遼寧某冶煉廠周邊農(nóng)田土壤與農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染特征及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

都雪利，李波，崔杰華，李國(guó)琛*，王顏紅*

（1.中國(guó)科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所，沈陽110016；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049）

重金屬污染具有長(zhǎng)期性和不可逆性等特點(diǎn)[1]，不僅會(huì)破壞農(nóng)田土壤的組織結(jié)構(gòu)，還會(huì)降低土壤微生物（包括真菌和細(xì)菌）的數(shù)量和種類。進(jìn)入土壤中的重金屬會(huì)通過影響植物的生理特征，如光合作用、水分和養(yǎng)分利用率及酶的有效性等間接降低農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量[2-3]。我國(guó)因重金屬污染的農(nóng)田造成的年均糧食減產(chǎn)量在1 000萬t以上[4]。重金屬超標(biāo)的農(nóng)產(chǎn)品被人體攝入吸收后在人體內(nèi)富集，從而對(duì)人體健康產(chǎn)生潛在風(fēng)險(xiǎn)[5-7]。因此，開展農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，可以為我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品重金屬安全監(jiān)管提供科學(xué)依據(jù)，為膳食消費(fèi)數(shù)據(jù)庫(kù)和主要食源性危害數(shù)據(jù)庫(kù)的完善提供數(shù)據(jù)支撐[6-7]。

土壤-作物的遷移是植物攝取環(huán)境Cd 的主要途徑[8]，而大氣沉降是植物攝取環(huán)境Pb 的重要途徑[9]。冶煉生產(chǎn)活動(dòng)排放的重金屬通過大氣沉降、廢渣滲濾和污水灌溉進(jìn)入土壤[10-11]，是周邊農(nóng)田土壤和農(nóng)產(chǎn)品中重金屬的主要來源。不同重金屬在農(nóng)產(chǎn)品中的傳輸途徑不同，大氣和土壤來源對(duì)農(nóng)產(chǎn)品可食用部分中重金屬的貢獻(xiàn)大小尚不明確。

遼寧省某冶煉廠是我國(guó)北方重要的化工和有色金屬冶煉基地，其周邊農(nóng)田土壤和農(nóng)產(chǎn)品均存在嚴(yán)重的重金屬污染問題。李亮亮等[12]繪制了該地區(qū)土壤中Pb 的空間分布；劉翠華等[13]對(duì)該廠周圍土壤中重金屬Cd 的污染程度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。常沙等[14]研究了該廠周邊土壤中主要重金屬的水平、垂直分布規(guī)律，并評(píng)價(jià)了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。我們前期以該廠為中心，繪制了土壤中8種重金屬的空間分布，采用主成分分析證明Cd和Pb主要受工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)热藶榛顒?dòng)影響[15]。

為系統(tǒng)探究該冶煉廠周邊重金屬污染狀況、風(fēng)險(xiǎn)水平和主要積累途徑，本研究分析周邊土壤和農(nóng)產(chǎn)品（玉米、花生和蔬菜）的重金屬含量特征，利用暴露風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)通過農(nóng)產(chǎn)品攝入的重金屬對(duì)人體產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合盆栽試驗(yàn)、模擬試驗(yàn)判別重金屬在花生、玉米中的主要富集器官和傳輸途徑。研究結(jié)果可以讓我們了解當(dāng)?shù)赝寥篮娃r(nóng)產(chǎn)品重金屬污染狀況，為土地安全利用、種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

葫蘆島是我國(guó)北方重要的化工和有色金屬冶煉基地，有著較長(zhǎng)的重金屬污染史（1937—1997 年），如1952—1998 年，葫蘆島市錦化化工廠在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生含有大量汞的鹽泥和廢水，這些含汞廢物以5.60 t·a-1的速度排入五里河，導(dǎo)致河流及附近的土壤和植物受到不同程度的污染。葫蘆島冶煉廠是亞洲最大的鋅冶煉廠，始建于1937 年，占地8 hm2，年產(chǎn)3.3×105t 鋅的同時(shí)，還產(chǎn)生Cu、Zn、Pb 和Cd 等重金屬?gòu)U棄物[16-17]，采用組織和無組織方式排放“三廢”（含有多種重金屬）。研究顯示，冶煉廠周邊農(nóng)田土壤存在嚴(yán)重的重金屬污染問題[12-13]。

