徐州地區(qū)麥田土壤和小麥籽實重金屬污染特征分析

強(qiáng)承魁，秦越華*，丁永輝，曹丹，王鋒，張明，韓波，李微微. 徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院//徐州市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點實驗室，江蘇 徐州 006；. 徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研處，江蘇 徐州 006

徐州地區(qū)麥田土壤和小麥籽實重金屬污染特征分析

強(qiáng)承魁1，秦越華1*，丁永輝1，曹丹1，王鋒2，張明1，韓波1，李微微1
1. 徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院//徐州市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點實驗室，江蘇 徐州 221006；2. 徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研處，江蘇 徐州 221006

農(nóng)產(chǎn)品因重金屬污染引發(fā)的質(zhì)量安全問題已成為全社會關(guān)注的焦點。為了解徐州地區(qū)麥田土壤和小麥籽實重金屬污染特征，測定了3個主栽區(qū)睢寧縣梁集鎮(zhèn)（SNLJ）、邳州市新河鎮(zhèn)（PZXH）和沛縣湖西農(nóng)場（PXHX）麥田表層土壤及籽實中Pb、Cd、Zn、Cu、Ni和Cr的含量，采用Muller地累積指數(shù)法和Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法分析了土壤重金屬污染狀況，并對籽實中重金屬所致健康風(fēng)險進(jìn)行了評價。結(jié)果表明：僅PXHX土壤中Cd、Zn、Cu、Ni、Cr和PZXH土壤中Cd含量分別高于中國土壤元素背景值的1.18、1.42、1.61、1.72、1.20和1.20倍，但3個主栽區(qū)土壤中所測6種重金屬元素的含量均低于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618─1995）中二級標(biāo)準(zhǔn)值和《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》（NY/T391─2013）規(guī)定的限值；地累積指數(shù)評價僅見 PXHX土壤中 Zn存在輕度污染；3個主栽區(qū)土壤中 6種重金屬均為低生態(tài)風(fēng)險程度（17.70≤RI≤41.93），其生態(tài)風(fēng)險順序為Cd＞Ni＞Cu＞Cr＞Zn＞Pb，Cd的生態(tài)風(fēng)險最高；僅見PXHX籽實中Pb和PZXH籽實中Cd含量分別超過食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)限量值的1.1和1.2倍；3個主栽區(qū)籽實中化學(xué)致癌物Cr和PZXH籽實中Cd的個人年風(fēng)險均超過ICRP推薦的最大可接受水平，非致癌物Pb、Zn、Cu、Ni的個人年風(fēng)險均低于ICRP推薦的最大可接受水平，籽實所測重金屬個人總年風(fēng)險總超過ICRP推薦的最大可接受水平的11.68～39.80倍，可見所有主栽區(qū)籽實中的化學(xué)致癌重金屬對食用人群具潛在風(fēng)險，應(yīng)引起重視。

重金屬；小麥籽實；土壤；健康風(fēng)險評價

引用格式：強(qiáng)承魁， 秦越華， 丁永輝， 曹丹， 王鋒， 張明， 韓波， 李微微. 徐州地區(qū)麥田土壤和小麥籽實重金屬污染特征分析［J］. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報， 2016， 25（6）: 1032-1038.

QIANG Chengkui， QIN Yuehua， DING Yonghui， CAO Dan， WANG Feng， ZHANG Ming， HAN Bo， LI Weiwei. Pollution Characteristics of Heavy Metals in Soils and Wheat Grains in Xuzhou Area ［J］. Ecology and Environmental Sciences， 2016， 25（6）: 1032-1038.

隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展，越來越多的含Pb、Cd、As和Hg等重金屬污染物通過各種途徑進(jìn)入大氣、水體和土壤，現(xiàn)已引起環(huán)境質(zhì)量的嚴(yán)重惡化并上升為世界范圍內(nèi)的主要環(huán)境問題（劉劍飛等，2011；劉瑩等，2014）。作為一種持久性潛在有毒污染物的重金屬，一旦進(jìn)入農(nóng)田土壤后因不能被生物降解而長期存留且不斷積累，直接危及到生態(tài)安全、食品安全、人體安全及社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展（U.S.EPA，1997；Fairbrother et al.，2007；劉慶等，2012；Khan et al.，2008；Mansour et al.，2010）。由此可見，測定農(nóng)田土壤中的重金屬含量并評價污染狀況，已成為研究熱點之一。食用在污染土壤上種植的農(nóng)作物已成為重金屬毒害人體的重要途徑，但目前對小麥等谷類作物關(guān)注還不多（Chary et al.，2008；Wang et al.，2005；Zheng et al.，2007；Lima et al.，2008）。實際上，目前谷類幾乎是全世界日常飲食結(jié)構(gòu)中最大量的終身消費食物，故開展該類作物的健康風(fēng)險評價具有重要的現(xiàn)實意義（Caussy et al.，2003；Nadal et al.，2004）。

