中华预防医学杂志    2017年09期 2015年山东省农村饮用水中毒理学指标的暴露水平及地理分布趋势分析    PDF     文章点击量:297    
中华预防医学杂志2017年09期
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石峰 吕实波 孔凡玲 杨绪廷 周景洋
ShiFeng,LyuShibo,KongFanling,YangXuting,ZhouJingyang
2015年山东省农村饮用水中毒理学指标的暴露水平及地理分布趋势分析
Analysis on the exposure level and geographic distribution trend of toxicological indicators in rural drinking water, Shandong Province, in 2015
中华预防医学杂志, 2017,51(9)
http://dx.doi.org/10.3760/cma.j.issn.0253-9624.2017.09.013

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投稿日期: 2017-03-16
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2015年山东省农村饮用水中毒理学指标的暴露水平及地理分布趋势分析
石峰 吕实波 孔凡玲 杨绪廷 周景洋     
石峰 250014 济南,山东省疾病预防控制中心职业与环境卫生监测评价所
吕实波 250014 济南,山东省疾病预防控制中心职业与环境卫生监测评价所
孔凡玲 250014 济南,山东省疾病预防控制中心职业与环境卫生监测评价所
杨绪廷 250014 济南,山东省疾病预防控制中心职业与环境卫生监测评价所
周景洋 250014 济南,山东省疾病预防控制中心职业与环境卫生监测评价所
摘要: 目的  分析山东省农村饮用水中毒理学指标的暴露水平及地理分布趋势。方法  2015年在山东省17市137个县(市、区)中,采取抽签法,每个县随机选取不少于60%乡镇,每个乡镇根据集中式供水单位的情况,选取1~3个集中式供水单位作为调查点,合计选取735个乡镇,农村集中式供水单位1 473个,采集出厂水1 473份。调查供水单位的水处理工艺、供水人口等数据,进行水质检测,比较不同区域饮用水中毒理学指标含量,绘制超标毒理学指标的趋势面等值图。结果  1 473份水样中,毒理学指标的合格率为83.64%(1 232份)。影响毒理学指标合格率的是硝酸盐(以N计)和氟化物,氟化物的超标率为5.70%(84份),暴露人口为1 736 709名(占4.22%),硝酸盐(以N计)的水样超标率为12.29%(181份),暴露人口为1 393 612名(占3.39%)。东、中、西部3个区域水样中氟化物含量P50分别为0.24、0.29、0.59 mg/L,西部高于东部和中部(P<0.05),东、中部间差异无统计学意义(P>0.05);东、中、西部3个区域水样中硝酸盐(以N计)含量P50分别为8.00、7.48、2.00 mg/L,东部和中部高于西部(P<0.05),东、中部间差异无统计学意义(P>0.05)。水样硝酸盐(以N计)、氟化物含量趋势面等值图显示,东部地区农村饮用水中硝酸盐(以N计)的含量明显高于西部地区,特别是在东北部地区有一个高峰值区域,且这种高含量的分布沿着对角线向中部地区扩展,而其他区域都处于一个相对较低的范围;西部地区农村饮用水中氟化物的含量明显高于东部地区,在西南、西北地区,均有高峰值出现,其他区域都处于一个相对较低的范围。结论  山东省农村饮用水中的高暴露毒理学指标是硝酸盐(以N计)、氟化物,分布具有明显的地理趋势性。
关键词 :水;硝酸盐类;氟化物;趋势面;地理分布
Analysis on the exposure level and geographic distribution trend of toxicological indicators in rural drinking water, Shandong Province, in 2015
ShiFeng,LyuShibo,KongFanling,YangXuting,ZhouJingyang     
Shandong Center for Disease Control and Prevention, Jinan 250014, China
Corresponding author: Zhou Jingyang, Email: sd3311@126.com
Abstract:Objective  To analyze the exposure level and the geographical distribution trend of toxicological indicators of rural drinking water in Shandong Province.Methods  The drawing method was used to randomly select no less than 60% villages and towns from 137 counties (cities, districts) of 17 cities in Shandong Province in 2015, and then 1-3 rural centralized water supply units were selected according to the circumstance of rural centralized water supply units in each village and town. In total, 735 villages and towns, 1 473 rural centralized water supply units were selected, and 1 473 water samples were collected. The water treatment process, water supply population and other circumstances of the rural centralized water supply units were investigated, the water quality was monitored, the content of toxicological indicators of drinking water in different areas was compared, and the trend surface isogram of excessive toxicological indicators was drawn.Results  The qualified rate of toxicological indicators in 1 473 water samples was 83.64% (n=1 232). The main toxicological indicators that affected the qualified rate of toxicological indicators of drinking water in rural areas in Shandong Province were nitrate and fluoride. The excessive rate of fluoride was 5.70% (n=84) and the exposed population was 1 736 709 (4.22%). The excessive rate of nitrate (as nitrogen) was 12.29% (n=181) and the exposed population was 1 393 612 (3.39%). The P50 content of fluoride in the eastern, middle and western regions was 0.24, 0.29 and 0.59 mg/L, respective;which was higher in the western region than in the east and the middle regions (P<0.05). There was no significant difference between the eastern and the middle regions (P>0.05). The P50 content of nitrate (as nitrogen) in the eastern, middle and western regions was 8.00, 7.48, and 2.00 mg/L, which was higher in the eastern and middle regions than in the west region (P<0.05), there was no significant difference between the eastern and the middle regions (P>0.05). The trend surface isogram of nitrate and fluoride content showed that the content of nitrate (as nitrogen) in rural drinking water in the eastern region was significantly higher than that in the western region, especially there was a high peak area in the northeastern region, and this high content distribution extended diagonally to the central region, while the other regions were in a relatively low range. The content of fluoride in rural drinking water in the western region was significantly higher than that in the eastern region, and there were high peaks in the southwest and northwest regions, and the other regions were in a relatively low range.Conclusion  The high exposed toxicological indicators in rural drinking water in Shandong Province were nitrate (as nitrogen) and fluoride, and their distribution showed obvious geographical distribution trend.
Key words :Water;Nitrates;Fluoride;Trend-surface;Geographical distribution
全文

