皖東地質(zhì)高背景區(qū)土壤重金屬污染分析及人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

江紅艷 王寅

摘要?針對(duì)皖東高地質(zhì)背景區(qū)不同用地類型土壤和農(nóng)作物中重金屬進(jìn)行污染分析，并對(duì)該區(qū)域進(jìn)行人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，巖石風(fēng)化形成的玄武巖質(zhì)土壤中重金屬Cr、Ni超標(biāo)率已達(dá)88%和68%;協(xié)同監(jiān)測(cè)農(nóng)產(chǎn)品（水稻、花生、玉米、甘薯）中重金屬污染指?數(shù)Pi均?小于1，農(nóng)產(chǎn)品未超標(biāo)。健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，花生污染指數(shù)?HI?為0.97，水稻中Cu和Pb的最大污染指數(shù)分別達(dá)0.99和0.94，雖然皖東地質(zhì)高背景區(qū)土壤目前不存在多種重金屬引發(fā)的人體健康風(fēng)險(xiǎn)，后期相關(guān)主管部門仍需要關(guān)注食用花生對(duì)人體健康風(fēng)險(xiǎn)以及水稻中的Cu和Pb環(huán)境質(zhì)量問題，進(jìn)行土壤和農(nóng)產(chǎn)品的跟蹤協(xié)同監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞?地質(zhì)高背景;玄武巖風(fēng)化;重金屬;人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)?X820.4?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A

文章編號(hào)?0517-6611（2020）14-0078-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.14.021

Abstract?Pollution of heavy metals in soils and crops of different land types with high geological background area in Eastern Anhui Province was analyzed， and human health risks were evaluated in this area.The results showed that the heavy metals Cr and Ni in basalt soil formed by rock weathering exceed the standard，over-standard rate reached 88%，68%.The heavy metal pollution index?Pi?of agricultural products （rice， peanut， corn， sweet potato） was all less than 1， and the agricultural products did not exceed the standard.At present，hazard index（?HI?）of peanut was 0.97， the biggest?HI?for Cu and Pb in rice reached 0.99 and 0.94 respectively.The results showed that heavy metal health risks in soil with high geological background area did not exist a variety of human health risk， but related departments?still need to focus on food safety with the human health risk of peanuts and environment quality of Cu and Pb in rice for tracking and collaborative monitoring of soil and agricultural products.

Key words?High geological background area; Basalt weathering; Heavy metals;Human health risk assessment

根據(jù)生態(tài)環(huán)境部2014 年發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》[1]，全國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，部分地區(qū)土壤污染較重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂。工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)等人為活動(dòng)以及土壤環(huán)境背景值高是造成土壤污染或超標(biāo)的主要原因[2]。全國土壤總超標(biāo)率為16.1%，其中耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4%，輕微、輕度、中度和重度污染點(diǎn)位比例分別為13.7%、2.8%、1.8%和1.1%，主要污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛、滴滴涕和多環(huán)芳烴。耕地土壤質(zhì)量是糧食安全生產(chǎn)的前提，研究發(fā)現(xiàn)[3-4]，重金屬可以通過食物鏈在人體和其他生物體內(nèi)富集，從而對(duì)人類健康產(chǎn)生威脅。近年來，我國由于土壤重金屬污染所引發(fā)的食品安全問題也是頻頻發(fā)生，日漸成為廣大民眾關(guān)心的熱點(diǎn)問題。如2013年5月，廣州市食品相關(guān)部門在抽樣檢測(cè)了18個(gè)批次的大米及米制品后，發(fā)現(xiàn)有44.4%的大米樣品中的Cd含量超標(biāo)[5]。

目前，大量學(xué)者報(bào)道了關(guān)于耕地污染中人為源的重金屬污染的研究[6-8]，但對(duì)于高背景值區(qū)的土壤重金屬污染研究還尚未深入，耕地土壤重金屬的含量與糧食安全以至于人體健康有著密切聯(lián)系。因此，有必要進(jìn)行地質(zhì)高背景區(qū)域土壤和作物中重金屬污染超標(biāo)的狀況評(píng)價(jià)，并評(píng)估對(duì)于人體健康的風(fēng)險(xiǎn)。

筆者基于《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）、《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 166—2004）、《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）和《糧食（含谷物、豆類、薯類）及制品中鉛、鉻、鎘、汞、硒、砷、銅、鋅8種元素限量》（NY 861—2004）等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，開展皖東高地質(zhì)背景區(qū)土壤和農(nóng)作物中重金屬污染分析，并進(jìn)行人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，以便為研究區(qū)農(nóng)業(yè)主管部門農(nóng)產(chǎn)品的安全利用提供科學(xué)支撐。

