秦皇島市根菜類蔬菜中重金屬含量及健康風(fēng)險(xiǎn)分析

任艷軍，馬建軍，杜 彬，任學(xué)軍

(河北科技師范學(xué)院，河北 秦皇島，066004)

蔬菜中重金屬元素含量的高低，主要取決于環(huán)境中重金屬污染的程度。由于城市工業(yè)“三廢”的排放，農(nóng)藥、化學(xué)肥料及農(nóng)用有機(jī)肥的不合理使用，加之污水灌溉頻繁，致使蔬菜受到不同程度的重金屬污染［1～6］，蔬菜是人們?nèi)粘Ｉ钪袛z入量最大的食物之一，為人體提供維生素、礦質(zhì)元素和膳食纖維等多種營(yíng)養(yǎng)成分，但食入重金屬超標(biāo)的蔬菜會(huì)對(duì)人體健康造成極大危害［7］。因此，開展蔬菜重金屬污染的調(diào)查研究，分析、評(píng)價(jià)其重金屬污染狀況，尋求有效降低蔬菜重金屬污染的技術(shù)方法，對(duì)于提高蔬菜的質(zhì)量、保障人們的飲食安全、促進(jìn)蔬菜生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。近年來，蔬菜重金屬污染狀況調(diào)查及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析研究受到學(xué)術(shù)界、政府和公眾的普遍關(guān)注［8～13］。為此，筆者以秦皇島市商品蔬菜為研究對(duì)象，對(duì)4種根菜類蔬菜中重金屬元素含量狀況及污染程度進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)城市居民健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估，旨在為加強(qiáng)蔬菜質(zhì)量控制，保障居民飲食安全提供科學(xué)指導(dǎo)和決策依據(jù)。

1 材料和方法

1．1 樣品采集

試驗(yàn)于2011年9月至2012年9月期間每隔一定時(shí)期在秦皇島市蔬菜批發(fā)市場(chǎng)、各大超市隨機(jī)收集4種根菜類蔬菜共計(jì)45份樣品，每份蔬菜樣品采集1．0～2．0 kg，其中包括:胡蘿卜13份、白蘿卜12份、紅蘿卜13份、青蘿卜7份。樣品采集后運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室先用自來水沖洗蔬菜表面泥土等雜物，再用蒸餾水沖洗表面污染物數(shù)次，最后用去離子水沖洗干凈，然后用紗布或粗濾紙吸干蔬菜表面水分，將每份樣品用不銹鋼刀切碎后混合均勻，精確稱量鮮樣500．00 g，經(jīng)80℃殺青20 min后降至65℃恒溫烘干至衡質(zhì)量，稱量每份樣品烘干質(zhì)量后計(jì)算含水率。樣品經(jīng)研磨處理，放入塑料瓶中保存待測(cè)。

1．2 分析方法

蔬菜中 As，Cd，Cr，Cu，Ni，Pb，Zn 重金屬元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定:采用 HNO3-HClO4(5∶1)消化法消解，Optima2100DV等離子體發(fā)射光譜儀分析測(cè)定，所測(cè)定結(jié)果經(jīng)樣品含水率換算為蔬菜鮮樣中的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)，分析過程以國(guó)家生物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10015(GSB-6菠菜)或GBW10021(GSB-12豆角)進(jìn)行分析質(zhì)量控制。數(shù)據(jù)分析采用DPS．V7．05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)完成。蔬菜重金屬國(guó)家或FAO/WHO限量標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 蔬菜重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)(GB18406．1-2001)mg/kg

1．3 污染評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)

評(píng)價(jià)方法采用單因子污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法［10］。

(1)單項(xiàng)污染指數(shù)法:Pi=Ci/Si

式中:Pi為所計(jì)算出的重金屬單項(xiàng)污染指數(shù);Ci為該重金屬的實(shí)測(cè)值;Si為表1中所給出的各項(xiàng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)Pi≤0．7為優(yōu)良，Pi≤1．0為安全，1＜Pi≤2為輕污染，2＜Pi≤3為中污染，Pi＞3為重污染。

式中:P綜合為綜合污染指數(shù);P平均為各單項(xiàng)污染指數(shù)(Pi)的平均值;Pmax為各單項(xiàng)污染指數(shù)中的最大值。當(dāng) P綜合≤0．7為安全;0．7＜P綜合≤1．0為警戒限;1．0＜P綜合≤2．0 為輕污染;2．0＜P綜合≤3．0為中污染，P綜合＞3．0為重污染。

1．4 健康風(fēng)險(xiǎn)分析方法和指標(biāo)

健康風(fēng)險(xiǎn)分析采用目標(biāo)危害系數(shù)(the target hazard quotient，THQ)法［14］。計(jì)算公式如(1)和(2)。

單一重金屬風(fēng)險(xiǎn):

多種重金屬?gòu)?fù)合風(fēng)險(xiǎn):

