文章信息

第一作者：何茂媛

通讯作者：李小平 教授

通讯单位：陕西师范大学

https://doi.org/10.1007/s10661-026-15777-1

亮点

·构建“食物-尿液-粪便”全链条分析框架，初步揭示了0-7岁儿童多元素从摄入到排泄的代谢路径特征。

·初步发现元素排泄可能存在两条主要途径，为理解儿童体内多元素的代谢调控提供了参考线索。

·提示膳食多元素暴露存在季节性差异趋势，冬季暴露风险可能相对较高，低龄儿童需予以关注。

·初步显示Cr和Pb在两季超过国标参考限值，部分元素的非致癌与致癌风险可能超过相关参考阈值。

·初步识别部分区域Pb和Cr暴露水平相对较高，为后续精准防控研究提供了空间参考方向。

研究概述

图1.图文摘要

本研究在中国20个省份开展家庭水平的季节性调查，初步评估了0-7岁儿童通过日常膳食摄入多种元素的暴露特征及其健康风险。研究于冬夏两季分别采集244名健康儿童志愿者的食物、尿液和粪便样本，采用ICP-MS和ICP-AES测定18种元素的含量，从“食物摄入-尿液排泄-粪便排泄”全链条角度分析元素的季节变化规律。结果表明，除Al外，大多数元素在冬季食物中的平均浓度高于夏季，但Cr和Pb在两个季节均超过中国食品安全国家标准限值。元素在三种基质中的含量及其相互关联性随季节发生显著转变。儿童膳食元素摄入量在2岁后低于更小年龄组。膳食Pb和Al摄入量在两个季节均超出JECFA安全限值，其中低龄儿童的超标情况尤为值得关注。元素排泄途径存在明确分化：Fe、Cu、Mn、Co、Cd、As、Al、Ni和Sb主要经粪便排出，而Zn、Cr和Pb则主要经尿液排出。初步健康风险评估提示，As、Cr和Pb的非致癌危害商以及Cr、Ni、As、Cd的致癌风险可能超过相关参考阈值，冬季和低龄儿童的暴露风险呈现相对较高的趋势。空间分布上，部分工业或矿业活动密集区域的Pb和Cr暴露水平相对突出。元素间相关分析表明，儿童对多元素的暴露、代谢和排泄存在复杂的交互效应，且该交互模式随季节动态变化，可能与饮食结构、环境排放及生理代谢的季节性差异有关。需要指出的是，受样本量等因素限制，上述结论尚属初步发现，有待后续扩大样本规模、纳入更多区域和人群的研究加以验证。本研究初步提示了季节因素在儿童元素暴露评估中的潜在重要性，为制定差异化的防控策略提供了参考依据。

主要研究结果

图2.儿童食品中元素的雨云图分析(*p < 0.05; **p < 0.01; ***p < 0.001)

本研究初步分析了中国20个省份0-7岁儿童日常食物中18种元素的季节性分布特征。结果显示，除V和Al外，其余元素在冬季食物中的平均浓度高于夏季，其中Ca、Mg、Fe、Zn、Mn、Cr、Ni、As、Cd、Hg、Sb、Tl、Pb等元素的差异均达到统计学显著水平（图2）。这一趋势与部分文献报道有所差异，可能与研究区域的气候条件、饮食结构及污染来源的季节性变化有关。从元素丰度来看，必需微量元素（ETEs）的排序随季节发生变化：冬季为Fe > Zn > Mn > Cr > Ni > Cu > V > Co，夏季则为Fe > Zn > Mn > Cr > Cu > V > Ni > Co，Ni与Cu的位次交换可能反映了不同作物类型和环境排放的季节性波动。对于潜在有毒元素（PTEs），Al在两个季节中均居首位，其次为Pb和As。与国家食品安全标准（GB2762-2022）对比，Cr和Pb在两个季节的食物样本中可能存在超标情况，提示儿童日常膳食中Pb和Cr的潜在污染问题值得关注。相关分析（图S1）进一步揭示，食物中多种元素间存在一定的相关性：Ca与Mg的强正相关反映了稳定的膳食来源（如乳制品和谷物）；Fe、Zn、Cu之间的协同关系可能源于其在肉类和豆类中的共存；而部分潜在有毒元素之间的显著正相关可能共同来源于环境背景或人为活动。综上，儿童食物中多元素的含量、组成和相互关系呈现出一定的季节性变化趋势，Pb和Cr的潜在超标问题在冬夏两季均需关注，后续应加强对相关元素来源的深入识别与管控。

图3.儿童尿液中元素的雨云图分析(*p < 0.05; **p < 0.01; ***p < 0.001)

