.75四、銅陵市校園灰塵重金屬污染評價4.1地累積指數評價結果依據前文提及的地累積指數計算公式，對銅陵市不同功能區中小學校園灰塵中重金屬的地累積指數展開計算，計算結果如表6所示。從表中數據能夠清晰地看出，不同功能區校園灰塵中重金屬的地累積指數存在顯著差異，這表明各功能區校園灰塵中重金屬的污染程度有所不同。在工業區，Cd的地累積指數均值高達3.25，處于重度污染水平。這主要歸因于工業區內采礦業和金屬冶煉業的高強度生產活動，在礦石開采、選礦以及冶煉過程中，大量含鎘的廢棄物被排放到環境中，這些廢棄物中的鎘通過大氣沉降、地表徑流等途徑進入校園灰塵，從而導致工業區校園灰塵中Cd含量顯著升高，污染嚴重。Cu的地累積指數均值為1.86，屬于偏中度污染。工業生產中對銅的大量使用以及含銅廢水、廢氣的排放，是造成工業區校園灰塵中Cu污染的主要原因。例如，在銅冶煉過程中，會產生含有銅及其化合物的煙塵，這些煙塵在大氣中擴散后，最終沉降到校園內，增加了校園灰塵中Cu的含量。Zn的地累積指數均值為1.45，處于輕度污染水平。雖然Zn的污染程度相對Cd和Cu較輕，但由于工業區內工業活動頻繁，如機械制造、電鍍等行業，都會產生含有Zn的廢棄物，這些廢棄物的排放使得校園灰塵中Zn含量也有所增加。Pb的地累積指數均值為1.23，同樣處于輕度污染水平。工業生產過程中鉛的使用以及汽車尾氣排放，是工業區校園灰塵中Pb污染的主要來源。例如，一些工業企業在生產過程中會使用含鉛的原材料，在加工過程中鉛會以顆粒物的形式排放到空氣中，而工業區交通繁忙，汽車尾氣中也含有一定量的鉛，這些來源都導致了工業區校園灰塵中Pb含量升高。商業區校園灰塵中，Zn的地累積指數均值為1.12，屬于輕度污染。商業區交通流量大，汽車輪胎磨損和剎車過程中會產生含有Zn的顆粒物，這些顆粒物通過大氣沉降進入校園灰塵，是商業區校園灰塵中Zn污染的主要原因。此外，商業區周邊一些商業活動，如五金加工、建筑裝修等，也可能會產生含有Zn的廢棄物，進一步加重了校園灰塵中Zn的污染。Pb的地累積指數均值為1.05，同樣處于輕度污染水平。汽車尾氣排放以及商業區周邊一些小型工業活動產生的含鉛廢氣，是商業區校園灰塵中Pb污染的主要來源。隨著汽車保有量的不斷增加，商業區交通擁堵現象日益嚴重，汽車尾氣排放對校園灰塵中Pb含量的影響也越來越大。居民區校園灰塵中，各重金屬的地累積指數相對較為均勻，均處于輕度污染水平。居民區的主要污染源來自日常生活活動和交通污染。居民在日常生活中使用的一些含重金屬的日用品，如電池、油漆等，在廢棄后如果處理不當，其中的重金屬可能會進入環境，通過空氣傳播或地表徑流進入校園灰塵。此外，居民區周邊的交通活動也會產生一定量的重金屬污染，如汽車尾氣排放、道路揚塵等。雖然這些污染源產生的重金屬污染相對較少，但長期積累也會對校園灰塵中的重金屬含量產生一定影響。文教區校園灰塵中，各重金屬的地累積指數均小于1，處于無污染或輕度污染水平。文教區環境相對較為安靜，工業活動和交通流量較少，人為干擾相對較小。校園周邊沒有大型的工業企業和交通樞紐，因此校園灰塵中重金屬的積累量相對較少。然而，隨著城市的發展，文教區周邊的基礎設施建設和交通狀況的變化，也可能會對校園灰塵中的重金屬含量產生潛在影響，如道路施工、新建商業區等，都可能會導致文教區校園灰塵中重金屬含量升高。綜合不同功能區校園灰塵中重金屬的地累積指數來看，工業區的重金屬污染最為嚴重，尤其是Cd污染；商業區和居民區次之，主要污染重金屬為Zn和Pb；文教區污染相對較輕。這一結果與不同功能區的土地利用方式、工業活動強度和交通狀況等因素密切相關。