泉州市綠化芒果實(shí)中重金屬污染特征及健康風(fēng)險(xiǎn)

孫境蔚，劉太洋，張?jiān)品?，張珊?/p>

(泉州師范學(xué)院 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，福建 泉州 362000)

重金屬一般是指密度在4.5 g/m3以上的金屬[1]，易通過土壤-植物在食物鏈中遷移、轉(zhuǎn)化，最終在人體內(nèi)積累到一定濃度，通過抑制酶活性、破壞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，對(duì)人體造成毒害作用[2].目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)水果中重金屬的污染及危害開展了一系列的研究.Jaya[3]對(duì)喀拉拉邦特里凡得瑯區(qū)的常青樹芒果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，喀拉拉邦主要道路區(qū)域的芒果受到重金屬污染，可能會(huì)導(dǎo)致人類在日常消費(fèi)中出現(xiàn)健康問題.蔣立新等[4]對(duì)深圳市主要水果中Pb、Cd、Hg、As的含量進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示，蘋果和李子中砷和鉛含量超標(biāo).汪婷等[5]以攀枝花市鹽邊縣芒果種植區(qū)域?yàn)槔瑢?duì)表層土壤中6種重金屬元素的污染情況進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，芒果種植區(qū)域表層土壤中Cd含量均超標(biāo)，As、Cu和Pb均有少量超標(biāo)，Cd的潛在生態(tài)危害較強(qiáng).

在上世紀(jì)六七十年代，由于綠化芒的樹形挺拔，樹冠圓潤(rùn)，遮蔭能力強(qiáng)，且具有凈化環(huán)境、吸附粉塵和吸收有害氣體等功能，兼具較強(qiáng)的抗臺(tái)風(fēng)能力，尤其適合作為行道樹在我國(guó)南方沿海地區(qū)種植.福建省泉州市位于我國(guó)東南沿海，其城市主要道路、小區(qū)、廠區(qū)、學(xué)校等均種植了大量芒果樹.由于綠化芒味美價(jià)廉，泉州市區(qū)出現(xiàn)大量“采芒人”與“賣芒人”，將采摘的綠化芒在市區(qū)路邊進(jìn)行銷售，夏季食用綠化芒成為泉州人的習(xí)慣.然而，道路兩側(cè)的綠化芒主要是作為綠化和觀賞之用，栽培方式與食用芒果樹不同.同時(shí)，由于綠化芒受城市揚(yáng)塵及汽車尾氣塵的影響，其中可能含有大量重金屬，可能會(huì)對(duì)消費(fèi)者產(chǎn)生一定的健康安全風(fēng)險(xiǎn).因此，通過對(duì)泉州市主要道路兩側(cè)綠化芒果實(shí)中重金屬含量的測(cè)定，分析道路兩側(cè)綠化芒果實(shí)中重金屬污染特征及污染程度，并對(duì)食用綠化芒的潛在人體健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，為行道樹果實(shí)的潛在食用風(fēng)險(xiǎn)提供一定的理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 樣品采集及預(yù)處理

1.1.1 樣品采集 (1)研究地概況.福建省泉州市(117°25′～119°05′E，24°30′～25°56′N)位于我國(guó)東部沿海地區(qū)，是典型的亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候.

(2)采樣地點(diǎn).以泉州師范學(xué)院、溫陵路、新華北路、琯頭小區(qū)和安泰路為本研究的采樣點(diǎn)，地理位置及功能如表1所示.

表1 采樣點(diǎn)地理位置

(3)采樣方法.采用隨機(jī)取樣法，每一采樣點(diǎn)隨機(jī)選取3棵芒果樹，每棵芒果樹隨機(jī)采摘3個(gè)芒果，再?gòu)?棵芒果樹中各選取1個(gè)成熟度、大小相似的芒果樣品。每個(gè)采樣點(diǎn)共3個(gè)芒果樣品，混合成1個(gè)樣品，以消除個(gè)體樣品的差異.

1.1.2 樣品預(yù)處理 將芒果樣品用自來水清洗，去除表面附著的雜質(zhì)，瀝去水分并自然晾曬30 min.將芒果樣品去皮后，使用陶瓷刀將樣品切成細(xì)塊狀，放入105 ℃的烘箱內(nèi)烘干至恒重.烘干后使用粉碎機(jī)將芒果磨制成粉樣，過200目尼龍篩，用PE自封袋封裝待測(cè)[6].