为了解山东省农村饮用水中毒理学指标的暴露水平及其地理分布规律,于2015年对山东省的1 473个农村集中式供水单位进行了调查和水质的毒理学指标(不含消毒副产物)检测,并对水中检出的毒理学指标含量和地理因素的关系进行了分析。

材料与方法  

一、供水点的选择  山东省按照地理构造可以分为3个区域:东部胶东半岛在构造上属鲁东地盾(低山丘陵区并环渤海和黄海),中部泰沂山区在构造上属鲁中南台隆(山区),西部(西南、西北)在构造上属华北台坳(黄河泛滥沉积形成的黄泛平原)。2015年在山东省17市137个县(市、区)中,采取抽签法,每个县随机选取不少于60%乡镇,每个乡镇根据集中式供水单位的情况,选取1~3个集中式供水单位作为调查点,合计选取735个乡镇,农村集中式供水单位1 473个,采集出厂水1 473份。

二、问卷调查  制定统一调查表,由经过统一培训的调查人员开展实地调查,调查内容包括:通过查阅资料获得农村人口信息、经济收入等相关资料,通过对乡镇负责人的调查获取生活饮用水的基本情况,通过现场查看等方式获得调查点集中式供水单位的水处理工艺、供水人口等数据。

三、水样采集、运输和保存  由经过统一培训的调查人员对每个集中式供水单位的出厂水进行采样,水样的采集、运输、保存按照GB/T 5750-2006《生活饮用水检验标准》进行。

四、实验室检测  检测指标为水质常规指标中的毒理学指标,包括砷、镉、铬、铅、汞、硒、氰化物、氟化物、硝酸盐(以N计)、三氯甲烷、四氯化碳。水样的检测按照GB/T 5750-2006《生活饮用水检验标准》进行。

五、质量控制  省级制定统一调查表,调查、采样前对全部的调查人员进行统一培训;由省级疾病预防控制中心对各级实验室统一发放标准品,负责技术指导,对检测数据进行审核、清理、分析;市级负责对县级的调查和检测数据进行初审和抽样,抽样数量不少于上报数量的10%;县级负责供水单位的调查、水样采集、实验室检测。所有参与检测的实验室都经过省级计量认证。

