福建竹林土壤重金屬與竹筍健康風(fēng)險評估

黃沐晨

（福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建福州 350012）

我國是世界上竹子栽培歷史最長、種植面積最廣、竹子產(chǎn)量最高且竹子品種最多的國家[1]。福建省的竹林總面積超過121 萬公頃，其中毛竹（Phyllostachysedulis）林面積高達(dá)112.4 萬公頃，居全國首位。2021年，福建省竹產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值為831.4 億元，居全國第二（內(nèi)部數(shù)據(jù)）。竹筍具有藥食兩用的特殊價值[2]；其滋味鮮美、低糖低脂且富含纖維，在世界范圍內(nèi)廣受歡迎。全球竹筍消費量正以每年15%的速度逐年遞增[3]。較大的市場需求使福建竹筍產(chǎn)業(yè)具有巨大的市場潛力和可觀的開發(fā)前景。

隨著竹筍規(guī)?；a(chǎn)的不斷擴(kuò)大，肥料使用量隨之增加。土壤中的重金屬具有積累性、隱蔽性和潛伏性，難以降解[1]。竹類植物對金屬環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力并擁有一定的重金屬吸收能力[4]。研究表明，有機(jī)肥、化肥中含有的重金屬元素會隨施肥操作而增加其在竹類植物中的累積[5]。這些重金屬會通過食物鏈的富集作用，對人體造成健康威脅[6-7]。研究竹筍及竹林土壤中的重金屬含量對促進(jìn)竹筍產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展和保證竹筍品質(zhì)及食品安全具有重要意義，可為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

目前，浙江省對竹筍及竹林土壤重金屬監(jiān)測與研究較為深入，涉及不同品種、海拔和地理環(huán)境等[8]。福建省對竹筍及竹林土壤重金屬監(jiān)測研究較少，僅見岳晉軍等[9]在福建省、浙江省等綠竹（Dendrocalamopsisoldhami）筍主產(chǎn)區(qū)采樣測定綠竹林土壤重金屬污染特征并進(jìn)行竹筍健康風(fēng)險評價；Mo等[10]對浙江省和福建省等省份竹筍中的重金屬進(jìn)行監(jiān)測。涉及福建省內(nèi)的竹筍樣品量較少，無法反映福建省內(nèi)竹筍及竹林土壤重金屬整體污染情況，缺少全面、系統(tǒng)性的安全監(jiān)測。本研究以福建省竹筍主產(chǎn)區(qū)內(nèi)的竹筍及竹林土壤為試驗材料，分析竹筍及竹林土壤中的鉛（Pb）、鎘（Cd）和砷（As）等元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和污染情況，對竹筍中的重金屬進(jìn)行健康風(fēng)險評價，首次對福建省竹筍主產(chǎn)區(qū)內(nèi)竹筍及竹林土壤中重金屬污染水平及健康風(fēng)險進(jìn)行全面監(jiān)測與評估，以期為福建省竹筍品質(zhì)安全及竹筍產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

研究樣品來源于福建省6 市21 個縣（區(qū)）。2022年3—8月，在福建省竹筍主產(chǎn)區(qū)采集竹筍及竹林土壤各374 批次，其中麻竹（Dendrocalamuslatiflorus）筍28 批次（寧德市福安市），綠竹筍20 批次（漳州市南靖縣），毛竹春筍326 批次（南平市100 批次、三明市134 批次、寧德市27 批次、福州市25 批次、龍巖市40 批次）。依據(jù)LY/T 2800—2017[11]，采集的竹筍每批次質(zhì)量不少于1 kg；將竹筍去殼，采用蒸餾水洗凈，將可食用部分放入食品粉碎機(jī)磨碎，再裝入樣品瓶中，-20 ℃冷凍，待測。

依據(jù)HJ/T 166—2004[12]，在相應(yīng)竹筍采樣點采集土壤樣品。土壤采樣深度為0～20 cm，每1～3 hm2設(shè)置1 個采樣單元，每個采樣單元內(nèi)隨機(jī)選取5個采樣點采集土壤并混合均勻，采用四分法分取1 kg 為1 個土樣，共374 個土壤樣品；自然風(fēng)干后，混勻、研磨，過100目尼龍篩，備用。

1.2 測定方法

依據(jù)GB/T 17141—1997[13]、HJ 491—2019[14]、GB/T 22105.1—2008[15]和GB/T 22105.2—2008[16]測定土壤中鉛、鎘、銅（Cu）、鉻（Cr）、總汞（Hg）和總砷含量。

依據(jù)GB 5009.12—2017[17]、GB 5009.15—2014[18]和GB 5009.11—2014[19]測定竹筍中鉛、鎘和總砷含量。

1.3 評價方法與標(biāo)準(zhǔn)

1.3.1 單項污染指數(shù)