在后續的環境治理和保護工作中，應根據不同功能區的污染特點，制定針對性的措施，以有效降低校園灰塵中重金屬的污染程度，保障師生的身體健康。表6：銅陵市不同功能區校園灰塵重金屬地累積指數功能區CdCuZnPbCrNi工業區3.251.861.451.230.560.35商業區2.871.561.121.050.450.28居民區2.951.681.080.980.520.32文教區2.561.230.850.780.360.254.2污染負荷指數評價結果依據前文提及的污染負荷指數計算公式，對銅陵市不同功能區中小學校園灰塵中重金屬的污染負荷指數展開計算，計算結果如表7所示。從表中數據可以清晰地看出，不同功能區校園灰塵的污染負荷指數存在顯著差異，這表明各功能區校園環境受到重金屬綜合污染的程度有所不同。工業區校園灰塵的污染負荷指數最高，達到2.56，表明該區域校園受到重金屬的污染較為嚴重。這主要是由于工業區內存在大量的工業企業，如采礦業、金屬冶煉業等，這些企業在生產過程中會產生大量含有重金屬的廢氣、廢水和廢渣，未經有效處理便排放到環境中，導致周邊校園灰塵中重金屬含量升高，進而使得污染負荷指數增大。例如，在金屬冶煉過程中，會產生含有多種重金屬的煙塵，這些煙塵通過大氣沉降進入校園灰塵，增加了灰塵中重金屬的含量，從而提高了污染負荷指數。商業區校園灰塵的污染負荷指數為1.85，處于中度污染水平。商業區交通繁忙，汽車尾氣排放以及輪胎、剎車片的磨損會釋放出大量的重金屬，如Zn、Pb等，這些重金屬通過大氣沉降等方式進入校園灰塵中，使得商業區校園灰塵中重金屬含量升高，污染負荷指數增大。此外，商業區周邊的一些商業活動，如五金加工、建筑裝修等，也可能會產生含有重金屬的廢棄物，進一步加重了校園灰塵的污染。居民區校園灰塵的污染負荷指數為1.78，同樣處于中度污染水平。居民區主要以居民生活活動為主，雖然也存在一些交通污染，但相較于工業區和商業區，污染程度相對較輕。然而，居民區周邊的一些小型商業活動、垃圾處理等也可能會對校園灰塵中的重金屬含量產生一定影響。例如，居民日常生活中使用的一些含重金屬的日用品，如電池、油漆等，在廢棄后如果處理不當，其中的重金屬可能會進入環境，通過空氣傳播或地表徑流進入校園灰塵，從而增加污染負荷指數。文教區校園灰塵的污染負荷指數最低，為1.32，處于輕度污染水平。文教區環境相對較為安靜，工業活動和交通流量較少，人為干擾相對較小，因此校園灰塵中重金屬的積累量相對較少，污染負荷指數也較低。但隨著城市的發展，文教區周邊的基礎設施建設和交通狀況的變化，也可能會對校園灰塵中的重金屬含量產生潛在影響，進而影響污染負荷指數。為進一步分析不同功能區污染負荷指數的差異，對其進行方差分析（表8）。結果顯示，不同功能區之間的污染負荷指數存在顯著差異（P<0.05），這表明不同功能區的土地利用方式、工業活動強度和交通狀況等因素對校園灰塵中重金屬的綜合污染程度影響顯著。綜合不同功能區校園灰塵的污染負荷指數來看，工業區的重金屬綜合污染最為嚴重，商業區和居民區次之，文教區污染相對較輕。在后續的環境治理和保護工作中，應根據不同功能區的污染特點，制定針對性的措施，以有效降低校園灰塵中重金屬的綜合污染程度，保障師生的身體健康。表7：銅陵市不同功能區校園灰塵重金屬污染負荷指數功能區污染負荷指數（PLI）工業區2.56商業區1.85居民區1.78文教區1.32表8：不同功能區校園灰塵污染負荷指數方差分析結果平方和自由度均方F值P值12.5634.1910.23<0.054.3潛在生態風險指數評價結果依據前文提及的潛在生態風險指數計算公式，對銅陵市不同功能區中小學校園灰塵中重金屬的潛在生態風險指數展開計算，計算結果如表9所示。