作為我國第二大作物，小麥的質(zhì)量安全問題屢見報道，其中受重金屬污染的程度逐年趨重且范圍日漸擴(kuò)大（Wang et al.，2011）。如江蘇省典型區(qū)地震帶農(nóng)田土壤和小麥籽粒中 Pb、Cr、Hg、Ni、As超標(biāo)率分別為100%、58.97%、33.33%、10.26%、2.56%，太湖水網(wǎng)地區(qū)小麥籽實中Cd、Zn和Pb超標(biāo)率分別達(dá)22.73%、18.18%和4.55%（陳京都等，2012；潘永敏等，2014）。北京城郊污灌區(qū)小麥籽粒Cr、Zn含量也超出國標(biāo)限值，土壤中Cu、Cd、Cr、Pb和Zn含量均高于北京土壤背景值且出現(xiàn)累積，造成郊區(qū)成人和兒童重金屬綜合健康風(fēng)險均大于 1，表明該區(qū)已存在因小麥攝入而產(chǎn)生的健康風(fēng)險問題（朱宇恩等，2011）。徐州已成為淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)中心城市、蘇北老工業(yè)基地、江蘇省農(nóng)業(yè)大市和全國重要的農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)基地之一，小麥年種植面積超過3.4×105hm2，可見該區(qū)域農(nóng)作物的品質(zhì)將直接影響區(qū)域農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展及人們的身體健康。面對礦區(qū)的擴(kuò)大及區(qū)域工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展對產(chǎn)地環(huán)境不良生態(tài)效應(yīng)加劇的情況，目前還未見麥田土壤和小麥籽實重金屬污染評價方面的系統(tǒng)性研究報道。鑒于此，對徐州小麥主栽區(qū)麥田土壤及小麥籽實重金屬進(jìn)行含量測定及其污染與食用健康風(fēng)險評價，旨在為研究區(qū)域環(huán)境重金屬污染聯(lián)合阻控技術(shù)和保障居民飲食安全提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及決策參考。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江蘇省西北部、華北平原東南部和古淮河支流沂、沭、泗諸水下游的徐州市，地理坐標(biāo)為116°22′～118°40′ E和33°43′～34°58′ N。土地總面積11142.33 km2，小麥種植面積約3400 km2。該區(qū)屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫14.2 ℃，年日照時數(shù)為2284～2495 h，日照率52%～57%，年均無霜期200～220 d，年均降水量800～930 mm。土壤主要分為棕土、褐土、紫色土、潮土、砂姜黑土和水稻土六大類，其中潮土占全區(qū)土壤總面積的79.5%以上。作為中國機(jī)械工程之都、淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)中心城市的徐州，近年來工業(yè)企業(yè)的規(guī)模和數(shù)量越來越大，其中裝備制造、能源、煤鹽化工、冶金和建材等企業(yè)的排污對農(nóng)業(yè)環(huán)境質(zhì)量的影響也是與日俱增。

