黃河、渭河和洛河交匯區(qū)蓮藕重金屬含量的原子吸收法測(cè)定與污染分析

李吉鋒

（渭南師范學(xué)院化學(xué)與材料學(xué)院，陜西省河流濕地生態(tài)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 渭南 714099）

黃河發(fā)源于青藏高原，經(jīng)過(guò)河套平原后由內(nèi)蒙一路向南，在汾渭盆地與關(guān)中平原的渭河、洛河交匯，在潼關(guān)北側(cè)又轉(zhuǎn)身一路向東，黃河、渭河和洛河的交匯區(qū)域（簡(jiǎn)稱三河交匯區(qū)）。這一區(qū)域三條河流水流平緩，形成了多處濕地。近年來(lái)，工農(nóng)業(yè)污水和生活污水的排放導(dǎo)致河流污染，尤其是重金屬污染日益加劇，黃河、渭河和洛河也難以幸免。環(huán)境化學(xué)討論的重金屬主要是指汞、鎘、鉻、鉛以及類金屬砷等生物毒性顯著的元素。這些重金屬進(jìn)入生物鏈后通過(guò)累積和放大作用會(huì)在人體內(nèi)某些器官中累積，導(dǎo)致人類慢性中毒，如汞導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)毒性，鎘影響骨骼。環(huán)境中重金屬的危害越來(lái)越受到環(huán)境科研工作者的關(guān)注[1-5]。

蓮藕是蓮花的根莖，具有藥食同源作用，常作為蔬菜南北方廣泛種植。黃渭洛三河交匯區(qū)域因水體豐富，蓮藕種植較多，是陜西蓮藕主產(chǎn)區(qū)、周邊城市的主要藕源。蓮藕易受生長(zhǎng)環(huán)境中重金屬影響，國(guó)內(nèi)外已分析了一些區(qū)域蓮藕重金屬污染情況[6-11]。

本研究在三河交匯區(qū)蓮藕種植區(qū)進(jìn)行調(diào)查取樣，測(cè)定蓮藕中鉛、鎘、鉻、銅、錳、鋅6 種重金屬元素的含量，采用綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)了蓮藕重金屬污染現(xiàn)狀，采用危害系數(shù)HQ 和危害指數(shù)HI 評(píng)價(jià)蓮藕的食用安全性，為三河交匯區(qū)蓮藕產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展和食品健康提供數(shù)據(jù)依據(jù)和合理化建議。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

黃、渭、洛三河交匯區(qū)域：北到陜西合陽(yáng)縣，南到陜西潼關(guān)縣，東到黃河，西到陜西渭南市臨渭區(qū)。三條河流在此區(qū)域交匯范圍內(nèi)，水體較為充沛，適宜蓮藕種植。分別在合陽(yáng)縣洽川鎮(zhèn)、大荔縣趙渡鎮(zhèn)、大荔縣同州湖、臨渭區(qū)渭河灘濕地采集新鮮蓮藕，帶回實(shí)驗(yàn)室處理后及時(shí)測(cè)定重金屬元素含量。

1.2 樣品的消解

新鮮蓮藕于85℃烘干后磨碎，過(guò)100 目篩，用四分法分開(kāi)后取一份，準(zhǔn)確稱取1.0000 g 于小燒杯中，用HNO3-HClO4濕法消化，至溶液澄清無(wú)色或者接近無(wú)色，冷卻后用二次蒸餾去離子水定容到容量瓶中。相同條件下制作空白溶液一份[12]。

1.3 測(cè)定

1.3.1 儀器及測(cè)定條件

鉛、鎘、鉻、銅、錳和鋅用原子吸收光譜法測(cè)定：WFX-120A 原子吸收分光光度計(jì)（北京瑞利），鉛、鎘、鉻、銅、錳和鋅6 種元素空心陰極燈。儀器測(cè)定條件見(jiàn)表1。

表1 原子吸收測(cè)定條件Tab.1 The conditions of Atomic absorption analysis

1.3.2 樣品測(cè)定

用原子吸收光譜法分別測(cè)定6 種元素標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度，繪制濃度吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到回歸方程和相關(guān)性系數(shù)。測(cè)定各樣品溶液中的6 種元素的吸光度，利用回歸方程計(jì)算各樣品溶液中6 種元素含量。

1.3.3 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

選取臨渭區(qū)蓮藕樣品，加入一定量各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照1.2 方法消解，按照1.3.2 方法測(cè)定吸光度，計(jì)算樣品溶液中各元素的加標(biāo)回收率。各元素回收率均在92%～106%之間。

