焦化廠周邊土壤—玉米系統(tǒng)重金屬污染風(fēng)險評價

劉子姣，范智睿

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801）

土壤質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到各種以土壤為生長基質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和人類生命健康，特別是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對于土壤的污染最為直接。近年來，工業(yè)發(fā)展速度逐漸加快，人類發(fā)展與環(huán)境之間的矛盾日漸尖銳并呈現(xiàn)難以調(diào)和的趨勢。在一系列環(huán)境問題中，重金屬污染事件發(fā)生的概率極高，并且土壤中重金屬元素的含量也在不斷增長[1-8]，這將逐漸對人類的正常生存和生命健康造成越來越嚴(yán)重的威脅和危害。

焦化廠周邊的粉塵中含有大量的重金屬元素，一旦被人吸入會對人體造成很大的危害[9]；粉塵沉降落入周邊農(nóng)田土壤，可能會增加土壤中重金屬污染物含量，重金屬在農(nóng)田中的過量積累對農(nóng)作物會造成一定程度的影響，特別是汞和鎘會在農(nóng)作物種子中累積，這對于玉米、高粱等生產(chǎn)籽實的作物危害極大，并且這類重金屬元素在農(nóng)作物籽實或種子內(nèi)的生物富集系數(shù)較高，其污染物會隨著食物鏈富集，或者通過人類進(jìn)食進(jìn)入人體，對人體的潛在危害性極大[10-13]。所以，對于農(nóng)田土壤- 玉米系統(tǒng)的調(diào)查研究顯得尤為重要。

本研究對太谷縣某焦化廠附近農(nóng)田玉米地土壤和玉米籽粒中的的重金屬污染狀況進(jìn)行調(diào)查分析，并根據(jù)調(diào)查研究結(jié)果進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險評價和人體健康風(fēng)險評價，旨在為焦化廠周邊農(nóng)田土壤的保護(hù)與治理，以及防止重金屬通過食物鏈生物富集方式危害人體健康提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 樣品采集

2018 年10 月，在太谷縣某焦化廠周邊的代表性農(nóng)田中選取30 個樣點進(jìn)行土壤樣品采集，同時從相對應(yīng)土壤樣品位點采集30 份玉米籽粒樣品。

1.2 測定項目及方法

測定土壤樣品的pH 值和土壤中8 種重金屬元素（Cd、Cr、As、Hg、Pb、Cu、Zn、Ni）的含量，玉米籽粒樣品測定7 種金重屬元素（Cr、Pb、Cd、As、Hg、Cu、Zn）含量。其中，Cd 元素含量采用石墨爐原子吸收分光光度計測定；Hg、As 元素含量采用原子熒光光度計測定；Pb、Cr、Cu、Zn、Ni 元素含量采用原子吸收分光光度計測定[11]。并計算玉米籽粒中重金屬含量的富集系數(shù)。

1.3 土壤污染評價方法

1.3.1 生態(tài)風(fēng)險評價 根據(jù)被調(diào)查焦化廠日常生產(chǎn)排放和周邊可能受污染農(nóng)田的實際情況，采用潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)（RI）法[15-16]進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險評價。

具體的潛在生態(tài)風(fēng)險（即潛在生態(tài)危害系數(shù)和危害指數(shù)與環(huán)境污染程度之間的相關(guān)關(guān)系）的分級情況如表1 所示。

表1 潛在生態(tài)風(fēng)險分級情況

1.3.2 人體健康風(fēng)險評價 為了研究太谷縣焦化廠附近農(nóng)田受污染情況，采用靶標(biāo)危害系數(shù)法[17]對該區(qū)域進(jìn)行了玉米食用健康風(fēng)險評價，其靶標(biāo)危害

表2 靶標(biāo)危害系數(shù)法參數(shù)

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析和統(tǒng)計處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 焦化廠周邊玉米地土壤重金屬含量分析

表3 焦化廠周邊玉米地土壤樣品中重金屬含量

經(jīng)測定，太谷縣焦化廠附近農(nóng)田土壤的pH 平均值為8.32，變化范圍是7.97～8.54，變異系數(shù)為15%，該地為堿性土壤，晉中市的主要土壤類型為褐土。由表3 可知，該焦化廠周邊土壤的部分重金屬分布不均勻，尤其是以Zn、Cr 和Hg 這3 種元素的分布不均性比較明顯，說明它們可能比較容易受到外部污染源的干擾。采樣點土壤中Hg、Pb、Zn、Cr這4 種重金屬元素的平均含量均超出了晉中市土壤環(huán)境背景值[17]，而As、Cu、Cd 和Ni 的平均含量均未超出背景值。