1.2樣品采集測定

基于前期對徐州地區(qū)小麥主栽區(qū)分布及重金屬污染情況的調(diào)查，布點時主要考慮區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展?fàn)顩r、距離河流和公路遠(yuǎn)近、土壤類型和區(qū)域之間樣點分布的均勻性、代表性等因素，選取位于研究區(qū)東南部的睢寧縣梁集鎮(zhèn)（SNLJ）、東部的邳州市新河鎮(zhèn)（PZXH）和西北部的沛縣湖西農(nóng)場（PXHX）這3個小麥主栽區(qū)，代表該地區(qū)的典型麥區(qū)。每個主栽區(qū)確定采樣點8個。在6月小麥成熟期進(jìn)行采樣，在每個采樣點600 m2范圍內(nèi)采集6～7處麥穗，室內(nèi)風(fēng)干脫殼取約2 kg小麥籽實，經(jīng)超聲波清洗后再用去離子水清洗 3次，80 ℃烘箱烘烤至恒重，冷卻后去麩粉碎貯存待測。為揭示小麥、土壤中重金屬含量之間的關(guān)系，在采集小麥樣品的同時完成土壤樣品采集，盡可能保證土壤采樣點與小麥采樣點一致。采集土壤表土層樣品（0～20 cm）并混勻，四分法取1 kg作為該點混合樣品，室內(nèi)自然風(fēng)干磨細(xì)并過100目篩備測（Li et al.，2006）。土壤 pH值和有機(jī)質(zhì)測定方法參照農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T1121.2─2006。土壤中Pb和Cd、Zn和Cu、Ni、Cr含量分別參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17141─1997、GB/T17138─1997、GB/T17139─1997和國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)HJ/491─2009測定，小麥中Cd、Zn、Cu、Ni、Pb和 Cr含量測定方法分別參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB5009.15─2003、GB/T5009.14─2003、GB/T5009.13 ─2003、GB/T5009.138─2003、GB5009.12─2010和GB/T5009.123─2003，并在分析過程中采用平行雙樣，確保質(zhì)控樣品相對誤差控制在10%以內(nèi)。

1.3土壤重金屬污染評價

考慮地域差異和土壤背景值選定，運用Muller地累積指數(shù)法和 Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法評價麥田土壤重金屬污染狀況并比較分析。地累積指數(shù)（Igeo）計算公式為：

Igeo=log2［Cn/（K×Bn）］（1）

式中，Cn為土壤中重金屬元素n的實測含量；Bn為該重金屬元素n的參比值，本研究以江蘇省徐淮黃泛平原表層土重金屬背景值作為參比值，即Pb、Cd、Zn、Cu、Ni和 Cr的土壤背景值分別為23.8、0.149、68、25、32.1和73 mg·kg-1（廖啟林等，2009）；K為考慮成巖作用可能引起的背景值變動系數(shù)（一般取值為1.5）（周秀艷等，2004）。Igeo的分級標(biāo)準(zhǔn)與污染程度劃分見表1（賈英等，2013）。

表1　地累積指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)Table 1　Graduation standard of Igeo

潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)（RI）計算公式為：

式中，Eri為重金屬元素 i的潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)；Tri為重金屬元素 i的毒性響應(yīng)因子，即 Pb、Cd、Zn、Cu、Ni和Cr的Tri值分別為5.0、30、1.0、5.0、5.0和2.0（賈英等，2013）；Ci為重金屬元素i的污染因子；Ci和Ci分別為土壤中重金屬元素i的實測含量和參比值（廖啟林等，2009）；RI分級標(biāo)準(zhǔn)與生態(tài)風(fēng)險程度見表2（賈英等，2013）。

1.4小麥重金屬健康風(fēng)險評價

參考美國環(huán)境保護(hù)署USEPA風(fēng)險評價模型，通過膳食途徑定量評價小麥中重金屬對人體的健康影響。其中化學(xué)致癌物（基因毒物質(zhì)）健康風(fēng)險評價模型為：

表2　潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)Table 2　Graduation standard of RI

式（3）中，Rc為化學(xué)致癌物經(jīng)食入途徑的平均個人致癌年風(fēng)險（a-1），種）經(jīng)食入途徑的平均個人致癌年風(fēng)險（a-1）；式為化學(xué)致癌物i（共k（4）中，Dig為化學(xué)致癌物i經(jīng)食入途徑的單位體重日均暴露劑量（mg·kg-1·d-1），qig為化學(xué)致癌物經(jīng)食入途徑的致癌強(qiáng)度系數(shù)（kg·d·mg-1）， 70為人均壽命（a）；式（5）中，0.5為成人面食日均使用量（kg），Ci為化學(xué)致癌物或軀體毒物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（mg·kg-1），70為人均體重（kg），致癌性重金屬Cd、Cr的qig分別為6.1和41 kg·d·mg-1（EPA，1987）。

