川東地區(qū)谷類重金屬污染狀況及健康風(fēng)險評價

陳春壇,李亞闌,唐 麗,周鈺瀟,潘聲旺,孫晉睿,3

(1.四川文理學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院,四川 達州 635000；2.成都大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院,四川 成都 610106；3.攀枝花市西區(qū)環(huán)境監(jiān)測站,四川 攀枝花 617000)

0 引 言

土壤污染狀況直接關(guān)系到農(nóng)產(chǎn)品的安全，隨著人民生活水平的提高，人們開始關(guān)注農(nóng)產(chǎn)品中重金屬對人體健康的影響，尤其是毒害作用較大的汞(Hg)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)和砷(As)[1-3].四川盆地作為西南農(nóng)產(chǎn)品的重要生產(chǎn)基地，已有文獻對盆地內(nèi)主要農(nóng)產(chǎn)品重金屬的含量情況進行研究，但多以成都平原的典型平原區(qū)域為主，而針對四川盆地非平原區(qū)農(nóng)作物重金屬污染狀況分析的研究鮮有報道[4-5].為了解四川盆地非平原區(qū)域主要谷類的重金屬污染狀況，本研究對盆地東部某縣2018年采集到的稻谷、小麥及玉米等典型食用谷類中重金屬Cd、Hg、As、Pb與Cr進行檢測，分析其污染狀況，評價其對人體健康的風(fēng)險，擬為相關(guān)監(jiān)管部門提供參考.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

研究區(qū)域為四川盆地東部某縣，位于北緯30°92′～32°20′，東經(jīng)103°29′～108°23′范圍內(nèi)，平均海拔880～1 050 m，屬于四川盆地東部平行嶺谷區(qū)、盆中丘陵區(qū)及盆周低山區(qū)連接地，屬中亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候類型，年平均氣溫18.6 ℃，夏半年光熱水充沛，冬半年多陰雨寡照，年降水量1 086.2 mm，土壤主要為稻谷土和紫色土，主要農(nóng)作物類型有稻谷、玉米、小麥及蔬菜等.

1.2 采樣與檢測

結(jié)合該地區(qū)谷物種植區(qū)域布局，本研究對區(qū)域內(nèi)13個典型區(qū)域按HJ/T166—2004《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[6]設(shè)置218個采樣點，對當?shù)?種主要谷物進行采集.其中，沿河流稻谷主產(chǎn)區(qū)7個典型區(qū)域，每個區(qū)域按系統(tǒng)隨機法布設(shè)稻谷、小麥、玉米采樣點9個、3個、3個；丘陵混合種植區(qū)4個典型區(qū)域，每個區(qū)域按地形分布特點分塊隨機各布設(shè)采樣點5個；山區(qū)坡地2個典型區(qū)域，每個區(qū)域按地形分布特點設(shè)置稻谷、小麥、玉米采樣點分別為3個、8個、8個.樣品的采集為谷物成熟后直接在田間按梅花形采集5～7個樣品后組成1份混合樣，全年采集稻谷、玉米、小麥混合樣各94份、62份、62份，共計218份.

樣品中重金屬的分析測定方法為：Hg采用GB5009.17-2014《食品中總汞及有機汞的測定》中原子熒光光譜分析法測定；Pb采用GB5009.12-2017《食品中鉛的測定》中石墨爐原子吸收光譜法測定；Cd采用GB5009.15-2014《食品中鎘的測定》中石墨爐原子吸收光譜法測定；Cr采用GB5009.123-2014《食品中鉻的測定》中石墨爐原子吸收光譜法測定；As采用GB5009.11-2014《食品中總砷及無機砷的測定》中氫化物發(fā)生原子熒光光譜法.

1.3 評價標準及方法

以GB2762-2017《食品中污染物限量》為評價依據(jù)，選取Cd、Hg、As、Pb及Cr為評價指標，各評價指標的限制見表1.

表1 食品中污染物限量

1.4 評價方法

1.4.1 污染狀況評價方法

谷類中重金屬污染狀態(tài)擬采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法進行評價[1,7]，目前，這兩種方法已經(jīng)在蔬菜與稻谷等農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染評價方面得到廣泛應(yīng)用[7-8].

1)單因子污染指數(shù)法.單因子污染指數(shù)法，是指某種重金屬污染物的實測值與該重金屬的評價標準的比值，用得出的比值對土壤環(huán)境的污染程度進行評判分級，可確定土壤的污染程度.