1?材料與方法

1.1?研究區(qū)概況?研究區(qū)位于皖東丘陵地帶，118°25′ ～ 118°30′E，32°38′ ～ 32°43′N，地貌整體屬江淮波狀平原區(qū)，地貌類型以丘陵、淺丘及波狀平原為主，分布有以河流沖積物母質(zhì)、黃土母質(zhì)、變質(zhì)巖類風(fēng)化物母質(zhì)為主的類成土母質(zhì)。相對(duì)皖東地區(qū)土壤基準(zhǔn)值Ni、Co富集特征最明顯，貧As、Au、Hg、Rb、W元素。構(gòu)造位置上處于蘇北盆地北緣，其玄武巖年齡為0.53 ～ 0.73 Ma，為中更新世火山噴發(fā)產(chǎn)物，隸屬于桂五組女山火山口。研究指出，女山巖石中微量元素Ni、Cr含量均在2 000 mg/kg以上[9]，該研究區(qū)為典型的地質(zhì)高背景帶。研究區(qū)主要種植結(jié)構(gòu)為水稻-小麥輪作方式，一年兩季，部分輪作玉米、花生和甘薯，周邊無發(fā)達(dá)工業(yè)，未見顯著的區(qū)域性人為污染。

由研究區(qū)農(nóng)用地表層土壤重金屬檢測(cè)結(jié)果可知，調(diào)查區(qū)域內(nèi)采集的59件農(nóng)用地表層土壤樣品中重金屬（As、Pb、Cr、Cu、Zn、Cd、Hg和Ni）部分土壤樣品超過其pH范圍對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)篩選值。農(nóng)用地重金屬超標(biāo)情況見表4，其中重金屬Cd超標(biāo)率為15.3%，Zn超標(biāo)率為5.1%，Ni超標(biāo)率為72.9%，Cr超標(biāo)率為62.7%。

由研究區(qū)林地土壤重金屬檢測(cè)結(jié)果可知，調(diào)查區(qū)域內(nèi)采集的50件林地土壤樣品中重金屬（As、Pb、Cr、Cu、Zn、Cd、Hg和Ni）部分土壤樣品超過其土壤pH對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)篩選值，重金屬超標(biāo)情況見表4，其中重金屬Cd超標(biāo)率為6%（超標(biāo)樣品數(shù)3件），Zn超標(biāo)率為6%，但Ni超標(biāo)率高達(dá)88%，Cr超標(biāo)率高達(dá)68%。

由表4可知，農(nóng)田土壤重金屬超標(biāo)元素中Ni和Cr的最大污染指數(shù)及超標(biāo)率較大，Ni為4.42和72.9%，Cr為4.47和62.7%。同時(shí)林地土壤重金屬超標(biāo)元素中Ni和Cr的最大污染指數(shù)及超標(biāo)率仍較大，Ni為4.16和88.0%，Cr為3.76和68%。

綜上，無論是農(nóng)田土壤還是林地土壤，巖石經(jīng)過風(fēng)化后表層土壤中Ni和Cr含量仍較高，且林地土壤重金屬超標(biāo)情況整體大于農(nóng)田土壤樣品。

2.2?不同用地類型土壤重金屬污染的相關(guān)性分析

研究區(qū)內(nèi)109件表層土壤樣品中有59件樣品為農(nóng)用地土壤，50件樣品為林地土壤，農(nóng)用地和林地土壤中Ni的超標(biāo)率分別為72.9%和88%，農(nóng)用地和林地土壤中Cr的超標(biāo)率分別為62.7%和76.0%。由此可知，不同用地類型中重金屬Ni、Cr的超標(biāo)率表現(xiàn)為林地>農(nóng)用地。

根據(jù)樣品的分析檢測(cè)結(jié)果，通過ArcGIS 10.2軟件分析，繪制出研究區(qū)內(nèi)重金屬Ni和Cr的濃度超標(biāo)倍數(shù)分級(jí)。由圖2可知，Ni、Cr含量較高的區(qū)域分布于地勢(shì)較高的山體之上，在村民聚居、地勢(shì)較低的區(qū)域Ni、Cr含量相對(duì)較低。該地質(zhì)高背景區(qū)農(nóng)田表層土壤是屬于玄武巖風(fēng)化較高區(qū)域，林地土壤是位于巖石集中、風(fēng)化程度越小的山體區(qū)域，其重金屬Ni、Cr含量較農(nóng)田土壤高。