1.3.4 精密度實(shí)驗(yàn)

取臨渭區(qū)蓮藕樣品消化后溶液5 份，分別測(cè)定各元素吸光度值，計(jì)算測(cè)定方法的精密度，RSD 均小于2.6%。

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬含量

表2 為采集區(qū)蓮藕樣品中鉛、鎘、鉻、銅、錳和鋅6 種重金屬元素含量，表3 為國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品安全食用標(biāo)準(zhǔn)，其中對(duì)于錳元素限量未做規(guī)定。

表2 三河交匯區(qū)蓮藕重金屬含量（mg/kg，三份樣品平均值）Tab.2 The content of heavy metals in lotus roots in the three river communicateplain area（mg/kg,average of three samples）

表3 國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品安全食用標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 National Food Safety Standard for Agricultural Products

將表2 樣品中各元素測(cè)定結(jié)果與表3 對(duì)比，發(fā)現(xiàn)樣品中鉛、鉻含量均超標(biāo)10 倍以上，大荔趙渡和臨渭區(qū)渭河灘蓮藕鎘超標(biāo)數(shù)倍，所有蓮藕樣品中銅、鋅含量均未超標(biāo)，因國(guó)標(biāo)未對(duì)錳元素含量標(biāo)準(zhǔn)做出規(guī)定，本文未做對(duì)比。所采集蓮藕已經(jīng)受到鉛、鉻嚴(yán)重污染，部分樣品明顯受到鎘污染。

2.2 蓮藕重金屬污染評(píng)價(jià)

采用綜合污染指數(shù)法[2]（內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)）評(píng)價(jià)了所采集的蓮藕樣品中重金屬污染等級(jí)，國(guó)家未對(duì)食品中錳限量做出規(guī)定，在此不進(jìn)行討論。

單因子污染指數(shù)公式：

綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)公式：

式中，Pi為第i 種污染物的污染指數(shù)，Ci為第i種污染物的實(shí)測(cè)值，Si為第i 種污染物的國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)；P綜為綜合污染指數(shù)，Pimax 為最大單項(xiàng)污染指數(shù)，為平均單項(xiàng)污染指數(shù)。根據(jù)P綜大小，將重金屬污染分成5 個(gè)等級(jí)（表4）。

表4 重金屬綜合污染指數(shù)等級(jí)Tab.4 Comprehensive pollution index grades of heavy metals

由表5 可知，蓮藕樣品的重金屬綜合污染指數(shù)主要來(lái)源于鉛、鉻兩種元素的貢獻(xiàn)值，是污染的主因，銅、鋅未對(duì)蓮藕樣品形成重金屬污染。

表5 三河交匯區(qū)蓮藕重金屬單因子污染指數(shù)PiTab.5 Single-factor pollution index Pi of lotus root heavy metals in the three river communicate plain area

三河交匯區(qū)蓮藕重金屬綜合污染指數(shù)判斷（表6），研究區(qū)域中所采集蓮藕樣品均處于重金屬重度污染，大荔趙渡黃河濕地采集的蓮藕樣品受到重金屬污染最為嚴(yán)重。

表6 三河交匯區(qū)蓮藕重金屬綜合污染指數(shù)P綜Tab.6 Comprehensive pollution index P綜of lotus roots in the three river communicate plain area

2.3 食用安全性評(píng)價(jià)

本文采用危害系數(shù)HQ 和危害指數(shù)HI 評(píng)價(jià)蓮藕的食用安全性[7]。

EDIi：成年人每千克體質(zhì)量日攝入體內(nèi)第i 種重金屬的量（mg·kg-1·d-1）；X：成年人日蓮藕食用量（kg·d-1），西北地區(qū)按照0.15495 kg·d-1計(jì)算；Ci：蓮藕重金屬測(cè)定值；AW：成年人平均體質(zhì)量（設(shè)為65 kg）。

HQi：第i 種重金屬的危害系數(shù)；RfDi：第i 種重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)參考劑量（mg·kg-1·d-1）。HQi≤1，表明該重金屬不會(huì)造成人體健康風(fēng)險(xiǎn)；HQi＞1，表明該重金屬會(huì)造成人體健康風(fēng)險(xiǎn)，不安全；HQi值越大表明該重金屬對(duì)人體健康風(fēng)險(xiǎn)越大，也就越不安全。

