鉛鋅礦區(qū)魔芋重金屬污染及健康風險評估

王艷嬌

（貴州省分析測試研究院，貴陽 550016）

魔芋在中國有著悠久的種植、食用及藥用歷史，中國已成為全世界魔芋種植面積最大的國家，魔芋產業(yè)已成為中國西部最具成長潛力與競爭優(yōu)勢的地方特色資源產業(yè)［1］。然而隨著礦產資源開發(fā)利用強度日益增強，越來越多的重金屬污染物被排放到環(huán)境中。重金屬污染物通過土壤遷移轉換到魔芋中，通過食物鏈進入人體，對人們的健康產生潛在危害，且這種污染具有隱蔽性、長期性、不可逆性等特點［2，3］。研究表明，魔芋及其相關產品在農業(yè)、食品、醫(yī)藥衛(wèi)生及工業(yè)等領域有著廣泛的用途和發(fā)展前景［4，5］。有關魔芋的研究越來越多，主要集中于魔芋的栽培技術、病蟲害防治、藥用保健價值方面［4，6］，不同地區(qū)魔芋受重金屬污染影響的研究較少［7］。

本研究試驗田是典型的歷史悠久、工藝落后的土法冶煉鉛鋅礦區(qū)，在生產過程中產生大量含重金屬的廢渣排放于自然環(huán)境中，對周邊土壤環(huán)境造成了嚴重的污染和破壞。為探究污染區(qū)域土壤和魔芋存在的潛在安全風險，本研究采用綜合污染指數評價和健康風險評價模型，研究污染區(qū)域魔芋的污染狀況以及可能會給居民造成的健康風險，研究結果有助于全面了解鉛鋅冶煉礦區(qū)魔芋重金屬的污染程度及可能存在的風險，為魔芋重金屬評價及質量風險管控提供理論基礎和科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

研究樣品采自某典型鉛鋅冶煉區(qū)試驗田，樣品采集時間為2021 年11 月魔芋收獲季節(jié)。在試驗田內隨機采集4 個點位，每個點位2 株魔芋的可食部分，裝袋，作為1 個樣品，采樣量約為500 g；在每個采集魔芋的點位同步采集根部土壤2 個樣品。共采集魔芋樣品4 個、同步采集土壤樣品8 個，即共采集土壤和魔芋樣品12 個。土壤樣品經風干、磨細過100 目篩后裝袋備用。魔芋的可食部分用自來水沖洗后，再用去離子水洗凈，風干表面殘留去離子水后切成小塊，以粉碎勻漿機打成糊狀備用。

1.2 樣品分析方法

土壤樣品中重金屬采用HNO3-HCl-HF 微波消解后測定；魔芋中重金屬采用HNO3-H2O2微波消解后測定。土壤和魔芋樣品待測液中，汞采用原子熒光分光光度計（北京海光儀器有限公司）測定，其余重金屬含量均使用美國安捷倫Agilent7800 電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）（安捷倫科技有限公司）測定。分析過程所用試劑均為優(yōu)級純，試驗用水均為去離子水，所有器皿均在20%硝酸溶液中浸泡24 h 以上。分析過程中采用空白樣、平行雙樣、國家標準樣品進行質量保證和質量控制，且回收率在90%～110%。

1.3 土壤和魔芋重金屬評價方法

1.3.1 土壤和魔芋重金屬污染評價 土壤和魔芋重金屬污染采用單項污染指數法和內梅羅綜合污染指數法開展評價［3，8-10］。單項污染指數計算方法公式如下。

式中，Pi為污染物i的單項污染指數；Ci為污染物i的實測濃度，mg/kg；Si為污染物i在土壤和塊根和塊莖類蔬菜限值，mg/kg。當Pi＜1 時，表示土壤或魔芋未受污染；Pi＞1 時，表示土壤或魔芋受到污染，且Pi值越大，受到的污染越重。

內梅羅綜合污染指數法，計算公式如下。

式中，PN為土壤或魔芋中重金屬的綜合污染指數；Pi均為重金屬單項污染指數的平均值；Pi最大為重金屬最大單項污染指數。當PN≤0.7 時，為安全等級；當0.7＜PN≤1 時，為警戒限；當1＜PN≤2 時，為輕度污染；當2＜PN≤3 時，為中度污染；當PN＞3時，為重度污染。

1.3.2 魔芋攝入的健康風險評價 采用US EPA（美國國家環(huán)境保護局）推薦的目標危險系數法（Target hazard quotient，THQ）模型評價魔芋中攝入重金屬的健康風險。其中，THQ是以污染物暴露劑量與參考劑量的比值來表征非致癌風險水平，如果比值超過安全基準值1.0，說明該污染物對人體具有潛在健康風險。THQ的計算公式如下［11］。