六、趋势面分析的原理与方法  趋势面分析是拟合数学面的一种统计方法[1],应用于死亡率的地理分布研究[2],传染病和肿瘤等非传染病慢性病的地理因素研究[3],以及媒介生物监测的地理等因素分析[4]

1.原理:  趋势面分析就是把检测值Wi(XiYi)分解成趋势值?XiYi)和残差ei两个部分,由此建立趋势面方程,分别有一阶趋势方程Z=b0+b1x+b2y;二阶趋势方程Z=b0+b1x+b2y+b3x2+b4xy+b5y2;三阶趋势方程Z=b0+b1x+b2y+b3x2+b4xy+b5y2+b6x3+b7x2y+b8xy2+b9y3;其中,b0为常数项,b1~b9为理论偏回归系数。将系数估计值代入方程即得相应阶次的趋势面模型方程。最终根据拟合优度检验、显著性检验和实际情况来确定选用的模型。残差是指实测值与趋势值之差,反映扣除了地理因素作用后,其他的因素作用下实测值的变化情况。

2.方程的拟合优度检验和显著性检验:  以决定系数R2表示趋势面的拟合优度,R2=SS/SS,表示因变量中的变异,可以用模型解释的部分[5]R2值越接近100%,拟合程度越好。方程的显著性检验用F检验。

3.趋势面等值图的绘制:  使用FindGraph 2.1软件把山东省的地图导入作为基面图,取横纵向左向下位移1 cm的坐标系并取每个县(中心位置)的坐标值(xy)作为经度和纬度值;使用Suffer 8.0软件把拟合的最优趋势方程得出的水质趋势数据和坐标数据进行关联绘制。

七、统计学分析  通过全国饮用水水质卫生监测信息系统录入数据,该系统采用县级、市级和省级三级审核制度,通过三级审核的数据使用SPSS 20.0进行统计学分析。本研究中所有计量资料均不符合正态分布,以P50P25~P75)表示,采用秩和检验进行区域间比较,东、中、西各组间的两两比较采用Nemenyi检验。各组间的关系以及趋势方程的拟合优度、显著性检验的检验水准为α=0.05。使用FindGraph软件和Suffer 8.0软件绘制趋势分析等值线图。

结果  

一、基本情况  2015年山东省共有137个县(市、区),总人口97 864 725名。农村人口64 390 861名,占65.80%。本次共调查农村集中式供水单位1 473个,涉及137个县(市)的735个乡镇,供水人口达41 136 675名。其中,有1 274个以地下水为水源,占86.49%,饮用人口26 742 954名,占65.01%。采用完全处理工艺的供水单位占22.95%,供水人口占81.78%(33 643 547名);采用部分处理工艺的供水单位占10.11%(149个),供水人口占6.82%(2 803 547名);未经处理直接供水的占66.94%(986个),供水人口占11.40%(4 689 581名)。详见表1

表12015年山东省农村1 473个集中式供水单位的基本情况

二、毒理学指标的暴露水平  1 473份水样中,毒理学指标的超标率为16.36%(241份),暴露人口3 130 321名(7.61%)。按照单项指标计算,氟化物的水样超标率为5.70%(84份),暴露人口为1 736 709名(4.22%),硝酸盐(以N计)的水样超标率为12.29%(181份),暴露人口为1 393 612名(3.39%);砷、镉、铬、铅、汞、硒、氰化物、三氯甲烷、四氯化碳的合格率均达到了100%。详见表2

表22015年山东省农村饮用水中毒理学指标检测结果(mg/L,n=1 473)
西部地区的氟化物水样超标率和暴露人口最高,分别为14.85%和9.13%;东部地区的硝酸盐(以N计)水样超标率和暴露人口最高,分别为20.29%和4.89%。3个区域水样中氟化物含量差异有统计学意义,西部显著高于东部和中部;东、中部间差异无统计学意义;3个区域水样中硝酸盐(以N计)含量差异有统计学意义,且东部和中部高于西部,东、中部间差异无统计学意义。详见表3
表32015年山东省不同区域农村饮用水中氟化物和硝酸盐含量(mg/L)及超标情况