該地區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，秋冬季盛行北風(fēng)、東北風(fēng)和西北風(fēng)，夏季盛行東南風(fēng)和南風(fēng)；年平均最高氣溫為14.3～15.1 ℃，年平均最低氣溫為2.3～4.0 ℃，年平均降水量為560～630 mm；研究區(qū)農(nóng)田土壤為褐土和草甸土（露天），農(nóng)作物主要以花生、玉米和蔬菜為主，花生、玉米利用自然降水灌溉，無人工灌溉；蔬菜利用地下水灌溉，無污水灌溉。肥料以復(fù)合肥為主，施加量約為750 kg·hm-2。

1.2 樣品采集

葫蘆島冶煉廠東面和南面臨海，西面以居民區(qū)為主（分布有小塊耕地和菜園），農(nóng)業(yè)用地主要在北部區(qū)域。2018年9月19—20日在距冶煉廠1 km 以外的農(nóng)產(chǎn)品種植區(qū)（120.878～120.938°E，40.729～40.858°N，圖1）采集所有類型農(nóng)產(chǎn)品，共采集農(nóng)產(chǎn)品及對(duì)應(yīng)的表層土壤（0～20 cm）樣品73 對(duì)，其中玉米樣品31 對(duì)，花生樣品14對(duì)，蔬菜樣品28對(duì)（小白菜6對(duì)、大白菜16對(duì)、蘿卜6對(duì)）。采樣點(diǎn)分布見圖1。

1.3 分析方法

圖1 冶煉廠周邊采樣點(diǎn)分布圖Figure 1 Distribution of sampling points around a northern smelter

土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干后，四分法取樣，過2 mm篩，用pH 計(jì)測(cè)定pH；過0.149 mm 篩，放自封袋備用。農(nóng)產(chǎn)品樣品先用自來水沖洗干凈，再用去離子水清洗3 次，其中花生和玉米樣品用烘箱烘干，最后用粉碎機(jī)粉碎，裝入自封袋待測(cè)[18]；蔬菜樣品（地上部分）用濾紙吸干表面多余水分，用打樣機(jī)均勻打碎，裝入自封袋存于冰箱待測(cè)[19]。土壤樣品和農(nóng)產(chǎn)品樣品均采用酸系（硝酸-高氯酸-氫氟酸）體系消解，樣品中Cr、Cd、Cu、Ni、Pb 和Zn 的含量使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測(cè)定，As和Hg的含量使用原子熒光光度計(jì)（AFS）測(cè)定，測(cè)定過程中，土壤樣品使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品GSS-14和GSS-16進(jìn)行質(zhì)量控制，農(nóng)產(chǎn)品樣品使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品GSB-11 和GSB-26 進(jìn)行質(zhì)量控制[20]。依據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5009—2016）相關(guān)規(guī)定，堅(jiān)果、谷物類（包括花生、玉米等）的重金屬含量以單位干質(zhì)量計(jì)，蔬菜類（包括蘿卜、白菜等）的重金屬含量以單位濕質(zhì)量計(jì)。數(shù)據(jù)的記錄及處理采用Excel 2010。根據(jù)以下公式[21]計(jì)算相關(guān)指標(biāo)：

籽粒富集系數(shù)（BCF）=籽粒重金屬含量/土壤相應(yīng)重金屬含量

籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）=籽粒重金屬含量/莖葉相應(yīng)重金屬含量

1.4 盆栽試驗(yàn)

1.4.1 試驗(yàn)材料

為了判別重金屬在污染嚴(yán)重的農(nóng)產(chǎn)品中的傳播途徑，本研究選取花生、玉米進(jìn)一步開展盆栽試驗(yàn)。為了保證盆栽試驗(yàn)和工廠污染區(qū)重金屬污染情況的可比性，選取的供試土壤需與污染區(qū)土壤具有相同的類型特征，并且沒有歷史性的重金屬污染。其中花生供試土壤取自河南花生主產(chǎn)區(qū)，為0～40 cm土壤，去除明顯雜質(zhì)后，風(fēng)干，混勻，過1 cm×1 cm篩；土壤pH為7.4，Cd含量為0.111 mg·kg-1。Cd污染物為CdCl2·2.5H2O，供試花生為花育22，供試容器為直徑28 cm、高38 cm的花盆，場(chǎng)地為塑料大棚。

