农业秸秆燃烧释放的二恶英的初步健康风险评估

【摘要】：秸秆燃烧是世界各国控制虫害与清理秸秆的普遍农业实践。然而,由秸秆燃烧释放的各项污染物,尤其是PM2.5,已经成为国际社会治理秸秆燃烧的推动力。美国等发达国家通过治理已经较好的控制了秸秆燃烧,然而一些发展中国家却仍受由秸秆燃烧释放的PM2.5带来的雾霾困扰,其中具有代表性的国家是印度和中国。作为一个主要的农业大国,中国不可避免地面临着秸秆燃烧问题,以及由其带来的空气质量退化。过去16年的秸秆燃烧治理并未取得显著成效。2013年后,秸秆燃烧治理的重点集中在对PM2.5的控制上。然而,相关研究发现,秸秆燃烧也是二恶英的重要来源。此外,一些研究也表明农药的使用会大量增加秸秆燃烧释放的二恶英。因为缺乏科学的指导,中国的农民过度依赖于农药的大量使用,这也成为中国面临的又一大问题。因此,与发达国家相比,中国秸秆燃烧释放的二恶英比预想中可能更为严重。其他发展中国家可能也面临着同样较为严重的问题。在墨西哥,秸秆燃烧是释放二恶英的第三大来源。国际机构已经认定二恶英对人体健康具有毒性,其中,四氯二苯并二恶英(2,3,7,8-TCDD)对人体是一种致癌物。基于对中国农业秸秆可能释放的大量二恶英及其健康危害的考量,这篇论文将主要评估农业秸秆燃烧释放的二恶英带来的癌症风险。此外,这篇论文也充分考虑到农药的过度使用增加了二恶英的排放,因而可能会对人体健康构成更大的威胁,因此,通过设计两个不同的情景,这篇论文预估了农药使用对二恶英排放的影响。这两个不同情景的主要区别在于排放因子,其中一个情景选取0.5ng I-TEQ,但并没有考虑农药的使用；第二个情景选取30ng I-TEQ作为排放因子,充分考虑了农药使用的影响。为评估人体暴露在二恶英中的健康风险,这篇论文采取了健康风险评估的框架,同时考虑研究地区的实际情况,进行了初级风险评估。健康风险评估主要分为四大步骤：危害鉴定、剂量反应分析、暴露评估及风险表征。健康风险评估的前两步主要依据国际机构已经发表的相关出版物进行分析。在第三步中,暴露情景的选择依据了美国环保署的Expo-Box指导,并在SCREEN3空气质量模型的基础上,预估人体在二恶英中的长期暴露。在健康风险评估的最后一步,癌症风险的计算应用了美国环保署的综合风险信息系统,通过吸入单位风险与长期暴露值的相乘得到。通过模型与计算,这篇论文发现农药的使用很大程度上影响了二恶英浓度。在秸秆燃烧期间,二恶英的年均浓度范围为0.0577pg/m3到3.80pg/m3。在第二种情景下,二恶英的浓度高达3.80pg/m3,远超日本对二恶英室外空气浓度的限值,而由此带来的癌症风险可高达2.62×10-4。基于这个结果,为减轻人类暴露在二恶英中的健康风险,中国应该加大对秸秆燃烧控制的力度,尤其是在主要的农业大省,农业的过量使用并没有获得科学指导。这篇论文意识到了在情景构建、模型选择和变量假设等方面的不确定性。这份研究在完整数据的获得和模型输入变量的假设上受到了很大的限制,并且没有考虑污染物沉降和化学反应等实际问题。因而,有关对秸秆燃烧的烟尘高度、燃烧时长等实地测量研究以及对吸入单位风险等数据的进一步研究是必要的。尽管存在很多不确定性因素,这篇论文仍然具有十分重要的意义。它首次评估了人体通过呼吸暴露在秸秆燃烧释放的二恶英中的癌症风险,其结果为中国严格的秸秆燃烧治理和农药使用管理提供了有力的证据。 【关键词】：二恶英 秸秆燃烧 健康风险评估 癌症风险
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X82
【目录】：

• 摘要3-6
• abstract6-15
• 1. Introduction15-37
• 1.1 Agricultural Burning in China and Its Regulation21-26
• 1.2 Dioxin Emissions from Agricultural Burning26-29
• 1.3 Pesticide Usage During Crop Growth29-30
• 1.4 Problem Formulation30-37
• 1.4.1 Research Question and Objective30-32
• 1.4.2 Research Scope32-33
• 1.4.3 Research Methodology33-34
• 1.4.4 Toxicity evaluation System34-37
• 2. Literature Review37-53
• 2.1 Existing Studies on Agricultural Burning37-45
• 2.1.1 Pollutants from Agricultural Burning37-38
• 2.1.2 Estimation of Emissions from Agricultural Burning38-43
• 2.1.3 Conditions Affecting Emission Factors43-44
• 2.1.4 Transport of Pollutants44-45
• 2.2 Existing Studies on Dioxins45-48
• 2.2.1 Dioxin emissions from Agricultural Burning46-47
• 2.2.2 Health Impacts of Dioxins47-48
• 2.3 Comparison of Dioxin Emission Inventory48-53
• 3. Research Site53-65
• 3.1 Geographical Description53-54
• 3.2 Agricultural Activity Level54-63
• 3.2.1 Agricultural Output56-58
• 3.2.2 Agricultural Straw Output58-63
• 3.3 Dioxin Emissions from Agricultural Burning63-65
• 4. Health Risk Assessment65-103
• 4.1 Hazard Identification65-70
• 4.1.1 Chemical Identity66-68
• 4.1.2 Hazardous Properties68-70
• 4.2 Dose-Response Assessment70-77
• 4.2.1 Dose-response values71-73
• 4.2.2 Quality Guideline Values73-74
• 4.2.3 Values Appropriate for This Study74-77
• 4.3 Exposure Assessment77-95
• 4.3.1 Exposure Scenario78-81
• 4.3.2 Exposure Concentration81-90
• 4.3.3 Adjusted Air Concentration90-95
• 4.4 Risk Characterization95-100
• 4.4.1 Comparison with Guideline Value95-98
• 4.4.2 Estimation of Cancer Risk98-100
• 4.5 Uncertainty Analysis100-103
• 4.5.1 Scenario Uncertainty101
• 4.5.2 Model uncertainty101-102
• 4.5.3 Parameter Uncertainty102-103
• 5. Conclusion103-105
• Appendix105-111
• Bibliography111-124

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