非致癌物（軀干毒性物質(zhì)）健康風(fēng)險評價模型為：

各有毒物質(zhì)對人體健康產(chǎn)生危害的累積效應(yīng)呈相加關(guān)系、協(xié)同關(guān)系或拮抗關(guān)系?；谛←溩褜嵵懈饔卸疚镔|(zhì)含量很低，可假定每種物質(zhì)的作用是獨立的。即各種重金屬對人體健康水平的損害程度呈累積相加效應(yīng)，則小麥中重金屬通過食入途徑對人體所產(chǎn)生的總健康風(fēng)險可表示為：式中，Rs為化學(xué)致癌物和非致癌物的個人總年風(fēng)險（a-1）。

1.5數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 13.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析和方差分析，其中組間均值差異選擇Duncan新復(fù)極差法計算。

2　結(jié)果與分析

2.1徐州地區(qū)麥田土壤基本理化性質(zhì)

徐州地區(qū)小麥主栽區(qū)SNLJ、PZXH和PXHX麥田表層土壤（0～20 cm）主要理化參數(shù)的測定結(jié)果見表3，結(jié)果顯示3個采樣區(qū)pH值為7.58～8.32，OM質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.4～60.9 g·kg-1，地理位置上呈東南向西北顯著上升的趨勢（P＜0.05）。由此可見，徐州地區(qū)麥田表層土壤呈堿性，OM質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》（NY/T391─2013）中土壤肥力分級參考指標(biāo) I級（＞15 g·kg-1），但此特性有利于重金屬元素在土壤表層土中累積。

表3　徐州地區(qū)麥田表層土壤理化參數(shù)統(tǒng)計Table 3　Summary of physico-chemical parameters in surface soils from wheat fields of Xuzhou area

2.2徐州地區(qū)麥田土壤重金屬含量分析

徐州地區(qū)小麥主栽區(qū)SNLJ、PZXH和PXHX麥田表層土壤中重金屬含量的測定結(jié)果見表4，結(jié)果顯示所測6種重金屬元素的含量在地理位置上均呈由東南向西北顯著增加的趨勢（P＜0.05），而毗鄰微山湖和大屯煤礦的 PXHX麥田表層土壤重金屬含量最高。PXHX土壤中Cd、Zn、Cu、Ni、Cr和PZXH土壤中Cd平均含量分別高于中國土壤元素背景值的1.18、1.42、1.61、1.72、1.20和1.20倍。但所測6種重金屬元素的含量均低于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618─1995）中二級標(biāo)準(zhǔn)值和《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》（NY/T391─2013）規(guī)定的土壤中污染物含量限值，符合國家綠色食品土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求?；?種重金屬元素的Pearson相關(guān)系數(shù)，SNLJ土壤中Pb與Cd、Zn與Ni，PZXH土壤中Zn與Ni、Zn與Cr，PXHX土壤中Cd與Cr含量之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），說明其在來源、運輸和沉積等方面具較為相似的地球化學(xué)行為。其中PZXH土壤中Ni與Cr、PXHX土壤中Pb 與Cr含量間存在極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），推測其來源不同（Kunwar et al.，2005；雷沛等，2013）。

表4　徐州地區(qū)麥田表層土壤重金屬含量Table 4　Content of heavy metals in surface soils from wheat fields of Xuzhou area mg·kg-1

2.3徐州地區(qū)麥田土壤重金屬污染評價

2.3.1地累積指數(shù)評價

徐州地區(qū)小麥主栽區(qū)SNLJ、PZXH和PXHX麥田表層土壤中重金屬地累積指數(shù)的污染評價結(jié)果見表5，結(jié)果顯示除PXHX土壤中Zn存在輕度污染外，其余2個主栽區(qū)土壤環(huán)境中所測6種重金屬元素均不存在污染，生態(tài)風(fēng)險累積等級均為0級，表明該地區(qū)麥田表層土壤的重金屬整體處于無污染水平。