玉米供試土壤取自沈陽新民市大棚基地，為0～40 cm 土壤，去除明顯雜質(zhì)后，風(fēng)干，混勻，過1 cm×1 cm 篩；土壤pH 為6.0，Pb 含量為21.24 mg·kg-1。Pb污染物為Pb（OAc）2·3H2O，供試玉米為美鋒13 號(hào)，供試容器為直徑28 cm、高38 cm 花盆，場(chǎng)地為塑料大棚。

1.4.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）土壤加Cd 試驗(yàn)：每盆裝風(fēng)干土12.5 kg，加入1.5 mg·kg-1CdCl2·2.5H2O 溶液，混勻，平衡30 d。選取大小一致的花生種子10粒播種，待秧苗展開2片葉子時(shí)留下長(zhǎng)勢(shì)均勻的3 株，3 個(gè)重復(fù)。試驗(yàn)所用肥料為有機(jī)鉀肥，由沈陽八奇農(nóng)業(yè)科技有限公司提供，其中N+K≥16%、有機(jī)質(zhì)≥16%，未檢測(cè)出Cd。

（2）土壤加Pb試驗(yàn)：按照土壤加Pb濃度設(shè)6個(gè)處理水平，分別為0、20、100、200、300、500 mg·kg-1，每個(gè)水平3個(gè)重復(fù)。每盆裝風(fēng)干土6 kg，根據(jù)Pb濃度計(jì)算Pb（OAc）2·3H2O 的加入量，將風(fēng)干土、Pb（OAc）2·3H2O 和20 g 復(fù)合肥混勻?；|(zhì)裝盆后，注水至飽和，放置兩周后進(jìn)行播種。

（3）葉面噴施Pb試驗(yàn)：按照噴施的Pb濃度設(shè)6個(gè)處理水平，分別為0、10、30、50、100、200 mg·L-1，每個(gè)水平3 個(gè)重復(fù)，每盆裝風(fēng)干土6 kg。在玉米拔節(jié)期到抽穗期之前，每5 d于上午9：00對(duì)葉面噴施200 mL不同濃度Pb（OAc）2·3H2O溶液，共噴施13次。

2 結(jié)果與討論

2.1 冶煉廠周邊農(nóng)田土壤重金屬含量特征

冶煉廠周邊農(nóng)田土壤pH 均值為6.4，變異系數(shù)為11.0%，其重金屬含量特征見表1。污染土壤中Hg、Cd、Zn、Pb、Cu、As、Cr 和Ni 的平均值分別為土壤背景值的65.2、45.4、6.3、4.2、2.7、1.3、1.0 和1.0 倍，說明該地區(qū)除As、Cr和Ni以外，其他重金屬元素均存在明顯的污染與富集趨勢(shì)。其中，Cd、Zn、Cu、Pb 和Hg 的超標(biāo)率分別為100%、84.4%、45.3%、32.8% 和28.1%，這與劉翠華等[13]研究表明該冶煉廠周邊農(nóng)田土壤已受到嚴(yán)重的Cd 污染，常沙等[14]研究表明該冶煉廠周邊農(nóng)田土壤主要受Cd、Hg、Zn 和Cu 的污染結(jié)果一致。另 外 ，Hg、Cd、Pb、Cu 和Zn 的 變 異 系 數(shù) 分 別 為177.0%、62.6%、59.4%、57.3% 和56.8%，說明5種重金屬在土壤中的離散程度大，受人為干擾較大。冶煉廠生產(chǎn)活動(dòng)是該研究區(qū)的主要人為活動(dòng)，推測(cè)該地區(qū)重金屬污染主要受冶煉廠生產(chǎn)活動(dòng)的影響。

