雷州半島土壤-農(nóng)作物汞元素含量特征與健康風(fēng)險(xiǎn)分析

陳碧珊，鄭康慧，王璟，葉林海，宋軍霞

嶺南師范學(xué)院地理科學(xué)學(xué)院，廣東 湛江 524048

汞即水銀，常溫常壓下呈液態(tài)，且在常溫下即可蒸發(fā)，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，汞蒸氣和汞鹽（硫化汞除外）都有劇毒。汞被廣泛使用，且有著悠久的使用歷史，普遍應(yīng)用于化學(xué)藥物、電子產(chǎn)品、溫度計(jì)、日光燈、合金材料等，在生產(chǎn)生活中具有重要地位（張燕萍等，2004）。汞是唯一一種能在生態(tài)系統(tǒng)中完整循環(huán)的重金屬元素。隨著工農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，汞污染愈發(fā)嚴(yán)重。汞污染具有持久性、易遷移性和高度生物累積性等特點(diǎn)，是當(dāng)今全球性環(huán)境危機(jī)之一，引起了人們的高度關(guān)注（Zhang et al.，2018）。

國(guó)外學(xué)者較早開(kāi)始探索汞污染問(wèn)題，已經(jīng)對(duì)土壤和農(nóng)作物中的汞元素含量及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，采礦等工業(yè)活動(dòng)會(huì)造成汞污染，帶來(lái)嚴(yán)重的潛在生態(tài)危害和人體健康危害。人類食用汞超標(biāo)的蔬菜存在較大的健康風(fēng)險(xiǎn)，職業(yè)性暴露或者低水平的長(zhǎng)期暴露會(huì)導(dǎo)致人體血液和頭發(fā)中的汞含量顯著增高（Biester et al.，2002a；Jerzy et al.，2015；Jessie et al.，2020）。Biester et al.（2002b）計(jì)算了三家氯堿廠附近土壤中的汞的沉積量及空間分布格局，發(fā)現(xiàn)沉積速率最高的是高架或森林面積較大的地點(diǎn)。Takashi et al.（2020）研究了手工和金礦開(kāi)采活動(dòng)釋放的汞對(duì)環(huán)境的影響，結(jié)果表明，汞主要集中在土壤表層或次表層，森林土壤中汞的首要來(lái)源是大氣沉積。在中國(guó)，人們對(duì)土壤及農(nóng)作物中汞元素的分布、污染程度和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等開(kāi)展了大量研究（張倩，2018；袁知洋等，2019；鐘嶷等，2019）。喻子恒等（2017）分析了金汞礦周邊土壤中砷、鎘、鉻、汞和鉛的含量與分布規(guī)律，并進(jìn)行污染評(píng)價(jià)，研究結(jié)果表明村落區(qū)與礦渣區(qū)是汞含量最高的區(qū)域，研究區(qū)中92.86%的稻田土壤受到重度污染，導(dǎo)致糙米中的砷和汞超標(biāo)。金汞礦開(kāi)采和冶煉過(guò)程中釋放的砷和汞隨水體遷移是稻田土壤污染的主要途徑。聶超甲等（2019）認(rèn)為，造成土壤汞含量差異的內(nèi)在因素是母質(zhì)類型的不同，洪水沖積物所形成的土壤汞的含量最高。

作為中國(guó)三大半島之一的雷州半島，地處20°13′—21°57′N，109°40′—110°58′E 之間。東瀕南海，西臨北部灣，北依嶺南丘陵，南隔瓊州海峽與海南島相望。雷州半島地勢(shì)平緩，西北高、東南低；地表水較少，河川短小，呈放射狀流入大海，地下水資源較豐富。土壤類型有赤紅壤、磚紅壤、炭質(zhì)黑泥田、沙泥田、赤土田等，其成土母質(zhì)在每個(gè)區(qū)部各有不同，北部主要是變質(zhì)巖、花崗巖和砂頁(yè)巖，中部和南部主要為古淺海沉積物和玄武巖等（張爭(zhēng)勝，2018）。雷州半島屬熱帶氣候，年均溫22.5 ℃，年均降水量1417—1804 mm，夏秋季多臺(tái)風(fēng)，年平均登陸臺(tái)風(fēng)約4個(gè)（符靖茹等，2020）。