1.2 重金屬測(cè)定及評(píng)價(jià)方法

1.2.1 測(cè)定方法 按照HJ 832-2017《土壤和沉積物金屬元素總量的消解微波消解法》的方法[7]，采用硝酸-鹽酸-氫氟酸消解體系對(duì)預(yù)處理后的樣品進(jìn)行微波消解.按照GB/T 39486-2020《化學(xué)試劑電感耦合等離子體質(zhì)譜分析方法通則》的方法[8]，對(duì)重金屬含量進(jìn)行測(cè)定.

1.2.2 評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn) 采用單因子指數(shù)與內(nèi)梅羅綜合指數(shù)對(duì)重金屬含量進(jìn)行評(píng)價(jià).Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、As、Ni的限量指標(biāo)如表2所示.

表2 水果中重金屬限量指標(biāo)

單因子污染指數(shù)(Pi)計(jì)算公式[12]為：

(1)

其中：Pi為采樣點(diǎn)綠化芒中重金屬i的單因子污染指數(shù);Ci為采樣點(diǎn)綠化芒中重金屬i的實(shí)測(cè)值(mg/kg);Si為綠化芒中重金屬i的限量指標(biāo)(mg/kg).單因子污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表3所示[13].

表3 單因子污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)(PN)計(jì)算公式[14]為：

(2)

其中：PN為采樣點(diǎn)綠化芒中重金屬i的綜合污染指數(shù);Pi,max為Pi中的最大值;Pi,ave為Pi的平均值，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[15]如表4所示.

表4 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.3 水果重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法

采用靶標(biāo)危害系數(shù)法(THQ)評(píng)價(jià)食用綠化芒存在的健康風(fēng)險(xiǎn).單一重金屬的THQ計(jì)算公式[16]為：

(3)

多種重金屬?gòu)?fù)合風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算公式[16]為：

(4)

其中：THQ為目標(biāo)危險(xiǎn)系數(shù)；EF為暴露頻率，d/a，泉州芒果產(chǎn)季在6-8月，由于人們未必每天食用綠化芒，EF取30 d/a；ED為暴露年限,a；FIR為人體對(duì)綠化芒的攝入率,g/(人d)，取100 g/(人d)；c為綠化芒中重金屬元素的實(shí)測(cè)值,mg/kg;RfD為參考劑量,mg/kg;BW為平均體重,kg;AT為非致癌平均暴露時(shí)間,d;參數(shù)取值見表5.

表5 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型參數(shù)取值

若TTHQ≤1，則表明暴露人群食用綠化芒不存在明顯的健康風(fēng)險(xiǎn).若TTHQ>1，則表明食用綠化芒可引起人體產(chǎn)生健康風(fēng)險(xiǎn).THQ越大表明食用綠化芒對(duì)人體產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)越大[22].

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

利用Excel和Origin 2022進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及繪圖.