2.3.2潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)評價

徐州地區(qū)小麥主栽區(qū)SNLJ、PZXH和PXHX麥田表層土壤中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的污染評價結(jié)果見表6，結(jié)果顯示3個主栽區(qū)土壤中6種重金屬元素的RI值介于17.70～41.93之間，其平均值為30.55，均小于110，可見該地區(qū)麥田表層土壤處于低生態(tài)風(fēng)險程度。所測6種重金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險程度順序為 Cd＞Ni＞Cu＞Cr＞Zn＞Pb，其中Cd的生態(tài)風(fēng)險最高。因Cd的值在6種重金屬元素中最高，相應(yīng)的值也最大。該元素雖在3個主栽區(qū)土壤中的含量最低（表4），但其生態(tài)風(fēng)險卻最高，應(yīng)成為該區(qū)環(huán)境治理和風(fēng)險控制的重要目標(biāo)（雷沛等，2013）。

表5　徐州地區(qū)麥田表層土壤重金屬地累積指數(shù)及累積等級Table 5　Geo-accumulation indexes （Igeo） and accumulation levels （L） of heavy metals in surface soils from wheat fields of Xuzhou area

表6　徐州地區(qū)麥田表層土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)Table 6　Potential ecological risk indexes （RI） of heavy metals in surface soils from wheat fields of Xuzhou area

2.4徐州地區(qū)小麥籽實重金屬含量分析

徐州地區(qū)小麥主栽區(qū)SNLJ、PZXH和PXHX小麥籽實中重金屬含量的測定結(jié)果見表 7，結(jié)果顯示Pb、Cd平均含量在地理位置上由東南向西北呈“V”型分布，Cu、Cr含量變化則相反，而Zn、Ni含量分別呈顯著減小和增大趨勢（P＜0.05）。除PXHX籽實中Pb和PZXH籽實中Cd平均含量分別超過食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)限量值的1.1和1.2倍，其余均符合相關(guān)限量要求。其中PXHX籽實與土壤中Pb、PZXH籽實與土壤中Cd含量分別呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），其超標(biāo)原因可能與其在土壤中的總量大且遷移性強(qiáng)有關(guān)（李波等，2005；王祖?zhèn)サ龋?007），可見調(diào)查區(qū)域內(nèi)部分地區(qū)小麥籽實重金屬超標(biāo)問題需進(jìn)一步關(guān)注。

表7　徐州地區(qū)小麥籽實重金屬含量Table 7　Content of heavy metals in wheat grains of Xuzhou area mg·kg-1

2.5徐州地區(qū)小麥籽實重金屬個人年風(fēng)險評價

基于徐州地區(qū)小麥主栽區(qū) SNLJ、PZXH和PXHX小麥籽實經(jīng)食入途徑，其中重金屬對人體健康年風(fēng)險的評價結(jié)果見表8，結(jié)果顯示3個主栽區(qū)籽實中Cr的Rc介于5.74×10-4～1.91×10-3a-1，均高于國際輻射防護(hù)委員會（ICRP）推薦的最大可接受水平（5.0×10-5a-1）（倪彬等，2010）。其中Cr在PZXH 的No.2和SNLJ的No.3的Rc分別為最大和最小，分別為 ICRP推薦的最大可接受水平的 38.20和11.48倍。Cd在SNLJ和PXHX籽實中的Rc均低于ICRP推薦的最大可接受水平，而在PZXH籽實Rc均超過可接受水平，最高達(dá)ICRP推薦的最大可接受水平的1.61倍。SNLJ、PZXH和PXHX籽實中Cr、Cd的平均Rc分別占化學(xué)致癌物的個人總年風(fēng)險的98.60%和1.40%、96.19%和3.81%、99.59%和0.41%，可見Cr是所測兩種化學(xué)致癌物中的主要污染物，應(yīng)列為風(fēng)險決策管理的重點對象。3個主栽區(qū)籽實中2種化學(xué)致癌物總的健康風(fēng)險水平由大到小排序為PZXH＞PXHX＞SNLJ，該結(jié)果與表7中對應(yīng)重金屬含量高低一致。

表8還顯示3個主栽區(qū)籽實Rn均低于ICRP推薦的最大可接受水平，非致癌物通過食用途徑產(chǎn)生的健康風(fēng)險水平為Cu＞Zn＞Pb＞Ni。3個主栽區(qū)籽實Rs在5.84×10-4～1.99×10-3之間，均高于ICRP推薦的最大可接受水平，為該水平的11.68～39.80倍。其中SNLJ、PZXH和 PXHX籽實平均 Rc分別占 Rs的99.84%、99.95%和99.92%，而Rn分別占Rs的0.16%、0.05%和0.08%。由此可見，3個采樣區(qū)小麥籽實中的重金屬對人群食用存在一定的潛在風(fēng)險，且主要為化學(xué)致癌重金屬，對此應(yīng)引起足夠的重視。