雷州半島是中國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)作物的高產(chǎn)區(qū)，常用耕地面積4.692×105hm2，主要的作物類型為蔬菜、水果和水稻，是中國(guó)重要的農(nóng)作物基地（孫誠(chéng)志，2010）。根據(jù)廣東省及其各地級(jí)市統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì)資料，2020年，雷州半島農(nóng)業(yè)產(chǎn)值為538.02億元，位居廣東省第二位；其糧食產(chǎn)量為1.4747×106t，約占全省總量的11.6%；蔬菜產(chǎn)量為4.163×106t，約占全省總量的11.2%；水果產(chǎn)量為2.9804×106t，約占全省總量的17%。雷州半島以其優(yōu)越的地理位置和良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，在廣東省乃至全國(guó)的農(nóng)業(yè)中占有重要的戰(zhàn)略地位。

近年來(lái)，隨著寶鋼、中國(guó)石油化工集團(tuán)、晨鳴紙業(yè)等大型工業(yè)企業(yè)的入駐，湛江市的工業(yè)得到了迅速發(fā)展。這些企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中排放的“三廢”會(huì)污染湛江市的生態(tài)環(huán)境，“三廢”中的重金屬元素經(jīng)過(guò)擴(kuò)散、淋溶和下滲等方式對(duì)土壤和農(nóng)作物等造成污染（劉品禎，2018）。土壤是農(nóng)業(yè)發(fā)展和糧食安全的基礎(chǔ)，土壤中金屬元素超標(biāo)不僅會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量下降，還會(huì)通過(guò)食物鏈對(duì)人體健康產(chǎn)生威脅。然而，關(guān)于雷州半島農(nóng)業(yè)土壤與農(nóng)作物汞含量、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和人體健康風(fēng)險(xiǎn)的研究較少。本文旨在了解雷州半島地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤和農(nóng)作物中汞元素的分布情況，分析其對(duì)生態(tài)和人體健康的風(fēng)險(xiǎn)，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物的科學(xué)合理種植、土壤污染防治、土壤改良和農(nóng)業(yè)生態(tài)建設(shè)開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

雷州半島地處廣東省西南部，位于 20°13′—21°57′N，109°40′—110°58′E，介于南海和北部灣之間（圖 1a）。農(nóng)業(yè)土壤類型主要有水稻田、蔬菜地和果園地土壤。本研究在農(nóng)業(yè)土壤典型區(qū)域進(jìn)行布點(diǎn)采集表層土壤和農(nóng)作物樣品，共采集土壤樣品128份，其中包括水稻田土壤35份，蔬菜地土壤38份和果園地土壤55份（見(jiàn)圖1b）；農(nóng)作物樣品65份，其中包括稻谷30份，蔬菜21份和水果14份（見(jiàn)圖1c）。具體采樣方法是：采用梅花型布點(diǎn)法，用 PVC管、塑料膠錘和塑料小鏟等非金屬采樣器具采集表土，采集深度為 0—20 cm，采樣時(shí)使用GPS準(zhǔn)確定位，并對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，然后將土壤樣品裝袋并做好標(biāo)記帶回實(shí)驗(yàn)室。農(nóng)作物樣品與土壤樣品同步采集，將農(nóng)作物的可食用部分放入塑料自封袋中，做好標(biāo)記后帶回實(shí)驗(yàn)室。

圖1 研究區(qū)位置及采樣點(diǎn)分布圖Figure 1 Location of study area and distribution of sampling points

