焦化廠周邊土壤—玉米系統重金屬污染風險評價

劉子姣，范智睿

（山西農業大學資源環境學院，山西太谷030801）

土壤質量的好壞直接關系到各種以土壤為生長基質的農產品質量安全和人類生命健康，特別是工農業生產對于土壤的污染最為直接。近年來，工業發展速度逐漸加快，人類發展與環境之間的矛盾日漸尖銳并呈現難以調和的趨勢。在一系列環境問題中，重金屬污染事件發生的概率極高，并且土壤中重金屬元素的含量也在不斷增長[1-8]，這將逐漸對人類的正常生存和生命健康造成越來越嚴重的威脅和危害。

焦化廠周邊的粉塵中含有大量的重金屬元素，一旦被人吸入會對人體造成很大的危害[9]；粉塵沉降落入周邊農田土壤，可能會增加土壤中重金屬污染物含量，重金屬在農田中的過量積累對農作物會造成一定程度的影響，特別是汞和鎘會在農作物種子中累積，這對于玉米、高粱等生產籽實的作物危害極大，并且這類重金屬元素在農作物籽實或種子內的生物富集系數較高，其污染物會隨著食物鏈富集，或者通過人類進食進入人體，對人體的潛在危害性極大[10-13]。所以，對于農田土壤- 玉米系統的調查研究顯得尤為重要。

本研究對太谷縣某焦化廠附近農田玉米地土壤和玉米籽粒中的的重金屬污染狀況進行調查分析，并根據調查研究結果進行生態風險評價和人體健康風險評價，旨在為焦化廠周邊農田土壤的保護與治理，以及防止重金屬通過食物鏈生物富集方式危害人體健康提供科學的理論依據。

1 材料和方法

1.1 樣品采集

2018 年10 月，在太谷縣某焦化廠周邊的代表性農田中選取30 個樣點進行土壤樣品采集，同時從相對應土壤樣品位點采集30 份玉米籽粒樣品。

1.2 測定項目及方法

測定土壤樣品的pH 值和土壤中8 種重金屬元素（Cd、Cr、As、Hg、Pb、Cu、Zn、Ni）的含量，玉米籽粒樣品測定7 種金重屬元素（Cr、Pb、Cd、As、Hg、Cu、Zn）含量。其中，Cd 元素含量采用石墨爐原子吸收分光光度計測定；Hg、As 元素含量采用原子熒光光度計測定；Pb、Cr、Cu、Zn、Ni 元素含量采用原子吸收分光光度計測定[11]。并計算玉米籽粒中重金屬含量的富集系數。

1.3 土壤污染評價方法

1.3.1 生態風險評價 根據被調查焦化廠日常生產排放和周邊可能受污染農田的實際情況，采用潛在生態風險指數（RI）法[15-16]進行生態風險評價。

具體的潛在生態風險（即潛在生態危害系數和危害指數與環境污染程度之間的相關關系）的分級情況如表1 所示。

表1 潛在生態風險分級情況

1.3.2 人體健康風險評價 為了研究太谷縣焦化廠附近農田受污染情況，采用靶標危害系數法[17]對該區域進行了玉米食用健康風險評價，其靶標危害

表2 靶標危害系數法參數

1.4 數據處理

采用Excel 軟件對試驗數據進行相關分析和統計處理。

2 結果與分析

2.1 焦化廠周邊玉米地土壤重金屬含量分析

表3 焦化廠周邊玉米地土壤樣品中重金屬含量

經測定，太谷縣焦化廠附近農田土壤的pH 平均值為8.32，變化范圍是7.97～8.54，變異系數為15%，該地為堿性土壤，晉中市的主要土壤類型為褐土。由表3 可知，該焦化廠周邊土壤的部分重金屬分布不均勻，尤其是以Zn、Cr 和Hg 這3 種元素的分布不均性比較明顯，說明它們可能比較容易受到外部污染源的干擾。采樣點土壤中Hg、Pb、Zn、Cr這4 種重金屬元素的平均含量均超出了晉中市土壤環境背景值[17]，而As、Cu、Cd 和Ni 的平均含量均未超出背景值。