式中，THQ為目標危險系數；EF為暴露頻率（成人和青少年兒童均為365 d/年）；ED為暴露年限（成人和青少年兒童均為70 年）［11］；根據文獻［11］確定研究區(qū)成人魔芋的日攝取率FIR為0.45 kg/d，青少年兒童的FIR為0.23 kg/d；RfD為重金屬暴露參考劑量［Cu=4.00×10-2mg/（kg·d）、Zn=3.00×10-1mg/（kg·d）、Pb=3.50×10-3mg/（kg·d）、Cd=1.00×10-3mg/（kg·d）、As=3.00×10-4mg/（kg·d）、Ni=2.00×10-2mg/（kg·d）、Cr=3.00×10-3mg/（kg·d）、Hg=1.6×10-4mg/（kg·d）］［11-13］；BW為受體體重（成人取60 kg，青少年兒童取32 kg）；AT為平均暴露時間（ED×365）。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 和SPSSAU 軟件統(tǒng)計處理數據。

2 結果與分析

2.1 土壤和魔芋中重金屬含量及污染狀況

試驗田土壤和魔芋中重金屬含量及污染情況統(tǒng)計結果見表1。對照《土壤環(huán)境質量農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB15618—2018）［14］風險篩選值、《食品安全國家標準食品中污染物限量》（GB 2762—2017）［15］、《食品中銅限量衛(wèi)生標準》（GB 15199—1994）［16］、《食品中鋅限量衛(wèi)生標準》（GB 13106—1991）［17］等限值判定各重金屬污染狀況。研究區(qū)土壤pH 平均值為5.95，處于偏酸性水平，土壤受到Pb、Cd、Zn 嚴重污染（單項污染指數分別為19.4、16.6、12.1），除此外，受到銅和砷不同程度的污染（單項污染指數＞1）。魔芋中重金屬單項污染指數呈Cd＞Zn＞Pb＞Cr ＞Cu＞As ＞Ni ＞Hg 的特征，魔芋除受到Cd 的嚴重污染外，還受到Pb、Zn 和Cr 的污染（單項污染指數＞1）。內梅羅綜合污染指數評價結果表明，研究區(qū)試驗土壤和魔芋樣品已受到重金屬的重度污染。

2.2 土壤和魔芋中重金屬含量的相關性分析

研究區(qū)試驗田土壤與魔芋食用部分重金屬含量間相關性利用SPSSAU 軟件計算分析，計算結果見表2。魔芋與土壤中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg、As 8種重金屬之間P值均大于0.05，相關性不顯著。有研究表明［18］，不同種類的重金屬，由于其物理化學行為和生物有效性的差異，在土壤-農作物系統(tǒng)中的遷移轉化規(guī)律明顯不同。為今后更準確地開展土壤重金屬污染評價，應對土壤重金屬不同賦存形態(tài)進行分析，研究重金屬不同形態(tài)對生物吸收的貢獻程度，進而確定生物有效性大小和生物有效性評價。

2.3 經魔芋攝入的重金屬污染健康風險評價

土壤中重金屬可通過魔芋根系吸收進入魔芋植株內，并積累在魔芋不同部位和組織中，如果魔芋可食用部分積累大量重金屬，通過食物鏈傳遞將對人體健康造成嚴重影響。本研究根據公式（3）及相應評價參數，分別計算廢棄礦區(qū)成人和青少年兒童通過食用魔芋攝入重金屬的目標危險系數（THQ），計算結果見表3。對于成人和青少年兒童來說，單個重金屬Zn、Ni、Hg 風險指數（THQ）均小于1，健康風險不高；成人和青少年兒童Cd、Pb、As、Cr、Cu 的THQ在1～10 會造成潛在的健康風險，產生負面影響的可能性較大，食用研究區(qū)域魔芋對成人和青少年兒童健康存在慢性毒性效應。需要對重金屬污染土壤采取適當的防治措施，以減少重金屬通過土壤-魔芋系統(tǒng)經由攝入途徑對人體健康造成的影響。

表3 食用魔芋的重金屬攝入量及健康風險

3 結論

試驗田土壤和魔芋均為重金屬重度污染，土壤以Cd、Zn、Pb 污染最為突出，魔芋以Cd 較為嚴重。土壤重金屬含量與魔芋食用部分重金屬含量間相關性不顯著。食用該污染區(qū)域魔芋，Cd、Pb、As、Cr、Cu 5 種元素對人體健康風險明顯，對成人和青少年兒童身體健康存在慢性毒性效應。在農業(yè)生產中需要及時監(jiān)測、防止土壤重金屬污染物質的進入，對污染土壤進行適宜修復，合理劃分耕作區(qū)，確保耕作土壤環(huán)境質量安全。