1.2 樣品處理

土壤和農(nóng)作物樣品采集后帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自然風(fēng)干、研磨、過(guò)篩等預(yù)處理，然后送往澳實(shí)分析檢測(cè)（廣州）有限公司澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土壤和農(nóng)作物汞元素含量檢測(cè)，其中土壤檢出限為 0.004 mg·kg-1，農(nóng)作物檢出限為 0.001 mg·kg-1，所測(cè)樣品汞元素的含量均超出檢出限。土壤測(cè)試方法是：稱取土壤樣品放入石墨爐中，加入王水，等待完全消解，溶液冷卻后，用去離子水在容量瓶中測(cè)量體積，搖勻后采用電感耦合等離子體發(fā)射質(zhì)譜儀（型號(hào)為Agilent 7900，產(chǎn)地為美國(guó)）和電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（型號(hào)為Agilent VISTA，產(chǎn)地為美國(guó)）進(jìn)行分析。農(nóng)作物測(cè)試方法是：用稀硝酸緩慢冷消解制備好的水稻、蔬菜和水果樣品，然后將其置于石墨爐中加熱，溶液冷卻后，用鹽酸測(cè)定體積，采用等離子體發(fā)射光譜和質(zhì)譜儀，在校正元素間的光譜干擾后，最終分析結(jié)果為可萃取量。由于食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2017）對(duì)新鮮蔬菜的總汞含量做出了限量標(biāo)準(zhǔn)，本研究通過(guò)把檢測(cè)結(jié)果與每一種新鮮蔬菜的平均含水量進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，得到新鮮蔬菜的汞含量。為了保證數(shù)據(jù)的精密度，取22個(gè)土壤及作物樣品進(jìn)行平行測(cè)試，土壤樣品標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為GLG908-4、OREAS-45d、MRGeo08、OREAS-45e和GBM908-10；作物樣品標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為NIST 1515、NIST 1575a、VEG-2和VEG-6，同時(shí)測(cè)定空白樣。

1.3 研究方法

1.3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法

運(yùn)用Excel 2016對(duì)雷州半島不同類型農(nóng)業(yè)土壤及農(nóng)作物汞含量含量數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的統(tǒng)計(jì)分析，主要包括標(biāo)準(zhǔn)值、平均值、中間值、偏度系數(shù)、峰度系數(shù)和變異系數(shù)；通過(guò)SPSS 24采用Shapiro-Wilk法檢驗(yàn)正態(tài)分布，采用單因素方差分析（ANOVA)檢驗(yàn)不同土地利用條件下土壤和作物中汞含量含量的顯著性；采用ArcGIS 10.4系列軟件中的地理統(tǒng)計(jì)分析模塊，通過(guò)普通克里金插值法繪制土壤汞元素含量的空間分布圖。

1.3.2 農(nóng)作物汞元素富集系數(shù)特征分析方法

農(nóng)作物中的汞含量不僅與土壤汞污染程度有直接關(guān)系，還與農(nóng)作物對(duì)汞元素的選擇性吸收和富集能力相關(guān)。因此，富集系數(shù)常被用來(lái)表示農(nóng)作物對(duì)污染元素的富集特征，它是指農(nóng)作物可食用部分污染物含量與土壤中污染物含量的比值。這種作物的富集能力也體現(xiàn)在食物鏈中，隨著營(yíng)養(yǎng)級(jí)的提高而增加，最終危害人類健康。計(jì)算公式如下：

式中：

BCF——富集系數(shù)；

Ccrop——農(nóng)作物可食用部分汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

Csoil——該農(nóng)作物相應(yīng)土壤的汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3.3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析方法

Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法（Hakanson，1980）是土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的先進(jìn)方法之一，它考慮了毒性水平、污染濃度和環(huán)境對(duì)重金屬污染敏感性等因素，應(yīng)用廣泛。計(jì)算公式如下：