三、趋势面分析  

1.趋势面方程的拟合结果:  表4表5是分别用三阶方程拟合所得的模型。硝酸盐(以N计)3个方程的确定系数R2分别是0.37、0.48和0.57,P值均<0.001;三阶方程的F值为15.71(P<0.001);氟化物3个方程的确定系数R2分别是0.39,0.60和0.74,P值均<0.001;三阶方程的F值为24.05,P<0.001;综合以上结果,选用三阶模型作为趋势面拟合模型。

表42015年山东省农村饮用水中硝酸盐(以N计)趋势面模型的拟合模型
表52015年山东省农村饮用水中氟化物趋势面模型的拟合模型

2.趋势面等值图:  通过氟化物的趋势面等值图发现,西部地区农村饮用水中氟化物的含量明显偏高,水中氟化物浓度的均值超过放宽限值(1.2 mg/L),并且在西南、西北地区均有高峰值出现,其他区域都处于一个相对较低的范围。详见图1

图1山东省农村饮用水的氟化物含量的趋势面模型等值图
东部地区农村饮用水中硝酸盐(以N计)的含量明显偏高,特别是在东北部地区有一个高峰值区域,水中硝酸盐(以N计)的均值已经超过放宽限值(20 mg/L),且这种高含量的分布沿着对角线向中部地区扩展,而其他区域都处于一个相对较低的范围。中部地区的硝酸盐(以N计)呈现在低水平趋势,这与前面的暴露水平分析一致,在中间部分有硝酸盐(以N计)的高趋势出现。详见图2
图2山东省农村饮用水的硝酸盐(以N计)含量的趋势面模型等值图

讨论  WHO《饮用水水质准则》第四版(Guidelines for drinking water quality 4thed)中提出:氟化物、砷和硝酸盐在饮用水中的含量过高时,通过饮用水暴露可对人体的健康造成广泛影响。本研究结果显示,山东省农村饮用水的毒理学指标中暴露水平较高的是硝酸盐(以N计)和氟化物,其余9项毒理学指标均在允许限值内。两个高暴露指标的供水单位具有显著的地理分布趋势,表现在西部地区的氟化物、东部地区的硝酸盐(以N计),而中部地区的毒理学指标相对较好,与云中杰等[6]调查结果一致。
        从制水工艺来看,山东省未经处理的单村供水工程比例很高,都是由水源取水后直接进入管网,没有任何处理工艺和消毒措施,检测结果也显示有多份水样的铅、镉、四氯化碳检测值已经超过标准限值的80%。随着水源水质的变化,用户的龙头水很容易发生毒理学指标和微生物指标超标状况,这也是影响农村饮用水卫生安全的主要原因[7,8]
        水中的硝酸盐(以N计)除地质原因外,也可能与人类的生产和生活造成的污染有关[9]。有研究表明,由于农村地区土壤排水性好,水浇地面积大,加之氮肥用量高,饮用水硝酸盐(以N计)污染主要来源可能与农田氮肥的投入有关[10]。因此,东部的高硝酸盐(以N计)除了地理原因外,可能与其种植业发达,化肥使用量有关。生活饮用水中亚硝酸盐、硝酸盐是造成中毒性疾病的常见化学性毒物,长期饮用被较高浓度亚硝酸盐及硝酸盐污染的水,可以对人体造成健康损害[11]。由于水中的硝酸盐(以N计)污染除了自然净化过程中的反硝化作用外,没有特别有效的办法[12],只有依靠反渗透、化学脱氮等深度处理工艺,成本很高。因此,在东部地区加强健康教育,积极开展水源卫生防护是关键。
        WHO认为水中氟化物是来自自然地质的污染,残差计算数值也证实非地理因素干扰较小,鲁西南和鲁西北也是山东省传统的高氟区,与本次调查结果相符。高氟暴露不仅易导致氟斑牙,氟骨症,引起骨相组织的损害,对非骨相组织也可能产生有害影响。据报道,氟暴露可能影响女性卵泡期和黄体期E2水平[13],可引起甲状腺细胞损伤,造成细胞存活率下降[14],孕期氟暴露可能对胎儿神经、内分泌系统产生影响[15],因此,在西部地区必须积极倡导农村改水工作,通过选择修建平原水库更换地表水源、加强对地下水的深度处理工艺等方法,合理降低水中氟化物的暴露水平,保证饮用人群的健康。

参考文献
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