單因子污染指數(shù)法計算方法如下，

(1)

式中，Pi為某重金屬元素的單因子污染指數(shù)；Ci為樣品中某重金屬元素含量的平均值；Si為食品中污染物限量.不同的單因子污染指數(shù)對應(yīng)的土壤污染程度分級見表2.

表2 土壤單項污染程度分級標準

2)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法.由于單因子指數(shù)只能反映各個重金屬元素對土壤的污染程度，不能全面地反映土壤的污染狀況，而內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)兼顧了單因子污染指數(shù)平均值和最高值，全面反映各污染物的作用，突出高濃度重金屬對蔬菜及谷物品質(zhì)的影響.實際運用中，常根據(jù)評估需求，將二者結(jié)合使用，相互補充.

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)計算方法如下，

(2)

式中，P綜為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；max(Pi)為多種重金屬單因子中的最大值；Pi為某種重金屬的單因子指數(shù)；n為重金屬種類數(shù).內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)高低對應(yīng)的土壤污染程度分級見表3.

表3 土壤綜合污染程度分級標準

1.4.2 健康風(fēng)險評估

本研究擬采用目標危害系數(shù)(THQ)法[9-10]對3種谷類中重金屬含量對人體健康風(fēng)險進行評估.THQ法可同時評價單項重金屬和多種重金屬復(fù)合暴露的健康風(fēng)險.該方法是基于污染物吸收劑量等于攝入劑量，以人體攝入污染物劑量與其參考劑量的比值作為評價標準.THQ值越大表明該污染物對人體健康風(fēng)險越嚴重.

1)單項重金屬元素健康風(fēng)險評價為，

(3)

式中，THQ為單項重金屬元素的目標危害系數(shù),其余各參數(shù)名稱和取值見表4.

表4 谷物健康風(fēng)險分析參數(shù)取值

計算結(jié)果中，THQ≤1表示該重金屬對暴露人群沒有明顯的健康風(fēng)險，THQ>1表示該重金屬對暴露人群人體健康存在風(fēng)險，值越高風(fēng)險越大.

2)多種重金屬元素復(fù)合健康風(fēng)險評價為，

(4)

式中，TTHQ為多種重金屬元素的復(fù)合目標危害系數(shù).

計算結(jié)果中，TTHQ≤1.0表示不會威脅人體健康，TTHQ>1.0表示可能受到重金屬的危害，TTHQ>10.0表示可能已經(jīng)存在慢性毒性效應(yīng)[3].

2 結(jié)果與分析

2.1 谷類中重金屬含量

本研究對采集的稻谷、玉米及小麥進行重金屬檢測，并統(tǒng)計其檢出率和超標率(見表5).其中可被檢測出的樣品中重金屬含量范圍為：Cd，0.004 0～0.270 0 mg/kg；Hg，0.001 6～0.026 0 mg/kg；As，0.005 0～0.211 0 mg/kg；Pb，0.007 6～0.140 0 mg/kg；Cr，0.021 0～0.367 0 mg/kg.不同谷類樣品中重金屬含量見表6.

表5 樣品檢出率和超標率/%

表6 3種谷類重金屬含量范圍

由表6可知，3種谷類的重金屬含量高低為Cr>Cd>As>Pb>Hg.其中，Cd、As及Pb在稻谷中含量高于其余兩種谷類作物，Cr在小麥中含量高于稻谷和玉米，Hg在小麥中含量最低.稻谷和小麥中分別有3個和2個樣品的Cd含量超過GB2762-2017《食品中污染物限量》中規(guī)定的0.2 mg/kg(稻谷類)、0.1 mg/kg(除稻谷外的其他谷類)標準要求，稻谷和玉米中各有2個樣品中的Hg超過GB2762-2017《食品中污染物限量》中規(guī)定的0.02 mg/kg要求.As、Pb及Cr在3種谷類中的含量均滿足GB2762-2017《食品中污染物限量》中相應(yīng)要求.經(jīng)對樣品采集地來源追蹤分析，重金屬超標樣品均來自礦山開采區(qū)附近的耕地，說明礦山開采對土壤和農(nóng)作物中重金屬的積累有一定影響.

2.2 重金屬污染狀況評價

稻谷、玉米及小麥中重金屬的單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)及其評價結(jié)果見表7.