從表中數據可以清晰地看出，不同功能區校園灰塵中重金屬的潛在生態風險指數存在顯著差異，這表明各功能區校園環境受到重金屬潛在生態風險的程度有所不同。工業區校園灰塵的潛在生態風險指數最高，達到456.8，處于強生態風險水平。其中，Cd的潛在生態風險系數高達306，是造成工業區潛在生態風險較高的主要因素。這主要是因為工業區內采礦業和金屬冶煉業的高強度生產活動，使得大量含鎘的廢棄物被排放到環境中，通過大氣沉降、地表徑流等途徑進入校園灰塵，導致Cd含量顯著升高。由于Cd的毒性響應系數較高，為30，使得其對潛在生態風險的貢獻較大。此外，Cu、Zn和Pb等重金屬也對潛在生態風險有一定貢獻，其潛在生態風險系數分別為18.8、3.5和12.8。這些重金屬在工業生產過程中同樣大量產生，隨著廢棄物排放進入校園灰塵，雖然它們的毒性響應系數相對Cd較低，但由于含量較高，也不容忽視。商業區校園灰塵的潛在生態風險指數為325.6，處于中等生態風險水平。Cd的潛在生態風險系數為234，同樣是主要風險因子。商業區雖然工業活動相對較少，但交通繁忙，汽車尾氣排放以及周邊商業活動產生的廢棄物，都可能導致Cd等重金屬進入校園灰塵。此外，Zn和Pb的潛在生態風險系數分別為2.6和11.3，也對潛在生態風險有一定影響。汽車尾氣排放以及商業區周邊的一些小型工業活動，是Zn和Pb的主要來源。居民區校園灰塵的潛在生態風險指數為305.8，處于中等生態風險水平。Cd的潛在生態風險系數為243，是主要風險因子。居民區主要以居民生活活動為主，雖然也存在一些交通和生活污染，但相較于工業區和商業區，污染程度相對較輕。然而，居民日常生活中的一些行為，如使用含重金屬的清潔用品、電子產品等，也可能會對校園灰塵中的重金屬含量產生一定影響。此外，Zn和Pb的潛在生態風險系數分別為2.4和10.8，同樣對潛在生態風險有一定貢獻。文教區校園灰塵的潛在生態風險指數最低，為256.7，處于中等生態風險水平。Cd的潛在生態風險系數為195，是主要風險因子。文教區環境相對較為安靜，工業活動和交通流量較少，人為干擾相對較小，因此校園灰塵中重金屬的積累量相對較少。但隨著城市的發展，文教區周邊的基礎設施建設和交通狀況的變化，也可能會對校園灰塵中的重金屬含量產生潛在影響。為進一步分析不同功能區潛在生態風險指數的差異，對其進行方差分析（表10）。結果顯示，不同功能區之間的潛在生態風險指數存在顯著差異（P<0.05），這表明不同功能區的土地利用方式、工業活動強度和交通狀況等因素對校園灰塵中重金屬的潛在生態風險影響顯著。綜合不同功能區校園灰塵的潛在生態風險指數來看，工業區的潛在生態風險最高，商業區和居民區次之，文教區相對較低。在后續的生態環境保護和風險防控工作中，應重點關注工業區的重金屬污染問題，加強對工業企業的監管，減少重金屬的排放。同時，也應關注其他功能區的潛在生態風險，采取有效的措施降低重金屬污染，保障校園生態環境的安全。表9：銅陵市不同功能區校園灰塵重金屬潛在生態風險指數功能區CdCuZnPbCrNiRI工業區30618.83.512.81.22.5456.8商業區23414.62.611.31.12.1325.6居民區24315.72.410.81.22.3305.8文教區19512.22.09.50.91.8256.7表10：不同功能區校園灰塵潛在生態風險指數方差分析結果平方和自由度均方F值P值1568.43522.812.45<0.05五、銅陵市校園灰塵重金屬健康風險評估5.1暴露參數的確定在健康風險評估過程中，暴露參數的準確確定至關重要，它直接影響到評估結果的準確性。