表8　徐州地區(qū)小麥籽實食入途徑重金屬健康危害個人年風(fēng)險Table 8　Health risk of heavy metals in wheat grains of Xuzhou area to the individual person per year through ingestion　　a-1

3　討論

3.1徐州地區(qū)麥田土壤重金屬污染特征

王學(xué)松等（2006）年研究發(fā)現(xiàn)，徐州市 21個表層土壤樣品中Pb、Cd、Zn、Cu、Ni和Cr平均含量均超過中國土壤元素背景值的1.67、5.57、1.99、1.69、1.28和1.29倍，尤以Cd超標(biāo)率最高；而劉紅俠等（2006）同年報道，該市北郊 20個農(nóng)業(yè)耕層土壤樣品中的Pb、Cd、Zn、Cu和Cr平均含量也均高于背景值的2.16、26.49、2.07、1.56和13.45倍，仍以Cd超標(biāo)率居首。推測采樣區(qū)土壤可能與相鄰的鋼鐵廠、皮革廠等工業(yè)重污染源有關(guān)，而Cd超標(biāo)率最高應(yīng)與該區(qū)域農(nóng)田長期使用P肥造成土壤中Cd高累積相關(guān)。本研究僅發(fā)現(xiàn)PXHX土壤中Cd、Zn、Cu、Ni、Cr和PZXH土壤中Cd的平均含量均高于背景值，除Ni外的5種重金屬元素超標(biāo)率均低于上述兩個報道。究其原因，這得益于徐州市近年來加快對高污染企業(yè)的搬遷、關(guān)停行動和主栽區(qū)麥田倡導(dǎo)水旱輪作。同時增施的有機(jī)肥有助于改變土壤的理化性質(zhì)，并對土壤中重金屬的環(huán)境化學(xué)行為產(chǎn)生顯著影響，表現(xiàn)在土壤的有機(jī)質(zhì)對重金屬具吸附作用（劉秀春等，2008）。表 4顯示生態(tài)風(fēng)險最高的是Cd，應(yīng)列為該區(qū)環(huán)境治理和風(fēng)險控制的重要目標(biāo)（雷沛等，2013）。PXHX主栽區(qū)土壤重金屬超標(biāo)率居3個采樣區(qū)之首，這與該區(qū)毗鄰的大屯煤礦和微山湖灌溉用水污染存在一定的關(guān)系。這點如賈英等（2013）報道，因蕰藻浜與黃浦江交界處的采樣點靠近寶山工業(yè)區(qū)，其河流沉積物中的重金屬污染相比較重類似。本研究發(fā)現(xiàn) Ni的超標(biāo)率由王學(xué)松等（2006）報道的1.28倍增至1.72倍，推測可能與采樣點土壤樣品的差異及該地區(qū)近年來大力發(fā)展電動車產(chǎn)業(yè)有關(guān)，這點需引起重視。眾所周知，該產(chǎn)業(yè)電鍍工序中大量使用的 Ni極易隨電鍍廢水排入水體，進(jìn)而通過農(nóng)業(yè)灌溉進(jìn)入土壤系統(tǒng)，經(jīng)作物根系吸收作用富集于機(jī)體，隨著運輸作用向地上部移動，并積累于作物莖葉和果實（陳蘇等，2007；王新等，1994）。雖然本研究中3個小麥主栽區(qū)土壤中所測的6種重金屬含量均低于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618─1995）中二級標(biāo)準(zhǔn)值和《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》（NY/T391─2013）規(guī)定的限值，但 Pearson相關(guān)系數(shù)顯示的有關(guān)重金屬來源、運輸和沉積等地球化學(xué)行為還有待進(jìn)一步研究。