綜上，玄武巖作為具有高Cr、Ni地質(zhì)背景的火成巖，其風(fēng)化形成的玄武巖質(zhì)土壤中仍具有高的Cr、Ni含量。相對(duì)風(fēng)化程度越小的區(qū)域，土壤中的重金屬含量越高。

2.3?地質(zhì)高背景區(qū)農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染指數(shù)分析

按照土壤盡可能均勻布設(shè)且與表層土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)位并點(diǎn)布設(shè)的原則，在研究區(qū)農(nóng)用地采集19件農(nóng)產(chǎn)品。農(nóng)產(chǎn)品與表層土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)位并點(diǎn)設(shè)置，采集的不同農(nóng)產(chǎn)品（水稻、玉米、花生、甘薯）中重金屬單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果見表5。由表5可知，不同作物中重金屬的最大污染指數(shù)均小于1，表明農(nóng)產(chǎn)品未超標(biāo)，質(zhì)量安全。綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，水稻和甘薯中最大綜合污染指數(shù)分別為0.77和0.74，屬于0.7

綜上，無論是單因子污染指數(shù)法還是綜合污染指數(shù)法，結(jié)果均顯示該區(qū)域采集的農(nóng)產(chǎn)品污染評(píng)價(jià)結(jié)果為未超標(biāo)，尚未產(chǎn)生污染風(fēng)險(xiǎn)。但研究發(fā)現(xiàn)水稻中Cu和Pb的最大污染指數(shù)分別達(dá)0.99和0.94，甘薯中Pb的最大污染指數(shù)達(dá)0.95，仍需關(guān)注該區(qū)域農(nóng)產(chǎn)品的安全問題。

2.4?高地質(zhì)背景區(qū)農(nóng)產(chǎn)品的人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

采用美國環(huán)保局（EPA）綜合風(fēng)險(xiǎn)信息系統(tǒng)創(chuàng)建的非致癌評(píng)價(jià)方法對(duì)地質(zhì)高背景區(qū)食用農(nóng)產(chǎn)品（水稻、玉米、甘薯、花生）的人體健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果見表6。不同農(nóng)產(chǎn)品中As、Pb、Cr、Cu、Zn、Cd和Hg的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)HQ值和總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)HI值均小于1，說明居民攝食該地質(zhì)高背景區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品沒有明顯的負(fù)面健康風(fēng)險(xiǎn)影響。對(duì)于居民主要的糧食作物水稻而言，水稻中不同重金屬的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)HQ表現(xiàn)為Cu>Pb>Zn>As>Cd>Cr>Hg，Cu和Pb的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)相對(duì)其他幾種重金屬較高，該健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果與前述水稻重金屬環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果一致。但農(nóng)產(chǎn)品中花生的總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)HI為0.97，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較高，目前未見明顯的負(fù)面影響，但后期仍需加強(qiáng)跟蹤監(jiān)測(cè)。

3?結(jié)論

（1）地質(zhì)高背景使農(nóng)田土壤重金屬Cr、Ni普遍超標(biāo)，林地土壤和農(nóng)田土壤都表現(xiàn)出高含量的Cr、Ni，相對(duì)風(fēng)化程度越小的區(qū)域，土壤中的重金屬含量越高，超標(biāo)情況總體表現(xiàn)為林地>農(nóng)用地。

（2）不同作物中重金屬的單因子污染指數(shù)均小于1，農(nóng)產(chǎn)品未超標(biāo)。水稻和甘薯中最大綜合污染指數(shù)分別為0.77和0.74，0.7

（3）水稻中Cu和Pb的最大污染指數(shù)分別達(dá)0.99和0.94，且不同重金屬的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)HQ結(jié)果顯示，表現(xiàn)為Cu>Pb>Zn>As>Cd>Cr>Hg，說明環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果一致。

（4）皖東地質(zhì)高背景區(qū)農(nóng)產(chǎn)品目前不存在多種重金屬引發(fā)的人體健康風(fēng)險(xiǎn)，建議后期相關(guān)主管部門仍需要關(guān)注食用花生對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)，水稻中Cu和Pb環(huán)境質(zhì)量問題，進(jìn)行土壤和農(nóng)產(chǎn)品的跟蹤協(xié)同監(jiān)測(cè)。

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