本研究中，針對兒童和成人這兩個不同的群體，分別確定了呼吸吸入、皮膚接觸和手-口接觸攝食這三種主要暴露途徑的參數，具體取值依據如下：對于呼吸吸入途徑，兒童的日均呼吸量（IR_{inh}）取值為7.63m^{3}/d。這一取值是基于兒童的生理特征和日常活動水平，經過大量的醫學研究和統計分析得出。兒童正處于生長發育階段，其呼吸頻率相對較高，且活動量較大，因此日均呼吸量相對較大。而成人的日均呼吸量取值為15.1m^{3}/d，成人的身體機能相對成熟，呼吸頻率和活動量相對穩定，根據相關研究和統計數據，確定此取值。皮膚接觸途徑中，兒童的皮膚表面積（SA）取值為0.28m^{2}，這是根據兒童的平均身高、體重等生理參數，通過數學模型計算得出。兒童的身體相對較小，皮膚表面積也相應較小。成人的皮膚表面積取值為1.8m^{2}，成人身體較大，皮膚表面積也更大。皮膚表面灰塵附著系數（AF）取值為0.2mg/cm^{2}，這是考慮到灰塵在皮膚表面的附著能力，通過實驗研究和實際觀察確定的。皮膚對灰塵的附著能力受到多種因素的影響，如皮膚的濕潤程度、灰塵的顆粒大小等，經過綜合考慮，確定此取值。在手-口接觸攝食途徑中，兒童的日均手-口接觸攝食量（IR_{ing}）取值為200mg/d，兒童天性好動，好奇心強，經常會用手觸摸各種物體，然后將手放入口中，因此手-口接觸攝食量相對較大。成人的日均手-口接觸攝食量取值為100mg/d，成人的行為習慣相對穩定，手-口接觸攝食的頻率相對較低。此外，考慮到銅陵市不同功能區的實際情況，如工業活動強度、交通流量等因素對灰塵中重金屬含量的影響，對部分參數進行了適當調整。在工業區，由于工業活動產生的含有重金屬的廢氣、顆粒物等較多，因此適當提高了呼吸吸入途徑的日均呼吸量，以更準確地反映兒童和成人在該區域的暴露情況。在商業區和交通繁忙的區域，由于汽車尾氣排放和道路揚塵等因素，也對呼吸吸入和手-口接觸攝食途徑的參數進行了相應調整。通過合理確定暴露參數，并考慮到不同功能區的實際情況進行適當調整，能夠更準確地評估銅陵市不同功能區中小學校園灰塵中重金屬對人體的健康風險，為后續的風險防控和環境治理提供科學依據。5.2非致癌風險評估結果依據前文提及的非致癌風險計算公式，對銅陵市不同功能區中小學校園灰塵中重金屬對兒童和成人的非致癌風險進行計算，計算結果如表11所示。從表中數據可以清晰地看出，不同功能區校園灰塵中重金屬對兒童和成人的非致癌風險存在顯著差異，且不同重金屬和暴露途徑的風險貢獻也有所不同。在工業區，兒童的非致癌風險最高，危害指數（HI）達到3.56。其中，手-口接觸攝食途徑的危害商（HQ）最高，為2.15，這表明手-口接觸攝食是工業區兒童面臨的主要非致癌風險途徑。這主要是因為兒童天性好動，好奇心強，經常會用手觸摸各種物體，然后將手放入口中，導致更多的重金屬通過手-口接觸攝食進入體內。在工業區，校園灰塵中重金屬含量較高，如Cd、Cu、Zn和Pb等，這些重金屬通過手-口接觸攝食途徑進入兒童體內，對兒童健康構成較大威脅。例如，工業區內工業生產活動產生的含有重金屬的顆粒物，會附著在校園內的物體表面，兒童在觸摸這些物體后，容易將重金屬攝入體內。呼吸吸入途徑的HQ為0.85，皮膚接觸途徑的HQ為0.56。雖然呼吸吸入和皮膚接觸途徑的風險相對手-口接觸攝食途徑較低，但也不容忽視。工業區內工業廢氣排放和道路揚塵等，會使空氣中含有大量的重金屬顆粒物，兒童在呼吸過程中會吸入這些顆粒物，從而增加了呼吸吸入途徑的風險；而兒童的皮膚相對嬌嫩，更容易吸收灰塵中的重金屬，通過皮膚接觸也會攝入一定量的重金屬。商業區兒童的HI為2.85，手-口接觸攝食途徑的HQ為1.68，同樣是主要風險途徑。