3.2徐州地區(qū)小麥籽實重金屬污染及食用健康風(fēng)險

近年來，小麥重金屬污染風(fēng)險日益顯著，逐漸成為社會關(guān)注的熱點和政府農(nóng)場品質(zhì)量安全監(jiān)管的重點。如滬寧高速公路兩側(cè)和內(nèi)蒙古河套地區(qū)籽實中Pb含量超標(biāo)率分別為95%以上和19%，新鄉(xiāng)市寺莊頂罐區(qū)籽實中Cd、Ni、Cr和Zn含量超標(biāo)25.5、12.98、6.12和1.32倍，天津污灌區(qū)籽實Cd含量超標(biāo)1.24倍，江蘇南部典型地區(qū)Cd、Zn和Pb含量超標(biāo)率分別為22.73%、18.18%和4.55%，黃淮海和長江中下游兩大小麥優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)籽實中Cd含量超標(biāo)率12.5%（潘永敏等，2014；李波等，2005；王祖?zhèn)サ龋?007；張青等，2010；朱桂芬等，2009）。本研究結(jié)果顯示，整體而言徐州地區(qū)小麥?zhǔn)艿街亟饘傥廴镜某潭容^輕，僅PXHX籽實中Pb和PZXH籽實中Cd含量分別超過食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)限量值的1.1和1.2倍，但已顯示出區(qū)域性特征。其超標(biāo)原因可能與該重金屬元素在土壤中的總量大且遷移性強(qiáng)有關(guān)（李波等，2005；王祖?zhèn)サ龋?007）。這需要進(jìn)行合理的生產(chǎn)區(qū)域布局和種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，基于糧食生產(chǎn)戰(zhàn)略考慮，在保障其產(chǎn)量的前提下，立足于發(fā)揮區(qū)域比較優(yōu)勢，在小麥低 Pb、Cd水平區(qū)域加大小麥種植比例，相反地區(qū)可該種棉花等非食源性作物或?qū)嵭行←?玉米、伴礦景天/小麥-茄子等輪間作制度，也可通過培育、推廣低重金屬累積小麥品種來降低其受重金屬污染的概率（陸美斌等，2015；居述云等，2015）。

表8顯示，3個主栽區(qū)籽實中Cr的Rc均超過ICRP推薦的最大可接受水平，Cd在PZXH籽實Rc超過可接受水平的 1.61倍。其中前者與孫卉等（2008）報道開封市化肥河污灌區(qū)小麥化學(xué)致癌物Cd對人群膳食途徑所致健康風(fēng)險結(jié)果一致，由此可見，作為所測兩種化學(xué)致癌物中的主要污染物的Cr應(yīng)列為風(fēng)險決策管理的重點對象。但后者有別于陸美斌等（2015）報道的中國兩大優(yōu)勢小麥產(chǎn)區(qū)小麥?zhǔn)蹸d污染危害較小，不同消費人群因食用小麥Cd引起的風(fēng)險程度較低。本研究選擇美國環(huán)境保護(hù)署USEPA風(fēng)險評價模型作為參考，僅以小麥籽實為唯一暴露途徑與來源，但日常生活中市級消費人群的膳食結(jié)構(gòu)較此更復(fù)雜，如水稻、蔬菜、高粱等作物中重金屬Cr、Cd也是膳食暴露風(fēng)險的貢獻(xiàn)者，再加上加工方式的差異，其表現(xiàn)的風(fēng)險性可能比估計的要小。另如本研究運用的健康風(fēng)險評價模型，人均壽命、體重和單位體重日均暴露劑量等參數(shù)的選擇，未考慮到隨著人們生活水平的提高而發(fā)生的差異性變化。如體重增大或化學(xué)致癌物濃度降低，都會出現(xiàn)籽實經(jīng)食入途徑化學(xué)致癌物年風(fēng)險評價結(jié)果偏小的現(xiàn)象。對此，等有關(guān)部門發(fā)布權(quán)威的最新信息后對評價結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步修正（陸美斌等，2015）。綜上所述，后續(xù)要注重重金屬在“水體-土壤-作物-人體”系統(tǒng)中的遷移、轉(zhuǎn)化和健康風(fēng)險毒理學(xué)方面的實證研究，以期為區(qū)域性麥田土壤環(huán)境保護(hù)與管理及小麥籽實攝入重金屬所致人體健康風(fēng)險等方面提供參考數(shù)據(jù)。

4　結(jié)論

（1）徐州SNLJ、PZXH和PXHX小麥主栽區(qū)土壤中Pb、Cd、Zn、Cu、Ni和Cr含量均低于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的二級標(biāo)準(zhǔn)值和《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》中規(guī)定的土壤中污染物含量限值。