2 結(jié)果與討論

2.1 綠化芒中重金屬元素含量統(tǒng)計(jì)分析

由于綠化芒果實(shí)中Ni、Cr、Pb、Cd的含量未檢出，故不對(duì)其進(jìn)行分析.5個(gè)采樣點(diǎn)綠化芒果實(shí)中Cu、Zn、As的含量如圖1所示，5個(gè)采樣點(diǎn)樣品中Cu、Zn、As的含量存在一定差異.除泉州師范學(xué)院綠化芒中Cu含量高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)外，其余4處點(diǎn)位綠化芒中Cu含量均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).此外，5個(gè)采樣點(diǎn)芒果樹果實(shí)中Zn和As含量均高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).Cu含量從大到小依次為：泉州師范學(xué)院>溫陵路>琯頭小區(qū)>新華北路>安泰路；Zn含量從大到小依次為：琯頭小區(qū)>安泰路>泉州師范學(xué)院>新華北路>溫陵路；As點(diǎn)位的含量從大到小依次為：泉州師范學(xué)院>溫陵路>新華北路>琯頭小區(qū)>安泰路.相對(duì)于其他點(diǎn)位，泉州師范學(xué)院點(diǎn)位的Cu、Zn、As含量相對(duì)較高，這可能與泉州師范學(xué)院綠化芒生長(zhǎng)于生活污水排放水溝旁有關(guān).李元瀚等[23]研究發(fā)現(xiàn)，西安市7家污水處理廠的污泥中Cu和Zn占重金屬含量比例最高.羅麗等[24]研究發(fā)現(xiàn)生活污水中Cu、Zn、As等重金屬的含量相對(duì)較高.又由于Cu和Zn為植物生長(zhǎng)的必需元素，因此，綠化芒可能會(huì)吸收生活污水中Cu、Zn、As等重金屬.此外，學(xué)校相關(guān)部門定期對(duì)綠化芒施用農(nóng)藥，由于農(nóng)藥中含有Hg、As、Cu、Zn等重金屬，可能導(dǎo)致綠化芒中重金屬污染程度高于其余采樣點(diǎn).Silva等[25]測(cè)定了巴西某芒果種植園土壤和葉片中Cu、Cr、Fe、Zn、Mn、Ni和Pb等重金屬的濃度，發(fā)現(xiàn)芒果栽培易導(dǎo)致土壤表層Cu和Zn積累.楊定清等[26]認(rèn)為芒果中Ni的含量與土壤中Ni的含量之間呈正相關(guān).因此，可以推測(cè)綠化芒在長(zhǎng)期種植后，由于表層土壤Cu和Zn積累可能會(huì)導(dǎo)致綠化芒果實(shí)中Cu和Zn含量隨之升高.

圖1 各點(diǎn)位綠化芒重金屬含量 圖2 綠化芒中Cu和Zn的單因子污染指數(shù)

2.2 綠化芒中重金屬污染評(píng)價(jià)

泉州市道路兩側(cè)芒果樹果實(shí)中重金屬的單因子污染指數(shù)(Pi)和綜合污染指數(shù)(PN)的結(jié)果如圖2～4所示.如圖2所示，泉州師范學(xué)院芒果樹果實(shí)中Cu的單因子污染指數(shù)大于1且小于2，處于輕微污染；溫陵路、新華北路、琯頭小區(qū)和安泰路芒果樹果實(shí)中Cu的單因子污染指數(shù)均小于1，為清潔.此外，琯頭小區(qū)芒果樹果實(shí)中Zn的單因子污染指數(shù)大于2，處于輕度污染；泉州師范學(xué)院、溫陵路、新華北路和安泰路芒果樹果實(shí)中Zn的單因子污染指數(shù)大于1且小于2，處于輕微污染.如圖3所示，5個(gè)采樣點(diǎn)樣品中As的單因子污染指數(shù)均大于5，處于重度污染.如圖4所示，5個(gè)采樣點(diǎn)樣品中重金屬的綜合污染指數(shù)均大于3，處于重污染.

圖3 綠化芒中As的單因子污染指數(shù) 圖4 綠化芒中重金屬的綜合污染指數(shù)

根據(jù)單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果，5個(gè)采樣點(diǎn)樣品中重金屬的污染程度為：As>Zn>Cu.根據(jù)綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)可知，5個(gè)采樣點(diǎn)均屬于重污染.這可能與道路兩側(cè)汽車尾氣、城市街道灰塵、建筑揚(yáng)塵等有關(guān).劉甜[27]研究發(fā)現(xiàn)城市街道灰塵中Cu和Zn的含量相對(duì)較高，并且Zn和Cu在車流量大的地方含量更高，認(rèn)為街道灰塵中Cu和Zn可能來源于汽車的磨損,以及汽車緩慢行駛過程中?？慨a(chǎn)生的剎車片和輪胎的磨損.Uka等[28]測(cè)定了毛竹、芒果、榕樹和長(zhǎng)葉榕樹的葉片中重金屬的含量，發(fā)現(xiàn)芒果對(duì)車輛污染物更敏感，芒果的金屬積累指數(shù)較高，表明芒果在污染環(huán)境中具有良好的重金屬積累能力.因此，道路兩側(cè)芒果樹果實(shí)受重金屬污染程度處于較高水平.