土壤樣品Cd含量范圍為0～20 mg·kg-1，Pb含量范圍為22.5～160.8 mg·kg-1，有3份土壤樣品的Pb含量過高，其均距離冶煉廠較近。

2.2 冶煉廠周邊農(nóng)田土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

在研究了重金屬含量特征的基礎(chǔ)上，本研究進(jìn)一步對(duì)含量超標(biāo)的重金屬進(jìn)行污染評(píng)價(jià)。具體以《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）中的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值為臨界值，采用單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)冶煉廠周邊農(nóng)田土壤重金屬污染狀況，相關(guān)結(jié)果見表2。

Cd 的單項(xiàng)污染指數(shù)平均值（Pi）為4.9，為重度污染水平，這與劉翠華等[13]研究表明冶煉廠北部15 km范圍內(nèi)土壤Cd為重度污染水平結(jié)果一致；Hg和Zn的單項(xiàng)污染指數(shù)平均值分別為2.4和1.3，為中度污染和輕度污染水平，其他5 種元素的污染指數(shù)均低于1.0，為安全或警戒水平。從土壤樣品在各級(jí)污染程度的分布可知，Cd、Hg 和Zn 重度污染率分別為58.9%、21.9% 和2.7%，Cu 輕度污染率為6.8%；Pb、As、Cr 和Ni屬清潔或警戒水平。綜合污染指數(shù)平均值（P綜）為3.6，表明土壤整體為重度污染水平。常沙等[14]的研究表明該研究區(qū)土壤為中度污染水平，對(duì)比當(dāng)前結(jié)果說明該研究區(qū)土壤近兩年仍不斷受到重金屬污染。劉翠華和常沙等[13-14]的研究采用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995），本研究采用《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）。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)比較，Hg 的風(fēng)險(xiǎn)篩選值從0.3 mg·kg-1修訂為1.8 mg·kg-1，Ni的風(fēng)險(xiǎn)篩選值從40 mg·kg-1修訂為70 mg·kg-1，Pb的風(fēng)險(xiǎn)篩選值從250 mg·kg-1修訂為90 mg·kg-1，Cd、As、Cu、Cr 和Zn 的風(fēng)險(xiǎn)篩選值沒有變化，分別為0.3、40，50，150 mg·kg-1和200 mg·kg-1。比較可知，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Cd 限量值未變化，證明該地區(qū)Cd長(zhǎng)期處于重度污染水平。

2.3 冶煉廠周邊農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量特征

花生籽粒重金屬含量（單位干質(zhì)量）特征分別見表3 和圖2a?；ㄉ鷺悠稢d 含量范圍為1.381～2.138 mg·kg-1，Pb 含量范圍為1.723～8.724 mg·kg-1，Cd、Pb含量較高的樣品均分布在冶煉廠附近。花生Cd、Pb平均含量超過《食品中污染物限量》（GB 2762—2017）限量值，其超標(biāo)率均為100%?；ㄉ鶳b、As、Cu 和Cr的變異系數(shù)范圍為25.9%～47.0%，屬于中等變異（20%＜CV＜50%）[22]，說明可能受到冶煉廠生產(chǎn)活動(dòng)的干擾[23]。

表1 冶煉廠周邊農(nóng)田土壤重金屬污染特征Table 1 Characteristics of heavy metal pollution in farmland around smelter

玉米籽粒重金屬含量（單位干質(zhì)量）特征分別見表4 和圖2b。玉米樣品Cd 含量范圍為0.003～0.204 mg·kg-1，Pb 含量范圍為0.002～7.250 mg·kg-1，只有2個(gè)樣品的Pb 含量很高，且2 個(gè)樣品均分布在冶煉廠附近。玉米Pb 平均含量超過GB 2762—2017 限量值，Cd、Pb 超標(biāo)率分別為69.2% 和46.2%。玉米Cd、Pb、Cr、Ni、Hg 的變異系數(shù)均大于50%，屬于強(qiáng)度變異（CV＞50%）；As 和Cu 的變異系數(shù)分別為38.1% 和21.9%，屬于中等變異[22]，說明玉米籽粒的重金屬含量差異比較大，可能受到冶煉廠生產(chǎn)活動(dòng)的干擾[23]。

