南疆棉花轉產區土壤和農產品中鄰苯二甲酸酯（PAEs）污染分析和評價

彭 祎，趙玉杰，王 璐，賀澤英，張艷偉，耿 岳，劉瀟威

（農業農村部農產品質量安全環境因子風險評估實驗室，農業農村部農產品質量安全環境安全因子控制重點實驗室，天津300191）

鄰苯二甲酸酯（Phthalate ester，PAEs）通常用于增加塑料制品的彈性、柔軟性和可延展性[1]，被廣泛應用于日常塑料制品、化妝品、個人護理、食品包裝和醫療用品[2]。鄰苯二甲酸酯并未聚合到聚氯乙烯（PVC）高分子的碳鏈上，在使用過程中容易游離出來，大量使用含PAEs的產品導致空氣、水、土壤和沉積物中都廣泛檢出此類污染物[3-5]。環境中的PAEs殘留時間長且具有致癌、致畸和致突變[6-7]，尤其對大鼠有胚胎毒性，具有抗雄性激素作用[8-10]，美國EPA等機構將6種PAEs列入了環境優先控制污染物。土壤是PAEs等環境污染物的最主要的容納載體，隨著我國農業的現代化，農膜的使用量不斷擴大，PAEs不斷通過污水灌溉、施肥、農藥和農地膜的使用等方式遷移到農業土壤中[11]。2015年我國農膜使用量280多萬t[12]，PAEs已經成為我國土壤中主要的污染物之一[13-17]。

新疆是我國棉花主產區，2014年新疆棉花種植面積已達197.8萬hm2，覆膜率高達100%，2016年產量達359萬t，約占全國總產量的67.3%[18]。棉花種植在促進地方農業經濟發展的同時，栽培過程中使用大量農膜導致土壤中農膜殘留量居高不下，地膜殘留率在24%，是全國平均水平的4～5倍[19]。棉田地膜平均殘留高達134.09 kg·hm-2[20]，棉田土壤中多種PAEs檢出并超出控制標準[21]。經過幾年治理，殘留量雖有所下降，但仍屬我國土壤“白色污染”比較嚴重的區域。

近年來，新疆由于實行農業供給側改革，種植結構調整，壓縮棉花種植面積，2015年壓縮40.9萬hm2，2016年壓縮10萬hm2，改種小麥6.7萬hm2、玉米7.9萬hm2，種植加工番茄、加工辣椒、苜蓿、瓜果、葡萄、油料作物等特色經濟作物18.5萬hm2等等[22]。土壤中農膜殘留過高可能導致PAEs經食物鏈遷移到人體中，累積過高對人體造成生殖毒性。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

根據新疆棉花產業結構調整布局等因素確定采樣點，采樣點分布于阿克蘇地區面積較大的農業生產基地，采集94個土壤表層樣品。多點采樣混合法采集土壤樣品，將一定面積的農田采集10個點的土壤混勻后取1 kg裝入布袋，采集土壤樣品保存于-18℃冰箱備用。

圖1中黑色實心圓標出新疆阿克蘇地區采樣區域分布。沙雅縣SY1、SY2，新和縣XH1、XH2，庫車縣KC1、KC2、KC3，阿克蘇市AKS1。

農產品樣品采集在農作物成熟上市前進行，采集部位為農作物可食用部分，農產品樣品采集與土壤采樣點保持一致，分別采集4種以上的主要蔬菜品種（如：葉菜類、根莖類、茄果類和瓜果類等）、瓜果及核果類水果等，采集農產品94個，每個樣品3 kg左右，裝入布袋編號后迅速帶回實驗室粉碎勻漿裝入食品級硅膠袋中，樣品保存于-18℃冰箱備用。按照《農用地膜污染調查規程》采集農田殘膜，洗凈晾干后測定質量、面積等，膜厚采用膜厚測定儀（千分之一毫米規格）測定。

圖1 新疆阿克蘇地區采樣區域分布示意圖Figure 1 Sample distribution map of Akesu in Xinjiang Uygur Autonomous Region，China