式中：

E——汞的潛在生態(tài)危害系數(shù)；

T——汞的毒性系數(shù)（Ti=40）；

C——土壤中汞實(shí)測(cè)值；

C0——汞的參比值，選擇湛江土壤汞含量背景值，為 0.030 μg·g-1（許煉烽等，1996）。潛在生態(tài)危害程度分為5級(jí)：E＜40，輕微；40≤E＜80，中等；80≤E＜160，強(qiáng)；160≤E＜320，很強(qiáng)；E≥320，極強(qiáng)。

1.3.4 人體健康風(fēng)險(xiǎn)分析方法

（1）土壤汞健康風(fēng)險(xiǎn)分析模型

人類主要通過(guò)3種途徑暴露于土壤重金屬：經(jīng)口攝取（Vadd-ing）、呼吸吸入（Vadd-inh）和皮膚接觸（Vadd-der）。3種暴露量均通過(guò)日均劑量（Vadd）來(lái)估算，計(jì)算公式如下（Us Epa，1996；Xiao et al.，2015）：

根據(jù)美國(guó)環(huán)保署綜合風(fēng)險(xiǎn)信息系統(tǒng)和國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)的分類系統(tǒng)，汞為化學(xué)非致癌物，汞對(duì)人體的危害可以用非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)衡量，計(jì)算公式為：

其中：

HI——汞非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；

i——重金屬汞；

HQi——汞的單項(xiàng)健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；

Vadi-ij——汞第j種暴露途徑的日均暴露量；

Vrfd-ij——汞第j種暴露途徑的參考劑量，經(jīng)口攝取、呼吸吸入和皮膚接觸Vrfd分別為3.00×10-4、8.57×10-5、2.10×10-5[mg·(kg·d)-1]（System U.E.O.N.I.R.I.，1988）。當(dāng)HQ或HI＜1時(shí)，汞的非致癌風(fēng)險(xiǎn)在可接受范圍內(nèi)；當(dāng)HQ或HI＞1時(shí)，表示存在非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)，數(shù)值越大，風(fēng)險(xiǎn)越大（李如忠等，2013）。具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型暴露參數(shù)Table 1 Exposure parameters of health risk assessment model

（2）農(nóng)作物汞健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

采用日均攝入量（DI）來(lái)衡量研究區(qū)居民稻米、蔬菜和水果中汞的日攝入量（劉品禎，2018），計(jì)算公式如下, 具體參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 農(nóng)作物汞健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型參數(shù)Table 2 Parameters of health risk assessment model for mercury in crops

式中：

RIR——居民日常攝入大米量；

Crice——攝入大米的平均汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

VIR——居民日常攝入新鮮蔬菜量；

Cveg——攝入新鮮蔬菜的平均汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

FIR——居民日常攝入水果量；

Cfruit——攝入水果的平均汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 農(nóng)業(yè)土壤汞元素含量及其分布特征

2.1.1 不同類型農(nóng)業(yè)土壤的汞元素含量特征

對(duì)128份農(nóng)業(yè)表層土壤樣品進(jìn)行檢測(cè)，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表所示。雷州半島土壤平均汞元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.121 mg·kg-1，幅度范圍是 0.022—0.947 mg·kg-1，所有樣品汞含量均低于國(guó)家《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。有98.4%的土壤樣品汞元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)了背景值，即大于 0.030 mg·kg-1，其中，全部水稻田土壤樣品均超過(guò)了雷州半島汞元素背景值，果園地土壤樣品次之，為98.2%，蔬菜地土壤樣品最少，為97.4%。全部土壤樣品的汞含量平均值約是雷州半島土壤汞含量背景值的4倍；蔬菜地土壤樣品汞含量平均值約是背景值的5.4倍；水稻田土壤樣品的汞含量平均值約是背景值的4.7倍；果園地土壤樣品的汞含量平均值約是背景值的2.8倍。由此可知，雷州半島不同類型的農(nóng)業(yè)土壤的汞元素均有不同程度的累積效應(yīng)，已有外源汞元素進(jìn)入雷州半島的部分農(nóng)業(yè)土壤中。雖未達(dá)到農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，但汞元素對(duì)環(huán)境的危害是不容忽視的。有研究表明，汞是化肥和農(nóng)藥的重要成分，具有易遷移和易揮發(fā)的特性（柴磊等，2020）。在本研究區(qū)中，蔬菜地、水稻田土壤汞含量平均值遠(yuǎn)高于背景值，很可能與種植農(nóng)作物過(guò)程中大量施用化肥和農(nóng)藥有關(guān)。