采用單項污染指數(shù)法逐一評價土壤各重金屬的污染情況，計算公式[12]為：

式中，Pi為土壤重金屬i的單項污染指數(shù)；Ci為土壤重金屬i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Si為土壤重金屬i的標(biāo)準(zhǔn)限量值。Pi≤1，表明土壤未受污染；Pi>1，表明土壤受污染；數(shù)值越大，污染情況越嚴(yán)重。

1.3.2 綜合污染指數(shù)

采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評價土壤綜合污染情況，計算公式[12]為：

式中，P為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；Pave為土壤污染物單項污染指數(shù)平均值；Pmax為土壤污染物單項污染指數(shù)最大值。計算結(jié)果按污染等級進(jìn)行劃分（表1）。

表1 土壤污染分級標(biāo)準(zhǔn)[12]Tab.1 Classification standard of soil pollution

1.3.3 竹筍重金屬健康風(fēng)險評估方法

通過日常飲食進(jìn)入人體的重金屬，由于代謝緩慢易在人體內(nèi)富集，需對竹筍中的重金屬進(jìn)行健康風(fēng)險評價。以美國環(huán)保署的人體健康風(fēng)險評價為基礎(chǔ)，結(jié)合我國居民膳食情況適當(dāng)調(diào)整參數(shù)，最終得到健康風(fēng)險評估計算公式[20]：

式中，Qa和Qc分別為成人和兒童單一重金屬目標(biāo)風(fēng)險系數(shù)；EDa和EDc分別為成人和兒童攝入竹筍引起的重金屬持續(xù)暴露時間（EDa=24 a，EDc=6 a）；F為人均竹筍的日最大攝入量（取人均日攝入蔬菜的量，成人Fa=255 g/d，兒童Fc=163 g/d）；W為健康人群的平均體質(zhì)量（成人Wa=63.45 kg，兒童Wc=25.60 kg）；EF為年暴露頻率（成人和兒童均取值330 d/a）；Cf為竹筍中重金屬f的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（mg/kg）；Rf為重金屬日參考暴露劑量（總砷、鉛、鎘和鉻參考暴露劑量分別為0.3、3.5、1.0 和1 500.0 μg·kg-1·d-1）；Aa為致癌效應(yīng)平均暴露時間（70 a×365 d/a=25 550 d），Ac為非致癌效應(yīng)平均暴露時間（6 a×365 d/a=2 190 d）；Qi為竹筍中重金屬i的單一目標(biāo)風(fēng)險系數(shù)。HI為高危系數(shù)；HI≤1，重金屬對人體無健康風(fēng)險；HI＞1，重金屬可能會對人體造成健康風(fēng)險。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019軟件整理數(shù)據(jù)；采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。表中數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬含量與安全性評價

各城市采樣點土壤平均pH值為4.81，屬強(qiáng)酸性土壤（表2）。各城市采樣點中，土壤鉛含量為31.91～68.48 mg/kg，鉻含量為28.69～54.65 mg/kg，銅含量為9.82～35.12 mg/kg，總砷含量為4.14～11.91 mg/kg，總汞含量為0.13～0.18 mg/kg，鎘含量為0.03～0.23 mg/kg。土壤重金屬平均含量表現(xiàn)為鉛（56.81 mg/kg）>鉻（33.76 mg/kg）>銅（23.46 mg/kg）>總砷（5.85 mg/kg）>總汞（0.15 mg/kg）>鎘（0.10 mg/kg）。根據(jù)GB 15618—2018[21]中對土壤污染風(fēng)險篩選值和風(fēng)險管制值的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，374 批次土壤中重金屬銅、鉻、總砷和總汞含量均低于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的風(fēng)險篩選值；鉛和鎘平均含量低于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的風(fēng)險篩選值，個別批次土壤鉛或鎘含量高于風(fēng)險篩選值，但低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的風(fēng)險管制值，且僅為個別現(xiàn)象，未呈現(xiàn)普遍分布趨勢，總體處于安全水平。

表2 土壤重金屬含量Tab.2 Heavy metal contents of soils

采用單項污染指數(shù)法評價土壤重金屬污染情況，各市未見明顯的重金屬污染（表3）。竹筍主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬污染表現(xiàn)為鉛>鎘>鉻>銅>總砷>總汞。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法結(jié)果表明，各城市采樣點土壤的污染等級均為安全或警戒線內(nèi)；其中福州市、龍巖市和漳州市采樣點土壤的污染水平均屬于清潔水平，南平市、三明市和寧德市采樣點土壤的污染水平均屬于尚清潔水平。

表3 土壤重金屬污染指數(shù)Tab.3 Heavy metal pollution indexes of soils

2.2 竹筍重金屬含量與安全性評價

各城市采樣點中，竹筍鉛含量為0.038～0.095 mg/kg，鎘含量為0.005～0.009 mg/kg，總砷含量為0.001～0.002 mg/kg；竹筍重金屬平均含量表現(xiàn)為鉛（0.078 mg/kg）>鎘（0.008 mg/kg）>總砷（0.002 mg/kg）（表4）。依據(jù)GB 2762—2022[22]，374 批次竹筍中總砷、鎘含量均未超出國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；鉛含量總體均值低于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，僅個別批次超標(biāo)，未呈現(xiàn)普遍分布趨勢，總體處于安全水平。