2.3 綠化芒中重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

為了解人體食用綠化芒可能存在的健康風(fēng)險(xiǎn)，計(jì)算出成人和兒童食用綠化芒攝入Cu、Zn、As的THQ值和TTHQ值，結(jié)果見表6～7.如表6所示，泉州市區(qū)綠化芒中各重金屬的THQ均值從大到小依次為：As>Zn>Cu；各重金屬對(duì)成人和兒童的健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均小于1.結(jié)果顯示，泉州市區(qū)綠化芒中單一重金屬對(duì)人群沒有明顯的健康風(fēng)險(xiǎn).

表6 綠化芒中重金屬攝入的健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

單一重金屬對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率見圖5.從圖中可以看出，同種重金屬對(duì)成人和兒童的健康風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率大致相同，但不同種類重金屬之間對(duì)人體健康風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)率存在明顯的差異.泉州市區(qū)綠化芒中3種重金屬對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率從大到小依次為：As>Zn>Cu，可以得出，泉州市區(qū)綠化芒中的As是引起人體產(chǎn)生健康風(fēng)險(xiǎn)的主因素.As對(duì)成人和兒童的健康風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率分別為44.09%和44.44%.

圖5 單一重金屬對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率

不同點(diǎn)位單一及復(fù)合重金屬成人與兒童攝入的健康風(fēng)險(xiǎn)見表7.不同點(diǎn)位單一及復(fù)合重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均存在著一定差異，這可能與芒果樹道路兩側(cè)揚(yáng)塵及汽車尾氣塵有關(guān).Cu、Zn、As的THQ值和TTHQ值均小于1，說明泉州市區(qū)成人和兒童食用綠化芒沒有明顯的健康風(fēng)險(xiǎn).但5個(gè)采樣點(diǎn)THQ值和TTHQ值兒童均高于成人.王燕云等[29]研究發(fā)現(xiàn)在兒童中的重金屬的THQ和TTHQ基本高于成人，蔚青等[30]同樣發(fā)現(xiàn)每種重金屬在兒童中的THQ值都大于成人，與本文一致.這可能與兒童還處在生長(zhǎng)發(fā)育階段有關(guān)，兒童體內(nèi)各器官的功能還不完善，特別是肝臟、腎臟等代謝器官的解毒排泄功能比較差，對(duì)各種有毒、有害物質(zhì)的毒性反應(yīng)也比較敏感[31].

表7 不同點(diǎn)位單一及復(fù)合重金屬成人與兒童攝入的健康風(fēng)險(xiǎn)

此外，Cu、Zn、As的THQ值和TTHQ值均小于1，這可能與人們食用綠化芒頻率不高及食入綠化芒的量較少有關(guān)，導(dǎo)致綠化芒中重金屬元素含量雖已超標(biāo)，而食用綠化芒卻沒有明顯的健康風(fēng)險(xiǎn).

3 結(jié)論

(1)5個(gè)采樣點(diǎn)綠化芒的果實(shí)中Ni、Cr、Pb、Cd均未檢出.除溫陵路、新華北路、琯頭小區(qū)和安泰路等4處綠化芒中Cu含量未超標(biāo)，其余重金屬含量均超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).Cu含量從大到小依次為：泉州師范學(xué)院>溫陵路>琯頭小區(qū)>新華北路>安泰路；Zn含量從大到小依次為：琯頭小區(qū)>安泰路>泉州師范學(xué)院>新華北路>溫陵路；Zn含量從大到小依次為：泉州師范學(xué)院>溫陵路>新華北路>琯頭小區(qū)>安泰路.

(2)除泉州師范學(xué)院芒果樹果實(shí)中Cu為輕微污染，其余點(diǎn)位為清潔.此外，除琯頭小區(qū)芒果樹果實(shí)中Zn為輕度污染，其余點(diǎn)位為輕微污染.5個(gè)采樣點(diǎn)芒果樹果實(shí)中As均為重度污染.

(3)5個(gè)采樣點(diǎn)的果實(shí)中各重金屬的THQ均值從大到小依次為：As>Zn>Cu；各重金屬對(duì)成人和兒童的健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)小于1，THQ和TTHQ均未超標(biāo)，對(duì)人群沒有明顯的健康風(fēng)險(xiǎn).這可能與人們食用綠化芒頻率不高及食入綠化芒的量較少有關(guān)，但考慮到重金屬的累積性，食用綠化芒仍存在一定的健康風(fēng)險(xiǎn).