1.2 試劑

17種PAEs標準品：鄰苯二甲酸二甲酯（DMP），鄰苯二甲酸二乙酯（DEP），鄰苯二甲酸二異丁酯（DIBP），鄰苯二甲酸二丁酯（DBP），鄰苯二甲酸二（2-甲氧基）乙酯（DMEP），鄰苯二甲酸二（4-甲基-2-戊基）酯（BMPP），鄰苯二甲酸二（2-乙氧基）乙酯（DEEP），鄰苯二甲酸二戊酯（DPP），鄰苯二甲酸二己酯（DHXP），鄰苯二甲酸丁基芐基酯（BBP），鄰苯二甲酸二（2-丁氧基）乙酯（DBEP），鄰苯二甲酸二環己酯（DCHP），鄰苯二甲酸二（2-乙基）己酯（DEHP），鄰苯二甲酸二正辛酯（DNOP），鄰苯二甲酸二壬酯（DNP），鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP），鄰苯二甲酸二異癸酯（DIDP）均為德國Dr.Ehrenstorfer GmbH產品。

取標準品配制為1000 mg·L-1濃度的標準溶液，1000 mg·L-1標準溶液再用正己烷配制為100 mg·L-1濃度的儲備溶液，各取0.5 mL 100 mg·L-1濃度儲備液于10 mL容量瓶內，正己烷定容為5 mg·L-1混合標準溶液，上機時依次稀釋成500、200、100、50、20、10、5、2 μg·L-1濃度作標準曲線。

氯化鈉（優級純）于450℃灼燒6 h，冷卻后裝玻璃瓶保存。正己烷（C6H12），GC級或更高，丙酮（C3H6O），GC級，正己烷，GC級，乙腈（C2H3N），GC級，90 cm定量濾紙，100 mL玻璃離心管，9 cm規格濾紙，Aglea cleanert玻璃1000 mg 6 mL Florisil凈化小柱。

1.3 樣品前處理

1.3.1 儀器設備

TOMTEC autogizer 701 series自動均質儀；BU?CHI rotavapor r 215 heating bath B-491旋轉蒸發儀；OA-system heating bath恒溫水浴氮吹儀，歐諾雙層振蕩器，膜厚測定儀。

1.3.2 蔬菜樣品的提取

稱取至少20.0 g粉碎均勻樣品放入燒杯中，加入40 mL乙腈，高速勻漿2 min。通過濾紙過濾勻漿樣品，收集在加入5～6 g氯化鈉的100 mL具塞量筒內，劇烈振蕩1 min，靜置15 min以上等待分層。待分層后取10.0 mL乙腈溶液，放入150 mL圓底燒瓶內，旋轉蒸發近干，加入3.0 mL正己烷，待凈化。

1.3.3 土壤樣品的提取

稱取10.0 g土，加入三角瓶中，加入10 mL蒸餾水混勻，再加入40 mL乙腈，200 r·min-1振蕩2 h，倒入100 mL玻璃離心管中，4 ℃，3500 r·min-1，5 min離心，離心后通過濾紙將上層液體過濾到裝有5～6 g氯化鈉的具塞量筒，用力振蕩后靜置30 min分層，分層后取上層有機相20 mL，放入150 mL圓底燒瓶內旋轉蒸發近干，氮吹后加入3.0 mL正己烷待凈化。

1.3.4 提取液的凈化

將玻璃Florisil柱依次用5.0 mL丙酮+正己烷（10+90）、5.0 mL正己烷預淋洗，條件化，當溶劑液面到達吸附層表面時，立即倒入上述待凈化溶液，用15 mL刻度離心管接收洗脫液，用6 mL丙酮+正己烷（10+90）沖洗燒杯后淋洗玻璃Florisil柱，并重復1次。將盛有淋洗液的離心管置于氮吹儀上，在水浴溫度50℃條件下，氮吹蒸發至小于5 mL，用正己烷定容至5.0 mL，在漩渦混合器上混勻，移入2 mL自動進樣器樣品瓶中，待測。

1.4 儀器分析

Shimadzu 8050氣相色譜串聯質譜聯用儀；進樣模式：PTV，進樣口程序溫度：80℃保持1 min，400℃·min-1升溫至300 ℃保持14 min，Gas saver：off，傳輸線溫度：300℃，載氣：氦氣，分析柱：DB-5MS UI 30 m×0.25 mm×0.25 μm，柱流速：1.0 mL·min-1，升溫程序：50℃保持1 min，30℃·min-1升溫，280℃，15℃·min-1升溫直至310℃，保持5 min。

1.5 質量控制

所有玻璃器皿超聲洗凈后用乙醇沖洗3次，晾干后400℃6 h烘烤。樣品序列中，每10個樣品間隔方法空白和基質加標。方法空白（空白試驗）除不加被測定樣品外，其他步驟方法均與測定樣品試驗相同。方法空白中，所有檢出成分濃度均在10 μg·kg-1以下。基質加標是空白樣品經前處理后，定容時采用標準溶液替代溶劑。DEHP-d4添加回收率104%±8.3%。17個目標化合物的回收率在65.2%～118.9%，相對偏差＜10%。