HI 為重金屬危害指數(shù)，其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與危害系數(shù)HQ 相同。

由表7 可知，所采集蓮藕樣品中鉛、鉻的HQ 均遠(yuǎn)大于1，渭南臨渭區(qū)渭河灘蓮藕鎘的HQ 大于1，食用健康風(fēng)險(xiǎn)很大；銅、鋅的HQ 于1。表8 中各采集樣品的HI 均遠(yuǎn)大于1，說(shuō)明蓮藕食用健康風(fēng)險(xiǎn)很大，主要原因是鉛、鉻污染大，對(duì)HI 貢獻(xiàn)大所致，大荔縣同州湖蓮藕食用健康風(fēng)險(xiǎn)最大。

表7 各蓮藕樣品不同重金屬HQTab.7 HQ values of different heavy metals in various lotus root samples

表8 各蓮藕樣品重金屬HITab.8 Heavy metal HI value of each lotus root sample

3 討論

在三河匯區(qū)域所采集的蓮藕樣品中鉛、鉻含量均超標(biāo)10 倍以上，大荔趙渡和臨渭區(qū)渭河灘蓮藕鎘超標(biāo)，采集樣品銅、鋅含量均未超標(biāo)。某些重金屬在蓮藕體內(nèi)富集并超過(guò)一定濃度后不僅會(huì)影響蓮藕枝葉和根莖的正常生長(zhǎng)，影響蓮藕產(chǎn)量，還會(huì)影響蓮藕的品質(zhì)[13]，因而該區(qū)域蓮藕重金屬含量超標(biāo)問(wèn)題需要引起注意。

近些年來(lái)，食品污染，尤其是農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染受到越來(lái)越多關(guān)注。本文中單因子污染指數(shù)分析結(jié)果表明：蓮藕樣品處于鉛、鉻、鎘（臨渭區(qū)渭河灘、大荔趙渡）重度污染，未受到銅、鋅污染。綜合污染指數(shù)分析結(jié)果表明，所有蓮藕樣品均處于重度污染，鉛、鉻為主要原因。用危害系數(shù)HQ 和危害指數(shù)HI 分析后發(fā)現(xiàn)，蓮藕食用健康風(fēng)險(xiǎn)很大，不適合食用，鉛、鉻為污染主要原因。這一研究結(jié)果需要引起重視。

一些研究工作者對(duì)蓮藕污染的原因也做了分析。羅滿等[7]研究發(fā)現(xiàn)：洞庭湖區(qū)的蓮藕重金屬污染嚴(yán)重，以鎘、鉛超標(biāo)明顯，單項(xiàng)污染指數(shù)分別為5.70和8.35。羅滿等認(rèn)為蓮藕種植區(qū)域的水土重金屬污染和藕池破碎化是蓮藕中重金屬超標(biāo)的兩個(gè)主要原因。王婧文等[6]對(duì)東洞庭湖蓮藕種植區(qū)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，蓮藕鎘、鉛含量分別達(dá)到3.43 mg·kg-1和6.84 mg·kg-1，均超標(biāo)。蓮藕重金屬含量的高低與土壤重金屬含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.01），即土壤重金屬污染是蓮藕重金屬含量過(guò)高的直接原因。綜合眾多研究發(fā)現(xiàn)，水體和底泥中重金屬的累積是蓮藕重金屬污染主要來(lái)源，水體和底泥中的一些重金屬元素，經(jīng)過(guò)生物鏈逐級(jí)傳遞，最終會(huì)影響食物鏈最頂端的人類健康。在已有報(bào)道中，發(fā)現(xiàn)黃河洽川濕地土壤及沉積物已經(jīng)明顯存在鎘等重金屬的污染[14]，黃河、渭河和洛河三河交匯區(qū)域所采集魚類樣品中鎘、鉻含量明顯超標(biāo)[12]。

4 結(jié)論

根據(jù)以上分析，黃渭洛三河匯區(qū)域蓮藕已經(jīng)受到重金屬污染并形成食用健康風(fēng)險(xiǎn)。本文雖然沒(méi)有對(duì)蓮藕重金屬污染成因作深入分析，但根據(jù)前期研究，土壤和水體重金屬污染[14]是蓮藕污染的主要原因。建議地方政府開(kāi)展該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，特別是重金屬污染生態(tài)修復(fù)，以降低土壤以及水體重金屬污染物含量。對(duì)于受重金屬污染明顯的蓮藕種植區(qū)域，需合理調(diào)整蓮藕種植面積。