川東地區谷類重金屬污染狀況及健康風險評價

陳春壇,李亞闌,唐 麗,周鈺瀟,潘聲旺,孫晉睿,3

(1.四川文理學院 化學化工學院,四川 達州 635000；2.成都大學 食品與生物工程學院,四川 成都 610106；3.攀枝花市西區環境監測站,四川 攀枝花 617000)

0 引 言

土壤污染狀況直接關系到農產品的安全，隨著人民生活水平的提高，人們開始關注農產品中重金屬對人體健康的影響，尤其是毒害作用較大的汞(Hg)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)和砷(As)[1-3].四川盆地作為西南農產品的重要生產基地，已有文獻對盆地內主要農產品重金屬的含量情況進行研究，但多以成都平原的典型平原區域為主，而針對四川盆地非平原區農作物重金屬污染狀況分析的研究鮮有報道[4-5].為了解四川盆地非平原區域主要谷類的重金屬污染狀況，本研究對盆地東部某縣2018年采集到的稻谷、小麥及玉米等典型食用谷類中重金屬Cd、Hg、As、Pb與Cr進行檢測，分析其污染狀況，評價其對人體健康的風險，擬為相關監管部門提供參考.

1 材料與方法

1.1 研究區域

研究區域為四川盆地東部某縣，位于北緯30°92′～32°20′，東經103°29′～108°23′范圍內，平均海拔880～1 050 m，屬于四川盆地東部平行嶺谷區、盆中丘陵區及盆周低山區連接地，屬中亞熱帶季風性濕潤氣候類型，年平均氣溫18.6 ℃，夏半年光熱水充沛，冬半年多陰雨寡照，年降水量1 086.2 mm，土壤主要為稻谷土和紫色土，主要農作物類型有稻谷、玉米、小麥及蔬菜等.

1.2 采樣與檢測

結合該地區谷物種植區域布局，本研究對區域內13個典型區域按HJ/T166—2004《土壤環境監測技術規范》[6]設置218個采樣點，對當地3種主要谷物進行采集.其中，沿河流稻谷主產區7個典型區域，每個區域按系統隨機法布設稻谷、小麥、玉米采樣點9個、3個、3個；丘陵混合種植區4個典型區域，每個區域按地形分布特點分塊隨機各布設采樣點5個；山區坡地2個典型區域，每個區域按地形分布特點設置稻谷、小麥、玉米采樣點分別為3個、8個、8個.樣品的采集為谷物成熟后直接在田間按梅花形采集5～7個樣品后組成1份混合樣，全年采集稻谷、玉米、小麥混合樣各94份、62份、62份，共計218份.

樣品中重金屬的分析測定方法為：Hg采用GB5009.17-2014《食品中總汞及有機汞的測定》中原子熒光光譜分析法測定；Pb采用GB5009.12-2017《食品中鉛的測定》中石墨爐原子吸收光譜法測定；Cd采用GB5009.15-2014《食品中鎘的測定》中石墨爐原子吸收光譜法測定；Cr采用GB5009.123-2014《食品中鉻的測定》中石墨爐原子吸收光譜法測定；As采用GB5009.11-2014《食品中總砷及無機砷的測定》中氫化物發生原子熒光光譜法.

1.3 評價標準及方法

以GB2762-2017《食品中污染物限量》為評價依據，選取Cd、Hg、As、Pb及Cr為評價指標，各評價指標的限制見表1.

表1 食品中污染物限量

1.4 評價方法

1.4.1 污染狀況評價方法

谷類中重金屬污染狀態擬采用單因子污染指數法和內梅羅綜合污染指數法進行評價[1,7]，目前，這兩種方法已經在蔬菜與稻谷等農產品重金屬污染評價方面得到廣泛應用[7-8].

1)單因子污染指數法.單因子污染指數法，是指某種重金屬污染物的實測值與該重金屬的評價標準的比值，用得出的比值對土壤環境的污染程度進行評判分級，可確定土壤的污染程度.

單因子污染指數法計算方法如下，

(1)

式中，Pi為某重金屬元素的單因子污染指數；Ci為樣品中某重金屬元素含量的平均值；Si為食品中污染物限量.不同的單因子污染指數對應的土壤污染程度分級見表2.

表2 土壤單項污染程度分級標準

2)內梅羅綜合污染指數法.由于單因子指數只能反映各個重金屬元素對土壤的污染程度，不能全面地反映土壤的污染狀況，而內梅羅綜合污染指數兼顧了單因子污染指數平均值和最高值，全面反映各污染物的作用，突出高濃度重金屬對蔬菜及谷物品質的影響.實際運用中，常根據評估需求，將二者結合使用，相互補充.