2 結果與討論

2.1 阿克蘇地區土壤和農產品中PAEs污染分布特征

阿克蘇地區農地土壤和農產品中17種PAEs的檢出率、平均值、中位值和最大值如表1所示。DEP、DIBP、DBP、DEEP、、DHXP、BBP、DCHP、DEHP在土壤中的檢出率分別為100%、35.1%、41.5%、10.6%、1.1%、19.1%、28.6%和92.6%，其余未檢出。土壤中DEP全部檢出，樣品之間差異較小，DEHP檢出率次之，土壤樣品中差異較大。濃度上DEHP＞DEP＞DBP＞DIBP＞DCHP＞BBP＞DEEP，各采樣區域PAEs構成比例相近。DMP、DEP、DIBP、DBP、DHXP、DCHP和DEHP在農產品中檢出率分別為18.1%、100%、22.3%、20.3%、2.1%、2.1%和77.7%，其余無檢出。農產品中DEP全部檢出，樣品之間差異不大，但濃度較土壤中高，DEHP檢出率次之，農產品樣品平均濃度較土壤中略低。

17種PAEs在阿克蘇地區土壤8個采樣區域的平均濃度和成分如圖2所示。8個采樣區域濃度差異顯著（P＜0.05），其中沙雅 SY1、SY2比其他采樣區域PAEs濃度高，平均濃度305.1 μg·kg-1，其中SY1、SY2最高的 PAEs濃度達到 1622 μg·kg-1和 1 124.5 μg·kg-1。新疆阿克蘇地區土壤PAEs檢出濃度，沙雅縣（305.1 μg·kg-1）＞新和縣（143.5 μg·kg-1）＞庫車縣（122.6 μg·kg-1）＞阿克蘇市（115.8 μg·kg-1），主要檢出DEHP、DEP、DIBP、DBP，從濃度上DEHP＞DEP＞DIBP＞DBP。

圖2 阿克蘇不同采樣區域土壤中PAEs平均濃度及成分Figure 2 Average concentrations and components of phthalate esters（PAEs）in soils collected from eight areas of Akesu Region

表1 新疆阿克蘇地區土壤、農產品中鄰苯類塑化劑濃度（μg·kg-1，FW）Table 1 Concentrations of phthalate esters（PAEs）in soils and agro-products of Akesu Xinjiang，China（μg·kg-1，FW）

17種PAEs在阿克蘇地區農產品8個采樣區域的平均濃度和成分如圖3所示。8個采樣區域濃度差異顯著（P＜0.05），其中SY1、XH1比其他采樣區域PAEs濃度高。SY1、XH1最高的PAEs濃度達到621.0 μg·kg-1和 2 423.9 μg·kg-1。沙雅縣（286.6 μg·kg-1）＞新和縣（244.5 μg·kg-1）＞庫車縣（120.8 μg·kg-1）＞阿克蘇市（45.3 μg·kg-1），主要檢出DEHP、DEP、DMP，從濃度上DMP＞DEHP＞DEP。

農產品按蔬菜、水果分類統計，蔬菜平均濃度220.1 μg·kg-1，水果 182.2 μg·kg-1。按蔬菜的常規分類排序（圖4），根莖和芋薯類（534.7 μg·kg-1）＞葉菜類（212.9 μg·kg-1）＞其他蔬菜（甘藍類、豆類和鱗莖類等）（195.6 μg·kg-1）＞茄果類（167.3 μg·kg-1）＞瓜果類（151.6 μg·kg-1）。各類蔬菜在檢出PAEs組成上差異顯著，DMP、DHXP濃度最高的為根莖和芋薯類，DEP和DEHP濃度最高的為葉菜類，葉菜類、茄果類、瓜果類、其他蔬菜（甘藍類、豆類和鱗莖類等）和水果類均為DEP＞DEHP＞DIBP＞DBP＞DMP，根莖和芋薯類DMP＞DEP＞DHXP＞DEHP＞DIBP＞DBP。 農 產 品 中 DMP、DEP檢出率和濃度高于土壤樣品，可能是該類農產品吸收富集土壤中長鏈PAEs降解產物DMP的能力較強[23]，土壤中DMP、DEP檢出率較低和王明林在山東壽光的研究結果相同[24]。而采樣土壤主要為沙壤，含水量5.36%～7.89%和土壤有機質含量、黏粒比都比較低，土壤對污染物吸附能力弱[16]，農產品從土壤吸收的量就多[24]。