蔬菜重金屬含量（單位濕質(zhì)量）特征分別見表5和圖2c。蔬菜樣品Cd 含量范圍為0.015～0.636 mg·kg-1，Pb 含量范圍為0.009～0.320 mg·kg-1，3 個(gè)樣品的Cd 含量和2 個(gè)樣品的Pb 含量過高，這5 個(gè)樣品均距離冶煉廠較近。以GB 2762—2017 限量值為標(biāo)準(zhǔn)，蔬菜Cd、Pb超標(biāo)率分別為15.6% 和13.1%，其中，小白菜超標(biāo)率分別為30.3% 和19.1%，大白菜和蘿卜均未超標(biāo)，說明小白菜富集Cd、Pb 的能力大于大白菜和蘿卜。這與貴州銅仁汞礦區(qū)小白菜Cd、Pb 污染程度大于大白菜和蘿卜的研究結(jié)論一致[24]。我們前期研究發(fā)現(xiàn)，蘿卜比大白菜更容易超標(biāo)，原因之一是蘿卜是根莖類作物，直接從土壤中吸收重金屬[15]?；ㄉ吞}卜的果實(shí)都在地下，而花生Cd、Pb 超標(biāo)更嚴(yán)重，原因是花生等豆科植物的蛋白中含有的巰基是絡(luò)合Cd的主要結(jié)構(gòu)[18]。

由超標(biāo)率結(jié)果可知，花生、玉米和小白菜污染較為嚴(yán)重，建議減少種植花生、玉米和小白菜，適量增加大白菜和蘿卜的種植。

表2 單項(xiàng)污染指數(shù)（Pi）和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)（P 綜）對(duì)冶煉廠土壤（0～20 cm）重金屬污染狀況的評(píng)價(jià)Table 2 Pollution status of soil（0～20 cm）heavy metals around a smelter in the north assessed by the pollution index methods

表3 花生籽粒重金屬含量特征（n=14）Table 3 Characteristics of heavy metal contents in peanut seeds（n=14）

表4 玉米籽粒重金屬含量特征（n=31）Table 4 Characteristics of heavy metal contents in corn kernels（n=31）

圖2 花生、玉米和蔬菜樣品Cd、Pb含量特征Figure 2 Characteristics of Cd and Pb contents in peanut，corn and vegetables

表5 蔬菜重金屬含量特征（n=28）Table 5 Characteristics of heavy metal contents of vegetables（n=28）

2.4 冶煉廠周邊土壤農(nóng)產(chǎn)品Cd、Pb來源分析

根據(jù)超標(biāo)率分析，花生和玉米的Cd、Pb超標(biāo)率較高。因此，我們進(jìn)一步通過原位取樣分析和盆栽模擬試驗(yàn)相結(jié)合的方式來探究和驗(yàn)證花生和玉米中Cd、Pb的來源及其遷移路徑。

2.4.1 土壤Cd、Pb含量水平分布特征

土壤Cd、Pb 含量水平分布特征見圖3。重金屬含量高的土壤集中在冶煉廠附近，隨離冶煉廠距離的增加，土壤Cd、Pb 含量均呈降低趨勢(shì)。相應(yīng)地，超標(biāo)尤其是含量異常高的農(nóng)產(chǎn)品也主要采自距離冶煉廠較近的地塊，1～15 km 的農(nóng)田土壤及種植的農(nóng)產(chǎn)品均受到Cd、Pb污染。

圖3 土壤Cd、Pb含量水平分布示意圖Figure 3 Horizontal distributions of Cd and Pb in soil

2.4.2 Cd、Pb在花生及玉米中的富集系數(shù)與轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)籽粒富集系數(shù)常用來反映植物籽粒對(duì)土壤重金屬富集能力的大小，通常用植物籽粒某種重金屬含量與土壤中同種重金屬含量的比值表示[25]。土壤中的重金屬被植物根系富集[26]，通過主動(dòng)吸收或被動(dòng)吸收進(jìn)入細(xì)胞，進(jìn)而通過蒸騰作用向地上運(yùn)輸，是農(nóng)產(chǎn)品中重金屬的主要來源。籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)常用來反映植物籽粒對(duì)莖葉重金屬元素轉(zhuǎn)運(yùn)能力的大小，通常用植物籽粒某種重金屬含量與莖葉中同種重金屬含量的比值表示[25]。

