大盐湖尘埃中的金属迁移性与生物可利用性，以及对人类和粮食作物的暴露风险

《Atmospheric Environment》：Metal mobility and bioaccessibility in Great Salt Lake dust and exposure risks for humans and food crops

盐湖城干湖床尘埃中金属loid的生物可及性及通过直接摄入和食物链传递的健康风险被首次综合评估，发现Cd、Pb、As的生物可及性高，As的非致癌风险显著且儿童更敏感，并证实Li、Be、Na、As、Sr、Sb、U在卷心菜中富集。

　　

Molly Blakowski|Diego Fernandez|Jeffrey Perala-Dewey|Kimberly Hageman|Janice Brahney

美国犹他州立大学，流域科学系，洛根，84322

摘要

由于大盐湖（GSL）的不断萎缩，人们接触含有金属的灰尘已成为犹他州北部的一个公共卫生问题。本文首次综合评估了直接和间接暴露途径，通过分析环境及生理条件下的金属（类金属）生物可利用性，并进行温室实验来量化金属（类金属）从GSL灰尘转移到农作物中的过程。在测量的美国环境保护署（USEPA）优先污染物中，Zn（103.5 ppm）、Cu（75.3 ppm）和Pb（55.9 ppm）在GSL灰尘中的总浓度最高，而Tl、Cd和Se则表现出从GSL灰尘转移到土壤或地表水的最大潜力。模拟胃液提取实验表明Cd、Pb和As的生物可利用性很高，风险评估显示，通过口腔摄入GSL灰尘会带来非致癌的健康风险，且儿童的风险高于成人。除了优先污染物外，GSL灰尘中的近100%的Na具有环境溶解性，这对土壤、水和植物健康都有影响。我们的温室实验进一步显示，暴露于GSL灰尘的卷心菜叶片中积累了Li、Be、Na、As、Sr、Sb和U。这些发现共同表明，GSL灰尘通过直接摄入和间接饮食暴露途径带来了多重风险，需要进行区域性的灰尘风险评估，以综合考虑颗粒大小、元素特异性行为以及人群的脆弱性。

引言

2022年11月，大盐湖（GSL）的水位降至有记录以来的最低点，超过2000平方公里的干湖床沉积物暴露在潜在的侵蚀和大气尘埃中。无论化学成分如何，高浓度灰尘的暴露都是一个急性健康危害，与呼吸系统、心血管系统及其他健康问题有关（Goudie, 2014; Griffin and Kellogg, 2004; Tong et al., 2023）。然而，GSL沉积物及其产生的灰尘也受到一个多世纪采矿、废物处理、石油精炼等人类活动的污染（Lopez et al., 2024; Wurtsbaugh et al., 2020），其中含有潜在有害的金属（类金属），如As和Pb（Goodman et al., 2019; Perry et al., 2019; Putman et al., 2025, 2022）。暴露于含有金属（类金属）和其他有害化合物的灰尘对人类健康的影响尚不明确，可能是叠加或协同作用的。因此，不断萎缩的GSL已成为居住在犹他州北部Wasatch Front地区超过两百万人的公共卫生问题（Grineski et al., 2024; Welsh et al., 2023）。

尽管Perry等人（2019）对从GSL湖床收集的细表面沉积物中的总金属（类金属）浓度进行了全面分析，但他们的工作并未评估这些金属（类金属）的存在形式，而这对于解释其迁移性和生物可利用性是必要的。金属的形态决定了它们如何与灰尘颗粒结合，进而影响其在环境中的迁移性和人类暴露潜力（Kabata-Pendias, 2004; Plumlee et al., 2006）。例如，与土壤、沉积物和灰尘中的碳酸盐或蒸发岩矿物相关的金属（类金属）在雨水或天然酸性土壤的微酸性条件下相对易溶（Hedin and Likens, 1996）。相比之下，硅酸盐矿物中的金属更耐化学风化，在典型环境条件下不太可能释放。因此，目前仍存在一个关键空白，即不了解GSL灰尘中的金属（类金属）在环境和生理相关条件下的迁移机制，以及这种迁移性如何影响直接和间接暴露途径。

最近的研究使用模型和地球化学指纹技术追踪了从GSL到盐湖城（SLC）及其他下游城市和城镇的灰尘（Carling et al., 2020; Goodman et al., 2019; Putman et al., 2025, 2022），以及到附近的Wasatch山脉的灰尘（Lang et al., 2023; Skiles et al., 2018）。居住在该地区的人们可能通过直接途径（如吸入或口服）暴露于GSL灰尘及其所含的金属（类金属），其影响取决于颗粒大小（Plumlee et al., 2006）。直径≤10 μm的颗粒（称为PM₁₀）足够细小，可以进入上呼吸道并加重哮喘等疾病；而更细的颗粒（如PM_2.5）可以进入血液并导致心脏问题（Plumlee et al., 2006）。虽然吸入可能是PM₁₀和PM_2.5的主要暴露途径，但较大的颗粒（直径约10 μm）更可能被黏液捕获并通过口腔摄入转移到消化道（Plumlee et al., 2006）。与这些较粗颗粒相关的金属（类金属），以及通过手口接触等途径摄入的颗粒中的金属（类金属）可以在消化道中被吸收并可能引发毒性作用（Goix et al., 2016; Plumlee et al., 2006）。虽然量化较小、可吸入的GSL灰尘颗粒的暴露量和潜在健康后果很重要（Grineski et al., 2024），但先前的研究表明，沉积在Wasatch Front沿线城市地区的灰尘大部分直径大于10 μm（Goodman et al., 2019; Putman et al., 2025; Skiles et al., 2018）。因此，还需要进一步研究通过口服摄入GSL灰尘所涉及的金属（类金属）的潜在健康风险。