2.2 農產品PAEs暴露風險評價和土壤PAEs污染評估

圖3 阿克蘇不同采樣區域農產品中PAEs平均濃度及成分Figure 3 Average concentrations and components of phthalate esters（PAEs）in agro-products collected from eight areas of Akesu Region

圖4 不同種類農產品中PAEs的平均濃度及成分Figure 4 Average concentrations and components of phthalates esters in different agro-products

研究發現阿克蘇地區農產品ΣPAEs平均濃度為190 μg·kg-1，農產品中ΣPAEs濃度水平和之前的文獻相比較低，本研究檢出的PAEs根據Toxtree軟件分析屬于Cramer I類化合物[25]，毒性較小，為防止風險外溢，計算中未考慮6～11歲孩子蔬菜攝入量可能略小于成年人的攝入量，以及DMP、DEP等高溶解性和高蒸汽壓的化合物在蔬果上洗滌和烹飪中的損失量。防止生殖毒性的最大允許攝入量均為30 μg·kg-1·d-1。因為PAEs屬于環境激素，所以關注處于發育階段的少年兒童，每個年齡體重參見中國首都兒科所青少年身高體重百分位數值表，6歲兒童21.26 kg，11歲兒童43.27 kg。蔬菜膳食消費習慣南北差異較大，選擇北京和南京分別作為北方城市和南方城市的代表，沒有對應分類的蔬菜和水果采用中國居民膳食指南蔬菜最低推薦攝入量為 0.3 kg·d-1，水果推薦量為 0.2 kg·d-1。北京、南京等城市調查所得蔬菜日攝入量均低于膳食指南推薦量，攝入量在0.067 8～0.113 kg·d-1范圍內。經計算北京兒童日攝入量在0.084 2～1.911 4 μg·kg-1BW·d-1，南京兒童日攝入量在0.084 2～1.677 5 μg·kg-1BW·d-1，風險系數如表2中所列，HI值均小于1，因此認為本次研究采集蔬果樣品沒有PAEs人體累計風險。

通過抽樣檢測，發現阿克蘇地區土壤ΣPAEs平均濃度為 180 μg·kg-1，根據美國土壤 PAEs控制標準和治理標準（表3），均未超標。與文獻報道全國其他地區PAEs污染水平相比，新疆阿克蘇地區土壤PAEs含量低于全國平均值，和郭冬梅等[21]報道的棉花地PAEs殘留差距較大，推測原因是與抽樣菜地平均地膜殘留15.1 kg·hm-2和牛瑞坤等[20]報道的棉花地平均農膜殘留134.09 kg·hm-2差異較大有關。

表2 阿克蘇蔬菜和水果中PAEs的人體累計風險評價Table 2 Human cumulative risk assessment in vegetables and fruits collected from Akesu Region

表3 土壤中主要PAEs與土壤控制標準的比較（μg·kg-1）Table 3 Six phthalates concentration in Akesu Region soils compare with soil control standard in USA（μg·kg-1）

2.3 農產品PAEs含量、土壤PAEs含量、地膜殘留量、破碎度和膜厚的相關性分析

在新疆阿克蘇地區棉花種植結構調整為蔬菜水果后，覆膜保墑極為普遍，抽樣土壤中殘膜率平均為15.1 kg·hm-2，各采樣區域間差異較大（表4），平均殘膜量 0.1～42.1 kg·hm-2。平均膜厚 5.6～6.85 μm，平均破碎度6.4～30.3 mg·塊-1。

地膜膜厚 4.6～8.2 μm，破碎度 7.3～37.9 mg·塊-1，按照膜厚是否大于6.5 μm將測得的破碎度分成兩組（表5），兩組破碎度平均值分別為17.3 mg·塊-1和21.1 mg·塊-1。最薄地膜樣品厚度未達到地膜厚度0.008±0.003 mm的生產要求。地膜厚度僅達到生產標準GB 13735—1992《聚乙烯吹塑農用地面覆蓋薄膜》地膜厚度0.008±0.003 mm的要求，未達到替代標準GB 13735—2017中地膜厚度不得小于0.010 mm的規定[26]。

表4 阿克蘇各采樣點平均殘膜量、平均破碎度、平均膜厚Table 4 Average plastic film residues，degree of size breakages，film thickness of Akesu Region