國(guó)內(nèi)部分地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤汞含量如表所示。與表中所示地區(qū)相比，雷州半島汞元素含量較高，僅次于成都平原西部與開(kāi)封市，農(nóng)業(yè)土壤受汞污染較嚴(yán)重，需引起重視。根據(jù)對(duì)采樣點(diǎn)及其周圍環(huán)境的觀察，主要原因如下：農(nóng)民過(guò)量使用殺蟲(chóng)劑、除草劑等化肥農(nóng)藥；靠近公路，受到汽車尾氣等交通運(yùn)輸?shù)奈廴?；靠近臭水溝，受到污水影響?/p>

2.1.2 不同類型農(nóng)業(yè)土壤汞元素含量空間分布特征

全部土壤樣品的變異系數(shù)為 0.967，水稻田土壤樣品的變異系數(shù)為 1.121，蔬菜地土壤樣品的變異系數(shù)為0.814（見(jiàn)表），具有強(qiáng)變異性，表明雷州半島農(nóng)業(yè)土壤中汞元素的空間分布極不均勻，土壤中汞的來(lái)源和分布在很大程度上受到了人類活動(dòng)的影響，土壤中汞污染源可能存在多樣性。果園地土壤樣品的變異系數(shù)為 0.518，數(shù)值雖低于水稻田和蔬菜地，但仍屬于強(qiáng)變異性，汞元素的空間分布依然是不均勻的。有研究發(fā)現(xiàn)，汞元素超標(biāo)與汽車尾氣排放有一定關(guān)系（代杰瑞等，2018），密集的交通干道對(duì)汞含量有較大影響（張愛(ài)國(guó)等，2020）。因此，雷州半島分布不均的交通干道可能對(duì)汞元素的空間分布產(chǎn)生一定影響。

通過(guò)采用ArcGIS 10.4軟件的地理統(tǒng)計(jì)分析，得到雷州半島農(nóng)業(yè)土壤汞元素含量和pH值的空間分布特征，結(jié)果如圖 2所示。從汞元素含量空間分布圖（圖 2a）可知，在雷州半島南部與西部各有一個(gè)高值區(qū)，在北部的廉江市出現(xiàn)低值區(qū)，整體上是西南多，東北少。雷州半島農(nóng)業(yè)土壤pH值的分布如圖2b所示，整體上南部低，北部高。由此可知，農(nóng)業(yè)土壤的汞含量與 pH值的高低有一定的相關(guān)性，即pH值越低，農(nóng)業(yè)土壤汞含量越高。有研究表明，土壤pH值控制著土壤中粘粒表面電荷的可變性、鐵錳氧化物與汞的專性吸附，以及腐殖質(zhì)與汞的絡(luò)合或螯合作用，從而影響土壤對(duì)汞的吸附（竇韋強(qiáng)等，2019；荊延德等，2010），當(dāng)pH值較大時(shí)，有利于鐵錳結(jié)合態(tài)汞的形成（李宇慶等，2004）。

圖2 雷州半島農(nóng)業(yè)土壤汞元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)（a）及其pH值（b）分布圖Figure 2 Mercury mass fraction (a) and pH (b) distribution of agricultural soil in Leizhou Peninsula