除了直接吸入和口服摄入外，Wasatch Front沿线的人口还可能通过不太明显的间接途径受到GSL灰尘中金属的影响。例如，Hale等人（2022）证明沉积在Wasatch山脉的灰尘可能会将金属释放到融雪径流中，从而降低下游水质；Hammill等人（2022）发现与GSL湿地植物相关的金属可以转移到陆地食物网中。然而，金属（类金属）从GSL灰尘转移到农作物中的潜在途径及其对人类暴露的影响尚未得到评估，在现有的GSL灰尘影响研究和管理框架中基本上未被重视。

其他地方的研究发现，金属可以通过直接沉积到叶片表面和土壤中，然后被植物根部吸收，从而从大气颗粒转移到植物中（Schreck et al., 2013; Uzu et al., 2009; Voutsa et al., 1996; Xu et al., 2022）。属于Brassicaceae科的植物（如卷心菜）的叶片特别容易积累金属（Jia et al., 2013; Kersten et al., 2014; Pavlí?ková et al., 2006; Rader et al., 2019; Xiao et al., 2004）。此外，其他研究还表明叶类蔬菜容易积累来自颗粒污染的金属（Muhammad et al., 2019; Voutsa et al., 1996）。众所周知，城市和郊区的菜园经常受到大气沉积的金属污染，尽管之前的场地使用、农药、堆肥和肥料、篝火、油漆颗粒以及灌溉水也可能导致花园污染（Alloway, 2013; Mombo et al., 2016; S?umel et al., 2012）。区分金属（类金属）污染的来源对于帮助社区识别和解决农场和花园中的污染问题至关重要。

在GSL周边三个人口最多的县（Salt Lake、Weber和Davis）中，大约有40个社区花园、无数后院花园和小型农场，以及大约十几个销售当地种植蔬菜的农贸市场。Putman等人（2025, 2022）表明，SLC及其周边社区的大气沉积物中的金属（类金属）含量与附近的污染源有关，包括采矿、冶炼和石油精炼，以及过去的农药使用和燃煤等活动。GSL湖床产生的灰尘增加了这些社区面临的污染负担，降低了他们呼吸的空气质量，并可能影响他们种植的食物和用于灌溉的水的质量。

本研究有三个目标：1）量化与GSL灰尘相关的金属（类金属）的总浓度、相对溶解度和生物可利用性；2）估计儿童和成人通过直接口服摄入GSL灰尘中的一系列金属（类金属）所面临的非致癌健康风险；3）在受控温室实验中评估在干湖床下游的花园和农场种植的农作物是否有可能积累GSL灰尘中的金属（类金属）。具体来说，我们测试了这样一个假设：暴露于GSL灰尘的卷心菜叶片中的金属（类金属）浓度会高于未暴露于GSL灰尘的卷心菜叶片。

章节摘录

灰尘收集和处理

我们使用改良的Wilson和Cooke（MWAC）风格的风蚀采样器（Goossens et al., 2000; Webb et al., 2015）从Farmington Bay（坐标40.99023, -112.06964）收集了灰尘，该地点是GSL湖床最大且产生最多灰尘的区域之一，位于Wasatch Front主要人口中心的上风方向（Lang

结果

不同元素和暴露途径下的金属（类金属）浓度、迁移性、生物可利用性、相关健康风险指标和植物吸收反应存在显著差异。

讨论

本研究表明，与GSL灰尘相关的金属（类金属）通过直接和间接暴露途径对环境和人类健康构成了双重威胁。通过整合化学提取、人类健康风险建模和温室实验，我们发现GSL灰尘中的一部分金属（类金属）在自然环境条件下容易迁移，并可以在灰尘沉积后转移到可食用植物组织中。这些结果共同强调了……

结论

GSL前所未有的低水位迫切需要评估与灰尘相关的健康风险，包括其中所含或结合在灰尘中的金属（类金属）带来的风险。我们的发现表明，居住在干湖床下游的人们可能通过直接途径（吸入和偶然摄入）和间接途径（在农作物中的积累）暴露于GSL灰尘中的金属（类金属），这突显了考虑金属命运的重要性。

作者贡献声明

Jeffrey Perala-Dewey：写作——审稿与编辑、调查。Molly Blakowski：写作——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、软件使用、项目管理、方法论、调查、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。Diego P Fernandez：写作——审稿与编辑、验证、资源获取、方法论、调查、数据管理、概念化。Kimberly Hageman：写作——审稿与编辑、资金获取。

未引用参考文献

美国环境保护署，2011；美国环境保护署，2006；美国环境保护署，1991。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

数据可用性

支持本手稿的数据存储在HydroShare数字数据仓库中，该仓库属于水文科学促进大学联盟（Consortium of Universities for the Advancement of Hydrologic Sciences, Inc.）（Blakowski et al., 2026a, 2026b）。研究人员可以通过以下链接访问这些数据集：https://doi.org/10.4211/hs.0b1dbe5279b841f69383cfb4f03dbba2 和 https://doi.org/10.4211/hs.e8b770643ce940a68f899447464a2dce

利益冲突声明

? 作者声明以下财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突：Janice Brahney报告称获得了My Good Fund的财务支持；Janice Brahney报告称获得了国家科学基金会的财务支持；Molly Blakowski报告称获得了美国地质学会的财务支持；Janice Brahney和Kimberly

致谢

本工作得到了My Good Fund（盐湖城，犹他州）、国家科学基金会（Critical Zone Observatory Proposal #2011910）、美国地质学会研究生研究奖学金以及FRIENDS of Great Salt Lake提供的资金支持；此外，犹他州自然资源部林业火灾与州土地部门也向Janice Brahney和Kimberly Hageman提供了Great Salt Lake研究补助金。