表5 阿克蘇地膜殘膜的不同膜厚和破碎度統計Table 5 Different film thickness and degree of size breakages in Akesu Region

所有數據利用IBM SPSS 22軟件進行統計分析，相關性分析根據Kong[27]樣品數（n=94）＞30+（v+3）/2，v為變量的個數，表明分析結果是可信可靠的。農產品PAEs濃度和土壤PAEs濃度存在相關性，蔬果中ΣPAEs和土壤中ΣPAEs（n=94）在0.01水平上非參數檢驗顯著正相關（R=0.529，P＜0.01）。8個采樣點土壤-蔬菜平均值相關分析，在0.05水平非參數檢驗也呈顯著正相關（R=0.762，P=0.028）。土壤、蔬果中的ΣPAEs和棉花種植時間上未發現相關性（P＞0.05），土壤樣品中ΣPAEs和殘膜量非參數檢驗在0.05水平呈顯著正相關（R=0.767，P=0.044）。地膜厚度5.6～6.85 μm范圍，8個采樣區域土壤ΣPAEs-膜厚平均值，SPSS相關分析，在0.05水平參數檢驗呈顯著負相關（R=0.786，P=0.021）。土壤中ΣPAEs和破碎度在0.01水平上顯著負相關（R=0.778，P＜0.01）。

圖5 阿克蘇地區土壤ΣPAEs與農產品ΣPAEs、殘膜量、破碎度、膜厚的線性回歸Figure 5 Linear regressions of ΣPAEs in soils and ΣPAEs in agro-products，plastic film residues，degree of size breakages，mulch film thickness in Akesu Region

Chen等[16]認為土壤PAEs濃度和Y（覆膜年限）、SOM（土壤有機質）、Clay-slit（黏粒比）、FeOx（鐵氧化物）成正比。新疆土壤有機質含量平均14.65 g·kg-1，黏粒含量平均值為1.52%。有機質含量跟全國10個城市農地土壤有機質含量14.0～33.3 g·kg-1有差距，黏粒比和全國10個城市農地土壤63.9%～92.7%的差距更明顯。在新疆地膜殘留量高背景條件下，土壤PAEs含量僅考慮土壤理化性質還不全面。本研究SPSS相關性分析結果表明，土壤PAEs含量和農膜殘留量呈正相關，和破碎度和農膜厚度呈負相關。因此新疆地區土壤PAEs濃度和X（農膜殘留率）、SOM（土壤有機質）、Clay-slit（黏粒比）、FeOx（鐵氧化物）、M（膜厚）的關系，參見公式（1）

3 結論

（1）阿克蘇地區土壤樣品中17種PAEs累積含量范圍為 0～1622 μg·kg-1，平均含量 180.2 μg·kg-1，檢出率95.7%，阿克蘇地區農產品樣品中17種PAEs累積含量范圍為0～2 430.1 μg·kg-1，平均含量190.6 μg·kg-1，檢出率93.6%。阿克蘇地區殘膜量0.1～42.1 kg·hm-2，殘膜膜厚 5.6～6.85 μm，破碎度 6.4～30.3 mg·塊-1。雖然新疆地區的地膜殘留率高于國內其他地區，但是不同種類的蔬菜水果PAEs含量較低，經ADI暴露量評估，長期暴露其風險指數HI值不足以導致生殖毒性。

（2）阿克蘇地區土壤、蔬果中的ΣPAEs濃度和棉花種植時間上未發現相關性（P＞0.05）。蔬果中ΣPAEs和土壤中ΣPAEs（n=94）在0.01水平上非參數檢驗顯著正相關（R=0.529，P＜0.01）。土壤樣品中ΣPAEs和殘膜量呈顯著正相關（R=0.767，P=0.044），土壤ΣPAEs-膜厚平均值呈顯著負相關（R=0.786，P=0.021），土壤中ΣPAEs和破碎度呈負相關（R=0.778，P＜0.01）。農田殘膜量、破碎度都和地膜膜厚有很直接的關系，提高地膜厚度有助于減少農田殘膜量、土壤和農產品PAEs污染。相關性分析結果提示南疆棉花轉產區PAEs污染關鍵控制點是降低農田殘膜量。

致謝：

新疆農科院質標所王成研究員、何偉忠副研究員對采樣方案設計和實施給予協助。賀澤英副研究員在英文摘要給予潤色，張鐵亮副研究員、王祖光同學參與了野外采樣，在此一并表示感謝！