表4 竹筍重金屬含量Tab.4 Heavy metal contents of bamboo shoots (mg/kg)

2.3 土壤與竹筍重金屬相關(guān)性分析

相關(guān)性分析表明，土壤鉛含量與鎘含量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），銅含量與鉻含量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），總砷含量與銅、鉻和總汞含量均呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）（表5）。竹筍鎘含量與土壤總砷含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）；總砷含量與土壤鉛含量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與土壤鉻含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）。

表5 土壤與竹筍重金屬相關(guān)性分析Tab.5 Correlation analysis among heavy metal contents in bamboo shoots and soils

2.4 竹筍重金屬健康風(fēng)險評估

竹筍重金屬含量對成人和兒童造成的目標(biāo)風(fēng)險系數(shù)均較低，高危系數(shù)均小于1（表6）。重金屬含量對兒童造成的健康風(fēng)險稍高于成人。通過計算發(fā)現(xiàn)，各城市采樣點的成人每日攝入竹筍量超過4 564 g時，高危系數(shù)值才大于1，遠(yuǎn)超竹筍每日攝入量，成人可放心食用竹筍；兒童每日攝入竹筍超過691 g 時，高危系數(shù)值才大于1，遠(yuǎn)超竹筍每日攝入量，兒童亦可放心食用。

表6 竹筍重金屬目標(biāo)風(fēng)險系數(shù)和高危系數(shù)Tab.6 Target hazard quotients and hazard indexes of heavy metals in bamboo shoots

3 結(jié)論與討論

3.1 竹筍與竹林土壤污染情況

本研究中，各城市采樣點土壤重金屬平均含量表現(xiàn)為鉛>鉻>銅>總砷>總汞>鎘，僅個別批次土壤鉛或鎘超標(biāo)。單項污染指數(shù)及綜合污染指數(shù)表明福建省竹筍主產(chǎn)區(qū)土壤整體處于安全水平。本研究中，土壤鉛、鎘含量超標(biāo)的采樣點均位于礦產(chǎn)資源較為豐富的區(qū)域。王友生等[23]對長汀縣稀土礦廢棄地進(jìn)行重金屬污染研究，發(fā)現(xiàn)鎘、鉛和鋅均存在不同程度污染。本次檢測土壤重金屬含量偏高可能與其分布在礦區(qū)有關(guān)。

本研究中，各城市采樣點重金屬在竹筍中的含量表現(xiàn)為鉛>鎘>總砷，374 批次竹筍鎘與總砷含量均未超出限量標(biāo)準(zhǔn)，僅個別批次竹筍出現(xiàn)鉛含量超標(biāo)現(xiàn)象，但未呈普遍分布趨勢，總體仍處于安全范圍內(nèi)。

相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤鉛含量與鎘含量呈極顯著正相關(guān)，銅含量與鉻含量呈極顯著正相關(guān)，砷含量與銅、鉻和總汞含量均呈極顯著正相關(guān)，表明兩種元素間存在協(xié)同富集作用，與顏明娟等[24]研究結(jié)論一致。竹筍總砷含量與土壤鉛含量呈極顯著正相關(guān)，表明兩者間存在協(xié)同富集作用；竹筍鎘含量與土壤總砷含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，總砷含量與土壤鉻含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，說明竹筍鎘含量受土壤總砷含量的負(fù)影響，總砷含量受土壤鉻含量的負(fù)影響。岳晉軍等[9]研究表明，綠竹鎘含量與土壤鎘含量呈顯著相關(guān)性。本研究中，不同種的竹筍對土壤重金屬的吸收能力可能存在差異，重金屬離子之間的相互拮抗、促進(jìn)會影響竹筍對重金屬離子的吸收。

3.2 竹筍安全風(fēng)險評價

綜合考慮重金屬含量、暴露時間和日常攝入量等相關(guān)因素，能更準(zhǔn)確判斷重金屬是否對人體產(chǎn)生慢性損傷。本研究中，竹筍對成人和兒童造成的目標(biāo)風(fēng)險系數(shù)均小于1，高危系數(shù)均小于1，說明食用主產(chǎn)區(qū)竹筍對人體不存在健康風(fēng)險。

目標(biāo)風(fēng)險系數(shù)評價法是基于重金屬總量的安全性評價，參與評價的重金屬種類越多，評價越準(zhǔn)確。對于不同化學(xué)形態(tài)下毒性不同的重金屬，需要進(jìn)行針對性分析。Ma 等[25]在安全評價過程中針對性考慮毒性更大的無機(jī)砷濃度；Wang 等[26]發(fā)現(xiàn)植物可將具有毒性的Cr(Ⅵ)轉(zhuǎn)化為無毒的Cr(Ⅲ)。在后續(xù)竹筍安全風(fēng)險評價中，可增加重金屬種類、細(xì)化金屬價態(tài)，做出更加詳細(xì)的安全評價。