皖東地質高背景區土壤重金屬污染分析及人體健康風險評價

江紅艷 王寅

摘要?針對皖東高地質背景區不同用地類型土壤和農作物中重金屬進行污染分析，并對該區域進行人體健康風險評價。結果表明，巖石風化形成的玄武巖質土壤中重金屬Cr、Ni超標率已達88%和68%;協同監測農產品（水稻、花生、玉米、甘薯）中重金屬污染指?數Pi均?小于1，農產品未超標。健康風險評價結果顯示，花生污染指數?HI?為0.97，水稻中Cu和Pb的最大污染指數分別達0.99和0.94，雖然皖東地質高背景區土壤目前不存在多種重金屬引發的人體健康風險，后期相關主管部門仍需要關注食用花生對人體健康風險以及水稻中的Cu和Pb環境質量問題，進行土壤和農產品的跟蹤協同監測。

關鍵詞?地質高背景;玄武巖風化;重金屬;人體健康風險評價

中圖分類號?X820.4?文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2020）14-0078-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.14.021

Abstract?Pollution of heavy metals in soils and crops of different land types with high geological background area in Eastern Anhui Province was analyzed， and human health risks were evaluated in this area.The results showed that the heavy metals Cr and Ni in basalt soil formed by rock weathering exceed the standard，over-standard rate reached 88%，68%.The heavy metal pollution index?Pi?of agricultural products （rice， peanut， corn， sweet potato） was all less than 1， and the agricultural products did not exceed the standard.At present，hazard index（?HI?）of peanut was 0.97， the biggest?HI?for Cu and Pb in rice reached 0.99 and 0.94 respectively.The results showed that heavy metal health risks in soil with high geological background area did not exist a variety of human health risk， but related departments?still need to focus on food safety with the human health risk of peanuts and environment quality of Cu and Pb in rice for tracking and collaborative monitoring of soil and agricultural products.

Key words?High geological background area; Basalt weathering; Heavy metals;Human health risk assessment

根據生態環境部2014 年發布的《全國土壤污染狀況調查公報》[1]，全國土壤環境狀況總體不容樂觀，部分地區土壤污染較重，耕地土壤環境質量堪憂。工礦業、農業等人為活動以及土壤環境背景值高是造成土壤污染或超標的主要原因[2]。全國土壤總超標率為16.1%，其中耕地土壤點位超標率為19.4%，輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為13.7%、2.8%、1.8%和1.1%，主要污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛、滴滴涕和多環芳烴。耕地土壤質量是糧食安全生產的前提，研究發現[3-4]，重金屬可以通過食物鏈在人體和其他生物體內富集，從而對人類健康產生威脅。近年來，我國由于土壤重金屬污染所引發的食品安全問題也是頻頻發生，日漸成為廣大民眾關心的熱點問題。如2013年5月，廣州市食品相關部門在抽樣檢測了18個批次的大米及米制品后，發現有44.4%的大米樣品中的Cd含量超標[5]。

目前，大量學者報道了關于耕地污染中人為源的重金屬污染的研究[6-8]，但對于高背景值區的土壤重金屬污染研究還尚未深入，耕地土壤重金屬的含量與糧食安全以至于人體健康有著密切聯系。因此，有必要進行地質高背景區域土壤和作物中重金屬污染超標的狀況評價，并評估對于人體健康的風險。

筆者基于《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 15618—2018）、《土壤環境監測技術規范》（HJ/T 166—2004）、《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）和《糧食（含谷物、豆類、薯類）及制品中鉛、鉻、鎘、汞、硒、砷、銅、鋅8種元素限量》（NY 861—2004）等標準規范，開展皖東高地質背景區土壤和農作物中重金屬污染分析，并進行人體健康風險評價，以便為研究區農業主管部門農產品的安全利用提供科學支撐。

1?材料與方法

1.1?研究區概況?研究區位于皖東丘陵地帶，118°25′ ～ 118°30′E，32°38′ ～ 32°43′N，地貌整體屬江淮波狀平原區，地貌類型以丘陵、淺丘及波狀平原為主，分布有以河流沖積物母質、黃土母質、變質巖類風化物母質為主的類成土母質。相對皖東地區土壤基準值Ni、Co富集特征最明顯，貧As、Au、Hg、Rb、W元素。構造位置上處于蘇北盆地北緣，其玄武巖年齡為0.53 ～ 0.73 Ma，為中更新世火山噴發產物，隸屬于桂五組女山火山口。研究指出，女山巖石中微量元素Ni、Cr含量均在2 000 mg/kg以上[9]，該研究區為典型的地質高背景帶。研究區主要種植結構為水稻-小麥輪作方式，一年兩季，部分輪作玉米、花生和甘薯，周邊無發達工業，未見顯著的區域性人為污染。

由研究區農用地表層土壤重金屬檢測結果可知，調查區域內采集的59件農用地表層土壤樣品中重金屬（As、Pb、Cr、Cu、Zn、Cd、Hg和Ni）部分土壤樣品超過其pH范圍對應的風險篩選值。農用地重金屬超標情況見表4，其中重金屬Cd超標率為15.3%，Zn超標率為5.1%，Ni超標率為72.9%，Cr超標率為62.7%。