（2）Muller地累積指數(shù)法分析表明僅PXHX土壤中Zn存在輕度污染，而Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法顯示3個主栽區(qū)土壤重金屬均呈低生態(tài)風(fēng)險。

（3）除PXHX小麥籽實中Pb和PZXH籽實中Cd平均含量分別超標(biāo) 1.1和 1.2倍，其余指標(biāo)及SNLJ籽實中所測6種重金屬含量均符合限量要求。

（4）3個主栽區(qū)小麥籽實中僅Cr的Rc高于ICRP推薦的最大可接受水平，但該地區(qū)所測重金屬元素的Rn較ICRP推薦的最大可接受水平低，而Rs分別較ICRP推薦的最大可接受水平高，表明籽實中化學(xué)致癌重金屬對人群食用存在一定程度上的健康風(fēng)險。

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Pollution Characteristics of Heavy Metals in Soils and Wheat Grains in Xuzhou Area

QIANG Chengkui1， QIN Yuehua1*， DING Yonghui1， CAO Dan1， WANG Feng2，ZHANG Ming1， HAN Bo1， LI Weiwei
1. Xuzhou City Key Laboratory of Modern AgroBiotechnology， Xuzhou Bioengineering Technical College， Xuzhou 221006， China；2. Department of Scientific Research， Xuzhou Bioengineering Technical College， Xuzhou 221006， China

Quality and safety issues of agricultural products induced by heavy metals has become the social concern. To understand the pollution characteristics of heavy metals in soils and wheat grains in Xuzhou area， the concentrations of 6 heavy metals including Pb， Cd， Zn， Cu， Ni and Cr in surface soils and wheat grains from 3 main plantation areas were determined. Muller's Geoaccumulation Index Mehod and Hakanson's Potential Ecological Risk Index Method were used to analyse the pollution status of heavy metals in soils. Futhermore， the health risks of each heavy metal in wheat grains were evaluated. The results showed that the concentration of Cd， Zn， Cu， Ni， Cr in PXHX soils and Cd in PZXH soils were about 1.18， 1.42， 1.61， 1.72， 1.20， 1.20 times of national background values of soil elements， respectively. But the concentrations of 6 heavy metals in soils from 3 main plantation areas were lower than the limit values of Environmental quality standard for soils （GB15618-1998） secondary standard and Green food-Environmental quality for production area （NY/T391-2013）. Slight pollution for only Zn in PXHX soils was found by geoaccumulation index. The potential ecological risk indexes （RI） of 6 heavy metals at all main plantation areas were between 17.70 and 41.93， and posed very low potential risks for these areas. And the risks of 6 heavy metals were in the following order: Cd ＞ Ni ＞Cu ＞ Cr ＞ Zn ＞ Pb， Cd contributed the most to the total potential ecological risk. Only Pb concentration in PXHX wheat grains and Cd concentration in PZXH wheat grains were about 1.1 and 1.2 times of the limit values of National Food Safety Standard. The health risks of Cr in wheat grains from 3 main plantation areas and Cd in PZXH wheat grains to the individual person per year through ingestion were significantly higher than the maximum allowance level recommended by the International Commission on Radiological Protection （ICRP）. The health risk to the individual person per year caused by non-carciongens of Pb， Zn， Cu and Ni were lower than the level. The total health risk of 6 heavy metals to the individual person per year was more 11.68～39.80 times than the level. Thus， the potential risk of those chemical carcinogens to the crowd may occur by consuming wheat grains from all plantation areas and must arouse enough attention.

heavy metals； wheat grains； soil； health risk assessment

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.06.017

X53

A

1674-5906（2016）06-1032-07

國家星火計劃項目（2015GA690053）；徐州市推動科技創(chuàng)新專項資金項目（KC14SM101）；江蘇省農(nóng)業(yè)三新工程項目［SXGC（2013）041］

強(qiáng)承魁（1978生），男，教授，博士，主要從事農(nóng)產(chǎn)品安全與質(zhì)量控制技術(shù)研究。E-mail: bioqck@163.com

秦越華（1965年生），男，副教授，主要從事現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)和職教管理研究。E-mail: yuehua5855@sina.com

2016-02-27