2.2 焦化廠周邊玉米地土壤重金屬污染潛在生態風險評價

表4 焦化廠周邊玉米地土壤重金屬單項潛在生態風險指數和污染等級

表5 焦化廠周邊玉米地土壤重金屬綜合潛在生態風險指數和污染等級

從表4 可以看出，該區域玉米地土壤受重金屬污染情況除Hg 的單一潛在生態風險指數平均值達到了53.80，屬于中度危害以外，其余重金屬元素均屬于輕度危害水平。Hg 的最大值高于160，已經達到了強度危害的水平，極有可能對所生產玉米的質量安全造成影響，應引起相關環保部門和食品安全部門的警惕和重視。由表5 可知，該調查區域玉米地土壤重金屬綜合潛在生態風險指數RI 平均值為109.93，屬于輕度危害水平。部分采樣點存在潛在生態風險指數較高的情況，原因可能是由于受污染較嚴重，但是目前來看還處在安全和可控的范圍。

2.3 焦化廠周邊玉米地土壤重金屬污染人體健康風險評價

表6 為焦化廠周邊土壤種植的玉米籽粒的重金屬含量檢測結果。參照我國農業行業標準（NY 861—2004）中糧食（含谷物、豆類、薯類及制品中）各重金屬的限量標準（Cr、Pb、Cd、As、Hg、Cu、Zn 分別為為1.0，0.4，0.05，0.7，0.02，10，50 mg/kg），從表6 可以看出，所采集玉米籽粒樣品中重金屬含量均未超出該標準，可放心食用。

表6 焦化廠周邊玉米籽粒中重金屬含量檢測結果 mg/kg

從表7 可以看出，玉米籽粒對于土壤中不同重金屬元素的富集程度存在較為顯著的差異，其富集系數大小排序為Zn＞Cu＞Cd＝Hg＞As＞Cr＞Pb，其中，Zn 元素的富集系數最高，為0.11。

表7 玉米籽粒重金屬富集系數

由表8 可知，玉米籽粒中重金屬元素Pb、Cd、Hg、As、Cr 的EDI 值均未超過參照值RFD[17]，并且數值均小于1，說明太谷縣焦化廠附近農田種植的玉米重金屬元素對人體健康的損害風險并不大。

表8 太谷縣焦化廠周邊玉米地重金屬污染健康風險評價

從表8 可以看出，成人和兒童的總危害指數 （HI）分別是0.001 7 和0.001 0，均小于1；成人和兒童的各重金屬元素的THQ 值大小順序均為As＞Cr＞Hg＞Pb＞Cd，其中，As 的THQ 值占總危害指數（HI）的比例最大，為70.4%。由此可知，太谷縣焦化廠周邊農田土壤中重金屬元素As 的污染對附近居民和食用該區域所產玉米的人群所造成的人體健康危害風險較大。

3 結論

本研究通過對太谷縣焦化廠周邊的玉米地農田土壤進行重金屬污染潛在生態風險評價發現，只有重金屬元素Hg 達到了中等危害程度，其他元素如Ni、Cd、Zn 等目前都屬于輕度危害水平。

玉米籽粒中Cr、Pb、Cd、As、Hg、Cu、Zn 這7 種元素的平均含量均低于我國糧食中重金屬元素含量限量標準（NY 861—2004），可放心食用。

在對太谷縣焦化廠周邊玉米地農田土壤進行重金屬污染健康風險評價后發現，該地區出產的玉米籽粒中重金屬元素Pb、Cd、Hg、As 和Cr 的THQ值均小于1，所以太谷縣焦化廠附近居民經玉米途徑攝入的單一污染元素對人體健康的損害風險并不大；上述5 種重金屬污染疊加后對于成人和兒童的總危害指數分別是0.001 7 和0.001 0，均小于1，說明5 種有毒的重金屬元素疊加后對成人和兒童的總體健康風險不高。