不同類型農(nóng)業(yè)土壤中汞元素含量的空間分布如圖3所示，可以看出雷州半島農(nóng)業(yè)表層土壤汞元素的空間分布存在顯著差異。水稻田土壤汞元素含量空間分布特征為中西部與東北部高，南部與北部低（圖 3a），這主要是由于處于南部的徐聞縣種植水稻較少，缺少數(shù)據(jù)所致。蔬菜地土壤汞元素含量由南向北遞減（圖 3b）。果園地土壤汞含量南部與北部高，西部較低（圖3c）。由于采集點(diǎn)布置不均，且樣品數(shù)量不足，所以農(nóng)業(yè)土壤汞元素含量的空間分布存在一定的誤差。

圖3 雷州半島不同類型農(nóng)業(yè)土壤汞元素含量分布圖Figure 3 Distribution of mercury in different types of agricultural soils in Leizhou Peninsula

2.1.3 雷州半島農(nóng)業(yè)土壤汞元素生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析

采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法來(lái)分析雷州半島農(nóng)業(yè)土壤汞元素的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果如表3所示。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（Ei）的范圍是 29.333—1262.667，出現(xiàn)強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的采樣點(diǎn)占43.75%，比重較大，整體農(nóng)業(yè)土壤汞元素生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高；蔬菜地的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最高，平均Ei值為214.140，且出現(xiàn)很強(qiáng)與極強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的采樣點(diǎn)占比都為23.68%；其次是水稻田，平均Ei值為186.286，出現(xiàn)強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的采樣點(diǎn)占比為51.43%，且很強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的采樣點(diǎn)為25.71%；最后是果園地，平均Ei值為 110.352，但強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的采樣點(diǎn)占比為50.91%。因此，雷州半島農(nóng)業(yè)土壤汞元素的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高，需及時(shí)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行修復(fù)。

表3 雷州半島農(nóng)業(yè)表土汞元素含量特征Table 3 Characteristics of mercury content in agricultural topsoil of Leizhou Peninsula

表3 雷州半島農(nóng)業(yè)土壤汞的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Table 5 Potential ecological risk index of mercury in agricultural soils of Leizhou Peninsula

表4 雷州半島與其他地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤中汞元素含量的對(duì)比Table 4 Comparison of mercury content in agricultural soil between Leizhou Peninsula and other areas

2.2 雷州半島農(nóng)作物汞元素含量及富集系數(shù)特征

2.2.1 不同類型農(nóng)作物汞元素含量特征

雷州半島 65份作物樣品的累積汞元素含量特征如表7所示。全部農(nóng)作物樣品的平均汞元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.015 mg·kg-1，變幅為 0.001—0.172 mg·kg-1。蔬菜的平均汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為0.033 mg·kg-1，變幅為0.002—0.172 mg·kg-1；其次是水果，平均汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.010 mg·kg-1，變幅為 0.002—0.062 mg·kg-1；稻谷的平均汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，為 0.005 mg·kg-1，變幅為 0.001—0.014 mg·kg-1。根據(jù)《GB 2762—2017食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》的規(guī)定，稻谷的總汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.02 mg·kg-1，新鮮蔬菜的總汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.01 mg·kg-1，該標(biāo)準(zhǔn)并未對(duì)水果的總汞含量做出規(guī)定，所以本研究主要分析水稻和蔬菜作物的汞元素含量。本研究采集的30份稻谷樣品的汞含量均低于國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)。66.7%的蔬菜樣品汞含量大于國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)，其中 15份葉菜類蔬菜樣品中有 12份樣品汞含量超標(biāo)，油麥菜的汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)更是高達(dá)0.172 mg·kg-1；3份瓜果類蔬菜樣品中有1份樣品的汞含量超標(biāo)，是國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)的1.7倍；2份根莖類蔬菜樣品中有1份樣品的汞含量超標(biāo)，是國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)的1.2倍；豆類只采集到了1份樣品（四季豆），其汞含量并未超標(biāo)。有研究表明，當(dāng)土壤中的汞含量逐漸增加到一定濃度時(shí)，汞會(huì)主要累積在水稻根部，且難以向稻谷轉(zhuǎn)移（陳晨等，2021）。除了土壤中含有汞元素，大氣和灌溉用水中也可能含有汞元素（Ao et al.，2017；Obrist et al.，2017），葉菜類蔬菜由于具有更大的葉片量，所以面積較大的葉片暴露在空氣中更易富集汞元素（楊劍洲等，2021）。因此，在本研究中，雖然蔬菜地土壤汞含量與水稻田土壤汞含量相差不大，但稻谷中的汞含量遠(yuǎn)低于蔬菜中的汞含量，應(yīng)盡量避免在土壤汞含量較高地區(qū)種植葉菜類蔬菜。