商業區交通繁忙，汽車尾氣排放以及周邊商業活動產生的廢棄物，會導致校園灰塵中重金屬含量升高，尤其是Zn和Pb等。兒童在商業區校園內活動時，通過手-口接觸攝食途徑攝入這些重金屬的可能性較大。呼吸吸入途徑的HQ為0.65，皮膚接觸途徑的HQ為0.52。商業區的交通污染不僅會影響呼吸吸入途徑，還會使灰塵中的重金屬更容易附著在兒童皮膚上，增加皮膚接觸途徑的風險。居民區兒童的HI為2.56，手-口接觸攝食途徑的HQ為1.45，是主要風險途徑。居民區雖然工業活動相對較少，但居民日常生活中的一些行為，如使用含重金屬的清潔用品、電子產品等，也會對校園灰塵中的重金屬含量產生一定影響。兒童在居民區校園內活動時，通過手-口接觸攝食途徑攝入重金屬的風險依然存在。呼吸吸入途徑的HQ為0.58，皮膚接觸途徑的HQ為0.53。居民區的交通和生活污染也會對呼吸吸入和皮膚接觸途徑產生一定影響。文教區兒童的HI最低，為1.85，手-口接觸攝食途徑的HQ為1.05，是主要風險途徑。文教區環境相對較為安靜，工業活動和交通流量較少，人為干擾相對較小，因此校園灰塵中重金屬含量相對較低，非致癌風險也相對較小。呼吸吸入途徑的HQ為0.45，皮膚接觸途徑的HQ為0.35。文教區良好的環境條件使得呼吸吸入和皮膚接觸途徑的風險也相對較低。對于成人而言，不同功能區的非致癌風險均低于兒童，但仍需關注。工業區成人的HI為1.85，手-口接觸攝食途徑的HQ為0.85，呼吸吸入途徑的HQ為0.55，皮膚接觸途徑的HQ為0.45。商業區成人的HI為1.56，手-口接觸攝食途徑的HQ為0.72，呼吸吸入途徑的HQ為0.45，皮膚接觸途徑的HQ為0.39。居民區成人的HI為1.38，手-口接觸攝食途徑的HQ為0.65，呼吸吸入途徑的HQ為0.38，皮膚接觸途徑的HQ為0.35。文教區成人的HI為1.05，手-口接觸攝食途徑的HQ為0.52，呼吸吸入途徑的HQ為0.28，皮膚接觸途徑的HQ為0.25。綜合不同功能區校園灰塵中重金屬對兒童和成人的非致癌風險評估結果來看，手-口接觸攝食途徑是主要的非致癌風險途徑，尤其是對于兒童而言。工業區的非致癌風險最高，商業區和居民區次之，文教區相對較低。在后續的環境治理和健康風險防控工作中，應重點關注工業區的重金屬污染問題，加強對校園環境的監管和治理，減少重金屬的排放。同時，也應加強對兒童的健康教育，培養良好的衛生習慣，減少手-口接觸攝食途徑的風險。此外，還應關注呼吸吸入和皮膚接觸途徑的風險，采取有效的防護措施，降低重金屬對師生健康的潛在危害。表11：銅陵市不同功能區校園灰塵重金屬對兒童和成人的非致癌風險功能區人群HQingHQinhHQdermalHI工業區兒童2.150.850.563.56成人0.850.550.451.85商業區兒童1.680.650.522.85成人0.720.450.391.56居民區兒童1.450.580.532.56成人0.650.380.351.38文教區兒童1.050.450.351.85成人0.520.280.251.055.3致癌風險評估結果依據前文提及的致癌風險計算公式，對銅陵市不同功能區中小學校園灰塵中重金屬對兒童和成人的致癌風險進行計算，計算結果如表12所示。從表中數據可以清晰地看出，不同功能區校園灰塵中重金屬對兒童和成人的致癌風險存在顯著差異，且不同重金屬和暴露途徑的風險貢獻也有所不同。在工業區，兒童的致癌風險最高，總致癌風險（TR）達到8.56×10^{-4}。其中，呼吸吸入途徑的致癌風險指數（CR）最高，為4.56×10^{-4}，這表明呼吸吸入是工業區兒童面臨的主要致癌風險途徑。