本研究利用富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)探究不同農(nóng)產(chǎn)品在土壤和大氣中富集Cd、Pb 的能力。農(nóng)產(chǎn)品籽粒Cd、Pb 富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)見表6。花生籽粒Cd 的富集系數(shù)顯著大于Pb（P＜0.05），表明花生籽粒富集土壤Cd的能力高于Pb；玉米籽粒Pb的富集系數(shù)顯著小于Cd（P＜0.05），表明玉米籽粒富集土壤Pb 的能力低于Cd?；ㄉ蚜d 的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)顯著小于Pb（P＜0.05），表明Pb 比Cd 更容易由莖葉向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)；玉米籽粒Cd 的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)顯著小于Pb（P＜0.05），表明Pb 比Cd更容易由莖葉向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)。

表6 不同農(nóng)產(chǎn)品籽粒富集系數(shù)與轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)Table 6 The seed BCF and TF of different agricultural products

2.4.3 農(nóng)產(chǎn)品不同器官Cd、Pb分布特征

室內(nèi)盆栽試驗(yàn)（土壤添加Cd 1.5 mg·kg-1）中，花生各器官Cd 含量為根＞葉＞莖＞殼＞籽粒（圖4），說明土壤中的Cd 通過根系轉(zhuǎn)運(yùn)至莖、葉、殼和籽粒；冶煉廠周邊實(shí)際大田（土壤和大氣中均存在Cd）中，花生各器官Cd 含量為葉＞莖＞根＞殼＞籽粒，葉和莖的含量高于根，說明葉和莖中的Cd不僅來自根部，也從大氣等途徑吸收，且對(duì)籽粒Cd有一定貢獻(xiàn)[8]。實(shí)際大田采集的花生樣品中，距冶煉廠1 km 的4 個(gè)樣品Cd 含量平均值為1.8 mg·kg-1，距冶煉廠10～15 km 的5 個(gè)樣品Cd 含量平均值為1.6 mg·kg-1，隨距冶煉廠距離的增加，花生中Cd含量略有降低，但無顯著差異。表明花生籽粒對(duì)土壤Cd 具有很強(qiáng)的富集能力[27]，推測(cè)土壤是花生籽粒Cd的主要來源。

圖4 實(shí)際大田和盆栽試驗(yàn)花生各器官Cd含量特征Figure 4 Characteristics of Cd content in various organs of peanut in the actual field and pot experiment

比較盆栽試驗(yàn)（土壤不添加Pb、條件模擬試驗(yàn)（葉面噴施Pb濃度為10 mg·L-1）以及實(shí)際大田玉米各器官Pb 含量，分析玉米籽粒Pb 的污染來源。圖5 表明，盆栽試驗(yàn)中，玉米各器官Pb 含量為根＞莖＞葉＞籽粒，說明土壤中的Pb通過根系轉(zhuǎn)運(yùn)到達(dá)莖和葉，進(jìn)而到達(dá)籽粒；條件模擬試驗(yàn)中，玉米各器官Pb 含量為葉＞根＞莖＞籽粒，說明葉面噴施的Pb 直接被葉片吸收，且主要積累在葉片，部分轉(zhuǎn)移至莖、根和籽粒；盆栽試驗(yàn)和條件模擬試驗(yàn)中，不同添加濃度時(shí)，Pb 在玉米各器官的分布規(guī)律基本一致。實(shí)際大田中，玉米各器官Pb 的含量為葉＞籽粒＞莖＞根，玉米葉中Pb 含量顯著高于其他器官，與葉面噴施Pb的試驗(yàn)結(jié)果相同，說明實(shí)際大田玉米主要經(jīng)過葉片吸收大氣中的Pb。盆栽試驗(yàn)籽粒Pb 含量遠(yuǎn)小于根，而實(shí)際大田籽粒Pb含量顯著高于根（P＜0.05），并且土壤Pb 污染程度較低時(shí)，玉米Pb 超標(biāo)率仍為46.2%，推測(cè)大氣Pb 是玉米籽粒Pb的主要來源。

圖5 實(shí)際大田、盆栽試驗(yàn)和葉面噴施試驗(yàn)玉米各器官Pb含量特征Figure 5 Characteristics of Pb content in different organs of corn in the actual field，pot experiment and page spray experiment