公式(1)中各項(xiàng)參數(shù)縮寫、名稱及本研究取值見表2。

表2 蔬菜健康風(fēng)險(xiǎn)分析參數(shù)取值

2 結(jié)果與分析

2．1 蔬菜中重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及污染狀況

秦皇島市根菜類蔬菜中重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值由大到小的順序?yàn)閆n，Cu，Cr，Ni，Pb，As，Cd;各蔬菜品種中除Zn，Cu，Cr，Ni元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小無變化外，其它各重金屬元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高低因蔬菜品種不同存在差異變化，各種蔬菜樣品之間重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在較大差異(變異系數(shù)大小變化)(表3)。對(duì)照蔬菜重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)(表1)，所有45個(gè)檢測(cè)蔬菜樣品中重金屬元素檢出率均為100%，除胡蘿卜中的Cd元素出現(xiàn)污染外(超標(biāo)率為15．38%)，其它重金屬元素在各類蔬菜中均未出現(xiàn)污染。由此看出，秦皇島市根菜類蔬菜總體未表現(xiàn)重金屬污染狀況。同一種蔬菜中重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在較大差異，主要與蔬菜種植土壤和灌溉水中重金屬污染狀況不同有關(guān)。

表3 根菜類蔬菜中重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及污染評(píng)價(jià)分析 mg/kg

單項(xiàng)污染指數(shù)結(jié)果表明，根菜類蔬菜重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)由大到小的順序?yàn)镃d，Cr，Pb，Zn，Ni，As，Cu(表4)。污染指數(shù)均值范圍為0．027～0．438，單項(xiàng)污染指數(shù)值均低于1。除部分蔬菜中Cd元素受到重污染外(可能與土壤中重金屬Cd污染嚴(yán)重有關(guān))，秦皇島市根菜類蔬菜單項(xiàng)污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果基本屬于優(yōu)良及安全范圍。

綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，根菜類蔬菜重金屬綜合污染指數(shù)大小范圍為0．144～6．570，平均值為0．783±1．060(表5)。其中8．88%的蔬菜樣品受到不同程度的污染，其中輕度污染和重度污染各占一半，處于警戒限的蔬菜占總體22．22%;針對(duì)根菜類蔬菜不同品種綜合污染指數(shù)大小分析，胡蘿卜品種重金屬污染率為23．07%，紅蘿卜重金屬污染類為7．69%，除白蘿卜品種外，處于重金屬污染警戒限的數(shù)量比較大，其中71．43%的青蘿卜處于警戒限范圍。由此看出，秦皇島市根菜類蔬菜表現(xiàn)出一定程度的重金屬污染威脅。

表4 根菜類蔬菜重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)評(píng)價(jià)分析(n=45)

表5 根菜類蔬菜重金屬綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)分析

2．2 健康風(fēng)險(xiǎn)分析

目標(biāo)危害系數(shù)法(the target hazard quotient，THQ)是USEPA于2000年建立的一種評(píng)價(jià)人群健康風(fēng)險(xiǎn)的方法，可同時(shí)評(píng)價(jià)單一重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)和多種重金屬?gòu)?fù)合暴露的健康風(fēng)險(xiǎn)。該方法假定污染物吸收劑量等于攝入劑量，以測(cè)定的污染物人體攝入劑量與參考劑量的比值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如果該值小于1，則說明暴露人群沒有明顯的健康風(fēng)險(xiǎn)，反之，則存在健康風(fēng)險(xiǎn)［14］。

本次研究中，單一重金屬的THQ結(jié)果顯示，秦皇島市根菜類蔬菜中不同重金屬的THQ均值由大到小的順序?yàn)?Cr，Cd，Pb，Zn，Cu，Ni，As(表6)。成人和兒童的 THQ 值均明顯小于1，除對(duì)成人和兒童群體表現(xiàn)較低的Cd暴露風(fēng)險(xiǎn)率外，秦皇島市根菜類蔬菜單一重金屬無暴露健康風(fēng)險(xiǎn)。

多種重金屬的TTHQ結(jié)果顯示，根菜類蔬菜中不同蔬菜品種多種重金屬?gòu)?fù)合健康風(fēng)險(xiǎn)存在較大差異(表7)。采用歐氏離差平方和法分別對(duì)蔬菜中成人和兒童THQ的幾何均值進(jìn)行層級(jí)聚類分析，聚類分析結(jié)果規(guī)律一致(圖1，圖2)。根菜類蔬菜對(duì)成人和兒童暴露人群健康風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別劃分為2類:一類蔬菜如胡蘿卜、青蘿卜、紅蘿卜品種，表現(xiàn)出一定程度的重金屬污染威脅和健康風(fēng)險(xiǎn)率，成人健康風(fēng)險(xiǎn)率為0～15．38%，兒童健康風(fēng)險(xiǎn)率為0～23．08%;二類蔬菜如白蘿卜品種，未表現(xiàn)重金屬污染威脅，健康風(fēng)險(xiǎn)率為零。