工業區內存在大量的工業企業，如采礦業、金屬冶煉業等，這些企業在生產過程中會產生大量含有重金屬的廢氣、顆粒物等，這些污染物通過大氣傳播，兒童在呼吸過程中會吸入大量含有重金屬的顆粒物，從而增加了呼吸吸入途徑的致癌風險。例如，金屬冶煉過程中產生的含有重金屬的煙塵，在大氣中擴散后，容易被兒童吸入體內，對兒童健康構成較大威脅。手-口接觸攝食途徑的CR為2.85×10^{-4}，皮膚接觸途徑的CR為1.15×10^{-4}。雖然手-口接觸攝食和皮膚接觸途徑的風險相對呼吸吸入途徑較低，但也不容忽視。兒童好動的天性使得他們更容易通過手-口接觸攝食攝入重金屬，而皮膚接觸也會使重金屬通過皮膚吸收進入體內。商業區兒童的TR為6.58×10^{-4}，呼吸吸入途徑的CR為3.25×10^{-4}，同樣是主要風險途徑。商業區交通繁忙，汽車尾氣排放以及周邊商業活動產生的廢棄物，會導致校園灰塵中重金屬含量升高，尤其是Zn和Pb等。汽車尾氣中含有大量的重金屬顆粒物，兒童在商業區校園內活動時，呼吸吸入這些顆粒物的可能性較大，從而增加了致癌風險。手-口接觸攝食途徑的CR為2.15×10^{-4}，皮膚接觸途徑的CR為1.18×10^{-4}。商業區的交通污染不僅會影響呼吸吸入途徑，還會使灰塵中的重金屬更容易附著在兒童皮膚上，增加皮膚接觸途徑的風險。居民區兒童的TR為5.86×10^{-4}，呼吸吸入途徑的CR為2.85×10^{-4}，是主要風險途徑。居民區雖然工業活動相對較少，但居民日常生活中的一些行為，如使用含重金屬的清潔用品、電子產品等，也會對校園灰塵中的重金屬含量產生一定影響。兒童在居民區校園內活動時，呼吸吸入含有重金屬的顆粒物的風險依然存在。手-口接觸攝食途徑的CR為1.98×10^{-4}，皮膚接觸途徑的CR為1.03×10^{-4}。居民區的交通和生活污染也會對呼吸吸入和皮膚接觸途徑產生一定影響。文教區兒童的TR最低，為4.56×10^{-4}，呼吸吸入途徑的CR為2.15×10^{-4}，是主要風險途徑。文教區環境相對較為安靜，工業活動和交通流量較少，人為干擾相對較小，因此校園灰塵中重金屬含量相對較低，致癌風險也相對較小。手-口接觸攝食途徑的CR為1.56×10^{-4}，皮膚接觸途徑的CR為0.85×10^{-4}。文教區良好的環境條件使得呼吸吸入和皮膚接觸途徑的風險也相對較低。對于成人而言，不同功能區的致癌風險均低于兒童，但仍需關注。工業區成人的TR為4.56×10^{-4}，呼吸吸入途徑的CR為2.56×10^{-4}，手-口接觸攝食途徑的CR為1.35×10^{-4}，皮膚接觸途徑的CR為0.65×10^{-4}。商業區成人的TR為3.85×10^{-4}，呼吸吸入途徑的CR為2.15×10^{-4}，手-口接觸攝食途徑的CR為1.12×10^{-4}，皮膚接觸途徑的CR為0.58×10^{-4}。居民區成人的TR為3.56×10^{-4}，呼吸吸入途徑的CR為1.85×10^{-4}，手-口接觸攝食途徑的CR為1.05×10^{-4}，皮膚接觸途徑的CR為0.66×10^{-4}。文教區成人的TR為2.85×10^{-4}，呼吸吸入途徑的CR為1.35×10^{-4}，手-口接觸攝食途徑的CR為0.98×10^{-4}，皮膚接觸途徑的CR為0.52×10^{-4}。將不同功能區校園灰塵中重金屬對兒童和成人的致癌風險與美國環保局（USEPA）推薦的可接受風險閾值范圍10^{-6}-10^{-4}進行對比，可以發現工業區、商業區和居民區兒童的致癌風險均超過了可接受風險閾值上限，表明這些區域的校園灰塵中重金屬對兒童存在較高的致癌風險。文教區兒童和各功能區成人的致癌風險雖然相對較低，但仍接近可接受風險閾值上限，需要引起重視。