该研究初步分析了0-7岁儿童尿液中18种元素含量的季节性分布特征。与食物中多数元素冬季高于夏季的趋势不同，尿液元素的季节变化呈现更为复杂的模式（图3）。具体而言，Ca、Mg、Zn、Ni、V、Cr、Al和Sb在冬季浓度较高，而Fe、Cu、Mn、Co、As、Cd、Tl和Pb则在夏季达到较高水平。这一分化趋势提示，尿液中的元素含量不仅反映膳食摄入，还可能受到季节性代谢调控、排泄效率及环境暴露途径变化的影响。从ETEs的丰度排序来看，冬季Zn升至首位，可能源于寒冷季节膳食摄入或生理需求的变化；而Fe在夏季浓度更高，与食物中Fe的季节分布趋势相反，提示夏季可能存在不同的代谢周转特征。对于PTEs，Al在两个季节中均居前列，As和Pb次之；As、Cd、Sb、Tl和Pb在夏季浓度相对更高，可能与温度升高促进环境介质中元素迁移或户外活动增加等因素有关。相关分析（图S2）进一步显示，Ca与Mg的强正相关反映了二者在代谢中的协同调控，Ni与Cu、Ni与Cd的正相关则暗示了潜在共同来源，而Ni与Cr之间的负相关提示不同元素在吸收或排泄过程中可能存在交互作用，为理解儿童体内多元素的复杂代谢提供了参考线索。

图4.儿童粪便中元素的雨云图分析(*p < 0.05; **p < 0.01; ***p < 0.001)

此研究初步分析了0-7岁儿童粪便中18种元素的季节性分布特征。结果显示（图4），粪便元素的季节变化呈现分化模式：Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn、Al和Sb在冬季浓度较高，而Cr、Co、Ni、V、As、Cd、Hg、Tl和Pb则在夏季达到较高水平。从ETEs的丰度排序来看，Fe和Zn在两个季节均居前两位，与食物中的高丰度一致，可能反映其较高的膳食摄入量和粪便排泄率。PTEs方面，Al在两个季节中均居首位。相关分析（图S3）揭示了粪便中元素间的多重关联：Fe与Zn、Zn与Mn、Cr与Co、Ni与Co等ETEs对之间的正相关，提示其可能具有共同的膳食来源或肠道吸收中的协同作用；As与Hg、As与Pb、Cd与Pb等PTEs之间的正相关，则提示儿童可能同时暴露于多种元素。值得注意的是，部分ETEs与PTEs之间存在跨类别正相关，如As与Co、Cd与Co、Pb与Co等，这既可能反映共同的环境来源，也可能提示在肠道吸收过程中不同元素间存在交互作用。综上，粪便作为未吸收物质的主要排泄途径，其元素含量及相关性为理解儿童的膳食组成和环境暴露特征提供了初步线索，相关发现有待进一步研究验证。

图5.中国代表地区儿童食物-尿液-粪便中Pb和Cr的浓度

研究初步分析了食物样本中Cr和Pb在“食物-尿液-粪便”链条中的空间分布特征（图5）。Pb主要通过膳食摄入，经尿液和粪便排出体外，其空间分布呈现一定的区域差异，部分工业或矿业活动密集区域的Pb水平相对较高。Cr的排泄与其化学形态有关，不同区域的Cr浓度差异可能关联局部工业活动、土壤背景及农业生产方式。就初步检出情况而言，Pb和Cr在部分区域的食物样本中可能超过国家食品安全标准参考限值，个别样本中还观察到Cd和Ni的检出值偏高。上述空间分布格局提示，工业活动密集区、矿产资源开发区等可能是儿童Pb和Cr暴露需要重点关注的区域，后续应加强相关区域的源头监测与风险防控。

图6.儿童样品中ETEs和PTEs的HQ、MOE和CR的累积概率分布

该研究初步分析了儿童膳食元素摄入量随季节和年龄的变化趋势：除Al外，多数元素冬季摄入高于夏季；1-2岁年龄组摄入量相对较高，2岁后呈下降趋势。与JECFA参考限值对比，Pb和Al的摄入量在两个季节可能存在超标情况，其中低龄儿童的相关指标需予以关注。初步非致癌与致癌风险评估提示，部分元素（如Cr、As、Pb、Ni、Cd）的风险指数可能超过相关参考阈值。元素排泄途径分析显示，不同元素的排泄呈现一定的分化规律，可能反映了机体对各类元素的差异化代谢调控。MOE评估和蒙特卡洛模拟（图6）的初步结果与上述趋势一致，均提示冬季和低龄儿童的暴露风险可能相对较高。综合以上多种评估方法，该研究初步表明冬季和低龄儿童是膳食多元素暴露需重点关注的群体和时段。

本研究作为探索性调查，受样本量及区域覆盖范围所限，上述发现尚属初步结论，有待进一步扩大样本规模、纳入更多元的人群和地区加以验证，以更全面地评估我国儿童膳食元素暴露特征及其健康风险。

作者介绍

何茂媛，陕西师范大学地理科学与旅游学院环境工程专业硕士研究生，主要研究方向为儿童污染物环境暴露与风险防控。

李小平，博士，陕西师范大学地理科学与旅游学院教授，博士生导师，陕西省污染暴露与生态环境健康国际联合研究中心主任，纳米环境科学与健康国际联合研究中心主任。获宝钢优秀教师奖、陕西最美科技工作者、西迁精神传承人、陕西省最美生态环保志愿者等荣誉。长期从事污染物区域环境过程、暴露风险与调控等方面的研究。先后主持国家和省部级各类项目近20项，以第一作者/通讯作者在Journal of Hazardous Materials、Science of the Total Environment等国内外重要期刊发表科技论文100余篇。研究成果获陕西省科学技术奖、陕西省高校科学技术奖、陕西省生态科技奖、陕西省环境保护青年科技奖等。