2.5 農(nóng)產(chǎn)品人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可以通過國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)考量，但更需要進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品對(duì)人體健康的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，因此已引起越來越多學(xué)者的關(guān)注。研究的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括暴露風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（HQv）、健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（HRI）、發(fā)病率（MS）、富集因子（EF）和吸收因子（UF）等[28-32]。參考相關(guān)文獻(xiàn)[33-34]，本文采用暴露風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（HQv）評(píng)估進(jìn)入農(nóng)產(chǎn)品的Cd、Pb 對(duì)人體健康產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)[35]。其計(jì)算公式為：

式中：HQV為重金屬暴露風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；CDIV為通過蔬菜進(jìn)入人體的重金屬平均日攝入量；RfD 為重金屬在某種暴露途徑下的日參考劑量，參照美國(guó)環(huán)保局（USEPA）的取值，Cd、Pb 分別為1、3.5 μg·kg-1·d-1；FIR為食品攝入率，蔬菜依據(jù)《中國(guó)居民膳食指南（2016）》取300～500 g，花生取50 g[36]；Cf為蔬菜可食部分重金屬含量；BW 為人體平均體質(zhì)量，取60 kg。若HQV＜1，表明對(duì)人體不存在健康風(fēng)險(xiǎn)；HQV≥1，表明對(duì)人體存在健康風(fēng)險(xiǎn)；HQV越大，對(duì)人體產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)越大。

不同農(nóng)產(chǎn)品的Cd、Pb暴露風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)見表7?；ㄉ鶦d暴露風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為1.4，說明通過花生攝入的Cd會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一定程度的健康風(fēng)險(xiǎn)；玉米、小白菜、大白菜和蘿卜Cd暴露風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均小于1，說明通過4種農(nóng)產(chǎn)品攝入的Cd對(duì)人體基本沒有產(chǎn)生健康風(fēng)險(xiǎn)。

花生和玉米Pb 暴露風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別為1.1 和4.7，說明通過食入玉米和花生攝入的Pb會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一定程度的健康風(fēng)險(xiǎn)；小白菜、大白菜和蘿卜Pb暴露風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均小于1，說明通過3 種農(nóng)產(chǎn)品攝入的Pb 對(duì)人體基本沒有產(chǎn)生健康風(fēng)險(xiǎn)。

研究區(qū)玉米Cd 超標(biāo)率為69.2%，小白菜Pb 超標(biāo)率為19.1%，說明研究區(qū)部分玉米和小白菜受到污染；而玉米Cd、小白菜Pb 暴露風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均小于1，說明通過玉米攝入的Cd 和小白菜攝入的Pb 基本不會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。利用暴露風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)估重金屬對(duì)人體產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)，其準(zhǔn)確性主要與重金屬的日參考劑量、食品攝入率等參數(shù)的取值以及有關(guān)人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定有關(guān)。為了提高評(píng)估的準(zhǔn)確性，可以利用大數(shù)據(jù)優(yōu)化、相關(guān)參數(shù)篩選及細(xì)化和完善標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系來實(shí)現(xiàn)。

表7 Cd、Pb日攝入量和暴露風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RfD=1）Table 7 The daily intake and exposure risk index of Cd and Pb（RfD=1）

3 結(jié)論

（1）冶煉廠周邊研究區(qū)域農(nóng)田土壤Hg、Cd、Zn、Pb和Cu 呈明顯的污染與富集趨勢(shì)，整體呈重度污染水平。花生、玉米和蔬菜均受到Cd、Pb 的污染，建議減少花生、玉米和小白菜種植，適當(dāng)增加種植大白菜和蘿卜。

（2）綜合分析土壤Cd、Pb 含量水平分布特征，農(nóng)產(chǎn)品Cd、Pb 污染特征，富集系數(shù)與轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，農(nóng)產(chǎn)品不同器官Cd、Pb 分布特征，推測(cè)冶煉廠周邊花生籽粒Cd 主要來自土壤，大氣沉降是玉米籽粒Pb 的主要來源。

（3）根據(jù)暴露風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)農(nóng)產(chǎn)品安全，通過花生攝入的Cd、Pb，小白菜攝入的Cd 和玉米攝入的Pb會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一定程度的健康風(fēng)險(xiǎn)。