綜合不同功能區校園灰塵中重金屬對兒童和成人的致癌風險評估結果來看，呼吸吸入途徑是主要的致癌風險途徑，尤其是對于兒童而言。工業區的致癌風險最高，商業區和居民區次之，文教區相對較低。在后續的環境治理和健康風險防控工作中，應重點關注工業區的重金屬污染問題，加強對工業企業的監管，減少重金屬的排放。同時，也應加強對校園環境的治理，采取有效的措施降低校園灰塵中重金屬的含量，如加強通風換氣、定期清掃等，減少師生通過呼吸吸入途徑接觸重金屬的機會。此外，還應加強對兒童和成人的健康教育，提高他們的環保意識和自我保護意識，降低致癌風險。表12：銅陵市不同功能區校園灰塵重金屬對兒童和成人的致癌風險功能區人群CRing（×10-4）CRinh（×10-4）CRdermal（×10-4）TR（×10-4）工業區兒童2.854.561.158.56成人1.352.560.654.56商業區兒童2.153.251.186.58成人1.122.150.583.85居民區兒童1.982.851.035.86成人1.051.850.663.56文教區兒童1.562.150.854.56成人0.981.350.522.855.4不同功能區健康風險對比分析綜合前文對銅陵市不同功能區校園灰塵重金屬的非致癌風險和致癌風險評估結果，可清晰地發現不同功能區之間存在顯著差異。工業區無論是非致癌風險還是致癌風險，均明顯高于其他功能區。在非致癌風險方面，工業區兒童的危害指數（HI）達到3.56，成人的HI為1.85，遠高于商業區、居民區和文教區。這主要歸因于工業區內大量的工業企業，如采礦業、金屬冶煉業等，這些企業在生產過程中會產生大量含有重金屬的廢氣、廢水和廢渣，未經有效處理便排放到環境中，導致周邊校園灰塵中重金屬含量大幅升高。例如，金屬冶煉過程中產生的含有重金屬的煙塵，通過大氣沉降進入校園，使得校園灰塵中鉛、鎘等重金屬含量超標，從而增加了師生通過呼吸吸入、皮膚接觸和手-口接觸攝食等途徑暴露于重金屬的風險。商業區和居民區的健康風險次之，且兩者的風險水平較為接近。商業區兒童的HI為2.85，成人的HI為1.56；居民區兒童的HI為2.56，成人的HI為1.38。商業區交通繁忙，汽車尾氣排放以及輪胎、剎車片的磨損會釋放出大量的重金屬，如鋅、鉛等，這些重金屬通過大氣沉降等方式進入校園灰塵，增加了師生暴露于重金屬的風險。而居民區雖然工業活動相對較少，但居民日常生活中的一些行為，如使用含重金屬的清潔用品、電子產品等，以及交通污染等，也會對校園灰塵中的重金屬含量產生一定影響，進而導致健康風險的增加。文教區的健康風險相對較低，兒童的HI為1.85，成人的HI為1.05。文教區環境相對較為安靜，工業活動和交通流量較少，人為干擾相對較小，校園灰塵中重金屬的積累量相對較少。然而，隨著城市的發展，文教區周邊的基礎設施建設和交通狀況的變化，也可能會對校園灰塵中的重金屬含量產生潛在影響，因此仍需對文教區的健康風險保持關注。在致癌風險方面，同樣是工業區的風險最高，兒童的總致癌風險（TR）達到8.56×10^{-4}，成人的TR為4.56×10^{-4}，均超過了美國環保局（USEPA）推薦的可接受風險閾值上限10^{-4}，表明工業區校園灰塵中的重金屬對師生存在較高的致癌風險。呼吸吸入是主要的致癌風險途徑，這是因為工業區內工業廢氣排放中含有大量的重金屬顆粒物，師生在呼吸過程中容易吸入這些顆粒物，從而增加了致癌風險。商業區和居民區兒童的致癌風險也超過了可接受風險閾值上限，分別為6.58×10^{-4}和5.86×10^{-4}，成人的致癌風險雖低于兒童，但仍接近可接受風險閾值上限，需要引起重視。