全部農(nóng)作物汞含量的變異系數(shù)為 1.933，水果的為1.6，蔬菜的為1.364，均屬于強(qiáng)變異，稻谷的汞含量變異系數(shù)為0.6，屬于中等變異，這表明不同類型的農(nóng)作物汞含量隨采集地點(diǎn)的不同而存在顯著的差異性，并伴有不同程度的累積。

2.2.2 不同類型農(nóng)作物汞元素富集系數(shù)特征

張澤錦等（2016）、史明易等（2020）學(xué)者研究認(rèn)為，重金屬在植物新陳代謝旺盛的器官中積蓄量最大，而在營(yíng)養(yǎng)貯存器官中的積蓄量最少，各部位分布順序?yàn)椋焊救~＞枝＞花＞果實(shí)＞種子。雷州半島主要農(nóng)作物樣品可食用部分汞元素富集系數(shù)如表 7所示，可以看出不同種類農(nóng)作物對(duì)汞元素的富集存在差異，其中，水果中的菠蘿平均富集系數(shù)最大，富集能力最強(qiáng)；其次是葉菜類蔬菜；番石榴的富集能力最弱。

表7 雷州半島不同農(nóng)作物汞元素富集系數(shù)特征Table 7 Characteristics of mercury bioconcentration factors of different crops in Leizhou Peninsula

2.3 雷州半島農(nóng)業(yè)土壤-作物汞元素的健康風(fēng)險(xiǎn)分析

2.3.1 農(nóng)業(yè)土壤汞元素對(duì)人體健康的風(fēng)險(xiǎn)分析

在不同暴露途徑下，不同類型農(nóng)業(yè)土壤汞污染對(duì)人體造成的危害程度如表8所示。在水稻田土壤、蔬菜地土壤和果園地土壤中，3種暴露途徑的危害商數(shù)均小于1，均處于安全范圍內(nèi)。在3種暴露途徑中，經(jīng)口攝入和皮膚接觸攝入HQ遠(yuǎn)高于經(jīng)呼吸吸入 HQ，蔬菜地土壤的值比水稻田和果園地土壤的高，說(shuō)明人體暴露于蔬菜地中受到的風(fēng)險(xiǎn)更高。在相同的暴露途徑中，農(nóng)業(yè)土壤汞污染對(duì)兒童產(chǎn)生的危害商數(shù)普遍高于成人，即兒童受到的健康風(fēng)險(xiǎn)更高，這與宋綿等（2022）研究結(jié)果一致。

表8 雷州半島不同暴露途徑下日暴露量危害參數(shù)Table 8 Hazard quotient of daily exposure under different exposure routes in Leizhou Peninsula