2.2 焦化廠周邊玉米地土壤重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險評價

表4 焦化廠周邊玉米地土壤重金屬單項潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)和污染等級

表5 焦化廠周邊玉米地土壤重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)和污染等級

從表4 可以看出，該區(qū)域玉米地土壤受重金屬污染情況除Hg 的單一潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)平均值達(dá)到了53.80，屬于中度危害以外，其余重金屬元素均屬于輕度危害水平。Hg 的最大值高于160，已經(jīng)達(dá)到了強度危害的水平，極有可能對所生產(chǎn)玉米的質(zhì)量安全造成影響，應(yīng)引起相關(guān)環(huán)保部門和食品安全部門的警惕和重視。由表5 可知，該調(diào)查區(qū)域玉米地土壤重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)RI 平均值為109.93，屬于輕度危害水平。部分采樣點存在潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)較高的情況，原因可能是由于受污染較嚴(yán)重，但是目前來看還處在安全和可控的范圍。

2.3 焦化廠周邊玉米地土壤重金屬污染人體健康風(fēng)險評價

表6 為焦化廠周邊土壤種植的玉米籽粒的重金屬含量檢測結(jié)果。參照我國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NY 861—2004）中糧食（含谷物、豆類、薯類及制品中）各重金屬的限量標(biāo)準(zhǔn)（Cr、Pb、Cd、As、Hg、Cu、Zn 分別為為1.0，0.4，0.05，0.7，0.02，10，50 mg/kg），從表6 可以看出，所采集玉米籽粒樣品中重金屬含量均未超出該標(biāo)準(zhǔn)，可放心食用。

表6 焦化廠周邊玉米籽粒中重金屬含量檢測結(jié)果 mg/kg

從表7 可以看出，玉米籽粒對于土壤中不同重金屬元素的富集程度存在較為顯著的差異，其富集系數(shù)大小排序為Zn＞Cu＞Cd＝Hg＞As＞Cr＞Pb，其中，Zn 元素的富集系數(shù)最高，為0.11。

表7 玉米籽粒重金屬富集系數(shù)

由表8 可知，玉米籽粒中重金屬元素Pb、Cd、Hg、As、Cr 的EDI 值均未超過參照值RFD[17]，并且數(shù)值均小于1，說明太谷縣焦化廠附近農(nóng)田種植的玉米重金屬元素對人體健康的損害風(fēng)險并不大。

表8 太谷縣焦化廠周邊玉米地重金屬污染健康風(fēng)險評價

從表8 可以看出，成人和兒童的總危害指數(shù) （HI）分別是0.001 7 和0.001 0，均小于1；成人和兒童的各重金屬元素的THQ 值大小順序均為As＞Cr＞Hg＞Pb＞Cd，其中，As 的THQ 值占總危害指數(shù)（HI）的比例最大，為70.4%。由此可知，太谷縣焦化廠周邊農(nóng)田土壤中重金屬元素As 的污染對附近居民和食用該區(qū)域所產(chǎn)玉米的人群所造成的人體健康危害風(fēng)險較大。

3 結(jié)論

本研究通過對太谷縣焦化廠周邊的玉米地農(nóng)田土壤進(jìn)行重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險評價發(fā)現(xiàn)，只有重金屬元素Hg 達(dá)到了中等危害程度，其他元素如Ni、Cd、Zn 等目前都屬于輕度危害水平。

玉米籽粒中Cr、Pb、Cd、As、Hg、Cu、Zn 這7 種元素的平均含量均低于我國糧食中重金屬元素含量限量標(biāo)準(zhǔn)（NY 861—2004），可放心食用。

在對太谷縣焦化廠周邊玉米地農(nóng)田土壤進(jìn)行重金屬污染健康風(fēng)險評價后發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)出產(chǎn)的玉米籽粒中重金屬元素Pb、Cd、Hg、As 和Cr 的THQ值均小于1，所以太谷縣焦化廠附近居民經(jīng)玉米途徑攝入的單一污染元素對人體健康的損害風(fēng)險并不大；上述5 種重金屬污染疊加后對于成人和兒童的總危害指數(shù)分別是0.001 7 和0.001 0，均小于1，說明5 種有毒的重金屬元素疊加后對成人和兒童的總體健康風(fēng)險不高。