文教區兒童和成人的致癌風險相對較低，但仍處于可接受風險閾值范圍的較高水平，同樣不可忽視。綜合來看，工業區是銅陵市不同功能區中健康風險最高的區域，兒童由于其生理特征和行為習慣，對重金屬污染更為敏感，是高風險人群。為降低健康風險，應重點加強對工業區的環境治理，嚴格監管工業企業的生產活動，確保廢氣、廢水和廢渣達標排放。同時，學校應加強對學生的健康教育，培養良好的衛生習慣，如勤洗手、避免用手觸摸口鼻等，減少手-口接觸攝食途徑的風險。在校園環境管理方面，應加強通風換氣，定期清掃校園，減少灰塵的積累，降低師生通過呼吸吸入和皮膚接觸途徑暴露于重金屬的風險。對于商業區和居民區，也應加強環境監測和管理，減少交通污染和生活污染對校園環境的影響。文教區則應在保持現有良好環境的基礎上，密切關注周邊環境變化，及時采取措施應對潛在的污染風險。六、結果與討論6.1主要研究結果總結本研究系統分析了銅陵市不同功能區中小學校園灰塵中重金屬的分布特征，并對其污染狀況和健康風險進行了全面評估。結果顯示，不同功能區校園灰塵中重金屬含量存在顯著差異，工業區校園灰塵中重金屬含量普遍較高，商業區校園灰塵中Zn和Pb含量相對突出，居民區校園灰塵中各重金屬含量相對較為均勻，文教區校園灰塵中重金屬含量相對較低。通過地累積指數法、污染負荷指數法和潛在生態風險指數法對校園灰塵中重金屬的污染程度和潛在生態風險進行評價，結果表明工業區的重金屬污染最為嚴重，潛在生態風險最高；商業區和居民區次之，文教區污染相對較輕。在健康風險評估方面，手-口接觸攝食是主要的非致癌風險途徑，呼吸吸入是主要的致癌風險途徑。工業區的健康風險最高，商業區和居民區次之，文教區相對較低。兒童由于其生理特征和行為習慣，對重金屬污染更為敏感，是高風險人群。6.2與其他地區研究結果對比將本研究結果與其他地區的相關研究進行對比，有助于更全面地了解銅陵市校園灰塵重金屬污染的特點和程度。與北京的研究相比，北京部分高校校園道路灰塵中Zn、Cd和Cu處于中度污染水平，Cr和Pb處于輕度污染水平，Ni處于無污染水平。而在銅陵市，工業區校園灰塵中Cd處于重度污染水平，Cu處于偏中度污染水平，Zn和Pb處于輕度污染水平，污染程度整體高于北京高校校園。這主要是由于銅陵市作為工業城市，長期的采礦業和金屬冶煉業活動導致大量重金屬排放到環境中，使得校園灰塵中的重金屬含量升高。在河南某高校的研究中，宿舍、圖書館和教學樓等室內灰塵中6種重金屬Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的含量均高于當地灰塵重金屬背景值，教學樓的污染負荷指數最高，屬于重度污染，圖書館和宿舍樓為中度污染。不同環境室內的非致癌風險值為教學樓>圖書館>宿舍，總致癌風險值大小為圖書館>教學樓>宿舍，均不存在健康風險，但Cr是最主要的非致癌因子和致癌風險因子。相比之下，銅陵市不同功能區教室內灰塵中重金屬含量也普遍高于當地土壤背景值，但污染程度和風險因子有所不同。在銅陵市，工業區教室內灰塵中Cd、Cu、Zn和Pb的含量相對較高，是主要的污染因子和風險因子，且部分功能區的健康風險超過了可接受范圍。與一些非工業城市的校園灰塵重金屬研究相比，銅陵市的污染程度更為嚴重。例如，在一些環境質量較好的城市，校園灰塵中重金屬含量相對較低，污染程度較輕，健康風險也較低。這進一步凸顯了銅陵市作為工業城市，其校園灰塵重金屬污染問題的特殊性和嚴重性。造成銅陵市與其他地區差異的原因主要包括以下幾個方面。首先，工業活動是導致銅陵市校園灰塵重金屬污染嚴重的主要原因。銅陵市長期的采礦業和金屬冶煉業活動，產生了大量含有重金屬的廢氣、廢水和廢渣，這些污染物未經有