表7 3種谷類污染狀況表

從表7可以看出，3種谷類中重金屬的單因子污染指數(shù)均小于1，說明該研究區(qū)域3種谷類中Cd、Hg、As、Pb及Cr整體污染水平為清潔狀態(tài)，其中污染指數(shù)最高的重金屬元素為Cd，尤其是在小麥中的單因子指數(shù)最高.因此,應(yīng)關(guān)注Cd在3種谷類中的污染狀況.對3種谷類中的綜合污染指數(shù)進行分析，小麥的綜合污染指數(shù)為0.643 2，小于0.7，處于清潔的安全狀態(tài)，但應(yīng)警惕其朝警戒狀態(tài)發(fā)展；由于稻谷和玉米中單份樣品的Cd和Hg濃度較高使兩種谷物的綜合污染指數(shù)均大于0.7，處于尚清潔的警戒線范圍內(nèi)，應(yīng)對該兩種谷類中Cd和Hg特別警惕，尤其是對在礦山附近區(qū)域種植的稻谷和玉米建議采用小麥或其他作物替代.

2.3 健康風(fēng)險評價

本研究利用THQ法對3種谷類中5種重金屬對成人和兒童的健康風(fēng)險影響進行評價，分別計算THQ值和TTHQ值，結(jié)果見表8.

表8 3種谷類中重金屬對人體健康影響表

根據(jù)表8，從單項重金屬健康風(fēng)險影響分析，每種重金屬對成人和兒童的THQ值均小于1，其對人體健康風(fēng)險處于沒有明顯影響狀態(tài)，但稻谷和小麥中Cd和Cr的THQ值均有大于0.5，相對其他污染重金屬處于較高值，雖暫時不會引起人體健康風(fēng)險，但應(yīng)警惕隨著環(huán)境的變化其THQ值的升高.

從5種重金屬的TTHQ值來分析，稻谷和玉米的TTHQ值均小于1，其中玉米最低，兩種谷物處于不會威脅人體健康狀態(tài).小麥對成人和兒童的TTHQ值均大于1，但比例未超過10%，其整體風(fēng)險性不高，處于剛好可能受到重金屬危害的邊緣狀態(tài).雖然調(diào)查區(qū)域的小麥中多種重金屬疊加在一起可能對成人和兒童的健康存在一定風(fēng)險，但經(jīng)調(diào)查，該地區(qū)主要以稻谷為主食，因此小麥的重金屬復(fù)合危害對該地區(qū)人體健康的影響極小.為更好改善該地區(qū)谷物的重金屬危害風(fēng)險性，應(yīng)警惕該區(qū)域類多種重金屬在農(nóng)作物中的復(fù)合污染引起的人體健康問題，同時，應(yīng)加強對土壤、耕作、灌溉、施肥及農(nóng)藥等可能造成重金屬復(fù)合污染的措施管理.

3 結(jié) 論

本研究通過對四川盆地東部某區(qū)域的稻谷、玉米及小麥的代表性種植區(qū)域樣品的采集，并進行了重金屬含量分析，分析結(jié)果顯示：3種谷類的重金屬含量高低順序為Cr>Cd>As>Pb>Hg，其中Cd、As及Pb在稻谷中含量高于小麥和玉米，Cr在小麥中含量高于稻谷和玉米，Hg在小麥中含量最低.對稻谷、玉米及小麥3種谷類中5種重金屬進行單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價，結(jié)果顯示：3種谷類中單項重金屬的單因子污染指數(shù)均小于1，表明該研究區(qū)域3種谷類中的Cr、Cd、As、Pb及Hg整體污染水平為清潔狀態(tài)；綜合污染指數(shù)中小麥為3種谷類中最低，且小于0.7為安全狀態(tài)；稻谷和玉米的綜合污染指數(shù)均大于0.7，處于可能輕微污染狀態(tài).對稻谷、玉米及小麥3種谷類中重金屬的健康風(fēng)險評價顯示：所有單項重金屬的THQ值均小于1，對人體健康風(fēng)險沒有明顯的影響；總健康風(fēng)險中稻谷和玉米的成人和兒童TTHQ值均未超過1，處于不會威脅人體健康狀態(tài)；小麥的成人和兒童TTHQ值均大于1，處于可能受到危險的邊緣狀態(tài)，建議加強相應(yīng)措施管理.