由表6，表7可見，各單一重金屬對(duì)成人和兒童重金屬?gòu)?fù)合健康風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)率基本相同，且成人和兒童的復(fù)合健康風(fēng)險(xiǎn)主要由重金屬Cr引起，貢獻(xiàn)率分別為38．59%和38．63%，其次為重金屬Cd，貢獻(xiàn)率分別為28．64%和28．65%，表明根菜類蔬菜重金屬Cr和Cd的暴露風(fēng)險(xiǎn)較高。此外，盡管兒童的蔬菜攝入量低于成人，但兒童因攝食蔬菜導(dǎo)致的重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)高于成人(表6，表7)。該結(jié)果與夏鳳英等［11］、鄭娜等［13］的研究結(jié)論一致，表明兒童群體對(duì)蔬菜重金屬污染較為敏感。

表6 根菜類蔬菜單一重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析(n=45)

表7 根菜類蔬菜多種重金屬?gòu)?fù)合健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析

圖1 成人TTHQ的幾何均值層級(jí)聚類分析

圖2 兒童TTHQ的幾何均值層級(jí)聚類分析

3 結(jié) 論

秦皇島市根菜類蔬菜中除重金屬Cd元素污染外，其它幾種重金屬元素均未出現(xiàn)污染，重金屬超標(biāo)率為4．44%。綜合污染指數(shù)大小范圍為0．144～6．570，平均值為0．783±1．060，其中輕度污染和重度污染數(shù)量均占總體的4．44%;處于警戒限的蔬菜占總體的22．22%，其中胡蘿卜品種重金屬污染率為23．07%。根菜類蔬菜對(duì)成人和兒童暴露人群健康風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別劃分為2類:一類蔬菜成人健康風(fēng)險(xiǎn)率為0～15．38%，兒童健康風(fēng)險(xiǎn)率為0～23．08%;二類蔬菜健康風(fēng)險(xiǎn)率為零。復(fù)合健康風(fēng)險(xiǎn)因素中Cr元素貢獻(xiàn)率最大，兒童遭受重金屬的暴露風(fēng)險(xiǎn)高于成人。

［1］吳燕玉，陳濤，孔慶新．我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染及其防治［J］．土壤通報(bào)，1986，17(4):187-189．

［2］張民，龔子同．我國(guó)菜園土壤中某些重金屬元素的含量與分布［J］．土壤學(xué)報(bào)，1996，33(1):85-93．

［3］CHENG S．Heavy metal pollution in China:origin，pattern and control［J］．Environmental Science and Pollution Research，2003，10(3):192-198．

［4］BEN A W，NOUAIRI I，TRAY B，et al．Cadmium effects on mineral nutrition and lipid contents in tomato leaves［J］．Journal De La Societe De Biologie，2005，199(2):157-163．

［5］MORENO C J，MORAL R，PEREZ E A，et al．Cadmium accumulation and distribution in cucumber plant［J］．Journal of Plant Nutrition，2000，23(2):243-250．

［6］MORIARTY F．Ecotoxicology:the study of pollutants in ecosystems［M］．London:Academic Press，1999:29-35．

［7］GRANERO S，DOMINGO J L．Levels of metals in soils of Alcala de Henares，Spain:human health risks［J］．Environment International，2002，28(3):159-164．

［8］李綏晶，李欣，李輝，等．遼寧省城鄉(xiāng)居民膳食營(yíng)養(yǎng)與健康狀況調(diào)查［J］．中國(guó)公共衛(wèi)生，2005，21(11):1 308-1 309．

［9］謝正苗，李靜，徐建明，等．杭州市郊蔬菜基地土壤和蔬菜中Pb、Zn和Cu含量的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)［J］．環(huán)境科學(xué)，2006，27(4):742-747．

［10］楊國(guó)義，羅薇，高家俊，等．廣東省典型區(qū)域蔬菜重金屬含量特征與污染評(píng)價(jià)［J］．土壤通報(bào)，2008，39(1):133-136．

［11］夏鳳英，李政一，楊陽．南京市郊設(shè)施蔬菜重金屬含量及健康風(fēng)險(xiǎn)分析［J］．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，34(2):183-187．

［12］宋波，陳同斌，鄭袁明，等．北京市菜地土壤和蔬菜鎘含量及其健康風(fēng)險(xiǎn)分析［J］．環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，26(8):1 343-1 353．

［13］鄭娜，王起超，鄭冬梅．基于THQ的鋅冶煉廠周圍人群食用蔬菜的健康風(fēng)險(xiǎn)分析［J］．環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，27(4):672-678．

［14］US EPA．Risk based concentration table［EB/OL］．［2000］．http://www．epa．gov/reg3hwmd/risk/human/index．

［15］BENNETT D H，KASTENBERG W E，MCKONE T E．A multimedia，multiple pathway risk assessment of atrazine:the impact of age differentiated exposure including joint uncertainty and variability［J］．Reliability Engineering ＆ System Safety，1999，63(2):185-198．

［16］WANG X，SATO T，XING B，et al．Health risk of heavy metals to the general public in Tianjin，China via consumption of vegetables and fish［J］．Science of the Total Environment，2005，350(1-3):28-37．