雷州半島表層農(nóng)業(yè)土壤汞通過(guò)3種暴露途徑對(duì)人體產(chǎn)生的危害商HQ之和為非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)HI。由圖4可知，不同類型土壤的汞對(duì)兒童和成人造成的非致癌風(fēng)險(xiǎn)均存在差異。蔬菜地土壤汞的非致癌風(fēng)險(xiǎn)最高，其次是水稻田土壤和果園地土壤。由縱坐標(biāo)的數(shù)值可知，兒童非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)明顯高于成人。其原因可能為兒童較成人體重更輕，或者相對(duì)于成人來(lái)說(shuō)，兒童更易經(jīng)手和口攝入重金屬（王娟恒等，2021）。

圖4 不同類型農(nóng)業(yè)土壤汞非致癌風(fēng)險(xiǎn)HI值Figure 4 HI value of non carcinogenic risk of mercury in different types of agricultural soils

表6 雷州半島農(nóng)作物汞元素含量累積特征Table 6 Accumulation characteristics of mercury in crops in Leizhou Peninsula

2.3.2 農(nóng)作物汞元素對(duì)人體健康的風(fēng)險(xiǎn)分析

通過(guò)計(jì)算得到了不同人群食用大米、蔬菜和水果而獲得的日均汞攝入量，如表9所示，在這3種作物中，各群體通過(guò)食用蔬菜而攝入的汞最多，因此，蔬菜汞元素對(duì)人體造成的健康風(fēng)險(xiǎn)最高。男性和女性攝入汞的量隨著年齡的增長(zhǎng)也出現(xiàn)了增加的趨勢(shì)。成年男性通過(guò)食用大米而攝入的汞比成年女性多。JECFA建議每日汞攝入總量為40 μg，雷州半島居民通過(guò)食用大米、蔬菜和水果而攝入體內(nèi)的汞均在安全范圍內(nèi)。不同食物的含汞量存在差異，因此很難通過(guò)每日食物攝取量準(zhǔn)確計(jì)算出人體體內(nèi)的汞含量。汞在食物鏈中進(jìn)行生物富集，極微量的汞水平可能通過(guò)生物累積作用對(duì)人體產(chǎn)生一定的危害（李永華等，2004）。

表9 不同人群對(duì)農(nóng)作物可食用部分中汞的日攝入量Table 9 Daily intake of mercury in edible parts of crops in different populations

3 結(jié)論

本研究通過(guò)檢測(cè)在雷州半島采集的128份土壤樣品和65份農(nóng)作物樣品，分析其汞元素含量特征、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)以及人體健康風(fēng)險(xiǎn)，得到以下結(jié)論：

（1）雷州半島農(nóng)業(yè)土壤的平均汞元素含量已超過(guò)研究區(qū)域汞元素背景值，汞元素的累積效應(yīng)明顯，已有外源汞元素進(jìn)入雷州半島農(nóng)業(yè)土壤中，呈現(xiàn)出蔬菜地土壤＞水稻田土壤＞果園地土壤的特點(diǎn)。但3種暴露途徑產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)均在可接受范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生明顯的危害。其中，暴露于蔬菜地中的人體受風(fēng)險(xiǎn)程度更高，而兒童受到的健康風(fēng)險(xiǎn)則高于成人。

（2）雷州半島農(nóng)業(yè)土壤汞元素含量在空間上分布不均勻，整體上是西南多，東北少。土壤的汞含量與pH值的高低有一定的相關(guān)性，即pH值越低，汞含量越高。不同類型農(nóng)業(yè)表層土壤中汞元素含量的空間分布存在顯著差異，整體農(nóng)業(yè)土壤汞元素生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高，其中蔬菜地的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最高。

（3）雷州半島不同種類農(nóng)作物的汞元素含量和對(duì)汞元素的富集存在差異。研究樣品中，蔬菜的平均汞含量最高，其次是水果，稻谷最低。水果中的菠蘿和葉菜類蔬菜富集能力較強(qiáng)，而其余農(nóng)作物富集能力較弱。通過(guò)食用蔬菜而攝入的汞元素對(duì)人體造成的健康風(fēng)險(xiǎn)最高，需要引起一定的重視。