由研究區林地土壤重金屬檢測結果可知，調查區域內采集的50件林地土壤樣品中重金屬（As、Pb、Cr、Cu、Zn、Cd、Hg和Ni）部分土壤樣品超過其土壤pH對應的風險篩選值，重金屬超標情況見表4，其中重金屬Cd超標率為6%（超標樣品數3件），Zn超標率為6%，但Ni超標率高達88%，Cr超標率高達68%。

由表4可知，農田土壤重金屬超標元素中Ni和Cr的最大污染指數及超標率較大，Ni為4.42和72.9%，Cr為4.47和62.7%。同時林地土壤重金屬超標元素中Ni和Cr的最大污染指數及超標率仍較大，Ni為4.16和88.0%，Cr為3.76和68%。

綜上，無論是農田土壤還是林地土壤，巖石經過風化后表層土壤中Ni和Cr含量仍較高，且林地土壤重金屬超標情況整體大于農田土壤樣品。

2.2?不同用地類型土壤重金屬污染的相關性分析

研究區內109件表層土壤樣品中有59件樣品為農用地土壤，50件樣品為林地土壤，農用地和林地土壤中Ni的超標率分別為72.9%和88%，農用地和林地土壤中Cr的超標率分別為62.7%和76.0%。由此可知，不同用地類型中重金屬Ni、Cr的超標率表現為林地>農用地。

根據樣品的分析檢測結果，通過ArcGIS 10.2軟件分析，繪制出研究區內重金屬Ni和Cr的濃度超標倍數分級。由圖2可知，Ni、Cr含量較高的區域分布于地勢較高的山體之上，在村民聚居、地勢較低的區域Ni、Cr含量相對較低。該地質高背景區農田表層土壤是屬于玄武巖風化較高區域，林地土壤是位于巖石集中、風化程度越小的山體區域，其重金屬Ni、Cr含量較農田土壤高。

綜上，玄武巖作為具有高Cr、Ni地質背景的火成巖，其風化形成的玄武巖質土壤中仍具有高的Cr、Ni含量。相對風化程度越小的區域，土壤中的重金屬含量越高。

2.3?地質高背景區農產品重金屬污染指數分析

按照土壤盡可能均勻布設且與表層土壤監測點位并點布設的原則，在研究區農用地采集19件農產品。農產品與表層土壤監測點位并點設置，采集的不同農產品（水稻、玉米、花生、甘薯）中重金屬單因子污染指數和綜合污染指數評價結果見表5。由表5可知，不同作物中重金屬的最大污染指數均小于1，表明農產品未超標，質量安全。綜合污染指數評價結果顯示，水稻和甘薯中最大綜合污染指數分別為0.77和0.74，屬于0.7

綜上，無論是單因子污染指數法還是綜合污染指數法，結果均顯示該區域采集的農產品污染評價結果為未超標，尚未產生污染風險。但研究發現水稻中Cu和Pb的最大污染指數分別達0.99和0.94，甘薯中Pb的最大污染指數達0.95，仍需關注該區域農產品的安全問題。

2.4?高地質背景區農產品的人體健康風險評價

采用美國環保局（EPA）綜合風險信息系統創建的非致癌評價方法對地質高背景區食用農產品（水稻、玉米、甘薯、花生）的人體健康風險進行了評價，結果見表6。不同農產品中As、Pb、Cr、Cu、Zn、Cd和Hg的風險系數HQ值和總風險指數HI值均小于1，說明居民攝食該地質高背景區的農產品沒有明顯的負面健康風險影響。對于居民主要的糧食作物水稻而言，水稻中不同重金屬的風險系數HQ表現為Cu>Pb>Zn>As>Cd>Cr>Hg，Cu和Pb的風險系數相對其他幾種重金屬較高，該健康風險評價的結果與前述水稻重金屬環境質量評價結果一致。但農產品中花生的總風險指數HI為0.97，風險指數較高，目前未見明顯的負面影響，但后期仍需加強跟蹤監測。

3?結論

（1）地質高背景使農田土壤重金屬Cr、Ni普遍超標，林地土壤和農田土壤都表現出高含量的Cr、Ni，相對風化程度越小的區域，土壤中的重金屬含量越高，超標情況總體表現為林地>農用地。

（2）不同作物中重金屬的單因子污染指數均小于1，農產品未超標。水稻和甘薯中最大綜合污染指數分別為0.77和0.74，0.7

（3）水稻中Cu和Pb的最大污染指數分別達0.99和0.94，且不同重金屬的風險系數HQ結果顯示，表現為Cu>Pb>Zn>As>Cd>Cr>Hg，說明環境質量評價與人體健康風險評價的結果一致。

（4）皖東地質高背景區農產品目前不存在多種重金屬引發的人體健康風險，建議后期相關主管部門仍需要關注食用花生對人體的健康風險，水稻中Cu和Pb環境質量問題，進行土壤和農產品的跟蹤協同監測。

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