內梅羅綜合污染指數計算方法如下，

(2)

式中，P綜為內梅羅綜合污染指數；max(Pi)為多種重金屬單因子中的最大值；Pi為某種重金屬的單因子指數；n為重金屬種類數.內梅羅綜合污染指數高低對應的土壤污染程度分級見表3.

表3 土壤綜合污染程度分級標準

1.4.2 健康風險評估

本研究擬采用目標危害系數(THQ)法[9-10]對3種谷類中重金屬含量對人體健康風險進行評估.THQ法可同時評價單項重金屬和多種重金屬復合暴露的健康風險.該方法是基于污染物吸收劑量等于攝入劑量，以人體攝入污染物劑量與其參考劑量的比值作為評價標準.THQ值越大表明該污染物對人體健康風險越嚴重.

1)單項重金屬元素健康風險評價為，

(3)

式中，THQ為單項重金屬元素的目標危害系數,其余各參數名稱和取值見表4.

表4 谷物健康風險分析參數取值

計算結果中，THQ≤1表示該重金屬對暴露人群沒有明顯的健康風險，THQ>1表示該重金屬對暴露人群人體健康存在風險，值越高風險越大.

2)多種重金屬元素復合健康風險評價為，

(4)

式中，TTHQ為多種重金屬元素的復合目標危害系數.

計算結果中，TTHQ≤1.0表示不會威脅人體健康，TTHQ>1.0表示可能受到重金屬的危害，TTHQ>10.0表示可能已經存在慢性毒性效應[3].

2 結果與分析

2.1 谷類中重金屬含量

本研究對采集的稻谷、玉米及小麥進行重金屬檢測，并統計其檢出率和超標率(見表5).其中可被檢測出的樣品中重金屬含量范圍為：Cd，0.004 0～0.270 0 mg/kg；Hg，0.001 6～0.026 0 mg/kg；As，0.005 0～0.211 0 mg/kg；Pb，0.007 6～0.140 0 mg/kg；Cr，0.021 0～0.367 0 mg/kg.不同谷類樣品中重金屬含量見表6.

表5 樣品檢出率和超標率/%

表6 3種谷類重金屬含量范圍

由表6可知，3種谷類的重金屬含量高低為Cr>Cd>As>Pb>Hg.其中，Cd、As及Pb在稻谷中含量高于其余兩種谷類作物，Cr在小麥中含量高于稻谷和玉米，Hg在小麥中含量最低.稻谷和小麥中分別有3個和2個樣品的Cd含量超過GB2762-2017《食品中污染物限量》中規定的0.2 mg/kg(稻谷類)、0.1 mg/kg(除稻谷外的其他谷類)標準要求，稻谷和玉米中各有2個樣品中的Hg超過GB2762-2017《食品中污染物限量》中規定的0.02 mg/kg要求.As、Pb及Cr在3種谷類中的含量均滿足GB2762-2017《食品中污染物限量》中相應要求.經對樣品采集地來源追蹤分析，重金屬超標樣品均來自礦山開采區附近的耕地，說明礦山開采對土壤和農作物中重金屬的積累有一定影響.

2.2 重金屬污染狀況評價

稻谷、玉米及小麥中重金屬的單因子污染指數和綜合污染指數及其評價結果見表7.

表7 3種谷類污染狀況表

從表7可以看出，3種谷類中重金屬的單因子污染指數均小于1，說明該研究區域3種谷類中Cd、Hg、As、Pb及Cr整體污染水平為清潔狀態，其中污染指數最高的重金屬元素為Cd，尤其是在小麥中的單因子指數最高.因此,應關注Cd在3種谷類中的污染狀況.對3種谷類中的綜合污染指數進行分析，小麥的綜合污染指數為0.643 2，小于0.7，處于清潔的安全狀態，但應警惕其朝警戒狀態發展；由于稻谷和玉米中單份樣品的Cd和Hg濃度較高使兩種谷物的綜合污染指數均大于0.7，處于尚清潔的警戒線范圍內，應對該兩種谷類中Cd和Hg特別警惕，尤其是對在礦山附近區域種植的稻谷和玉米建議采用小麥或其他作物替代.

2.3 健康風險評價

本研究利用THQ法對3種谷類中5種重金屬對成人和兒童的健康風險影響進行評價，分別計算THQ值和TTHQ值，結果見表8.

表8 3種谷類中重金屬對人體健康影響表

根據表8，從單項重金屬健康風險影響分析，每種重金屬對成人和兒童的THQ值均小于1，其對人體健康風險處于沒有明顯影響狀態，但稻谷和小麥中Cd和Cr的THQ值均有大于0.5，相對其他污染重金屬處于較高值，雖暫時不會引起人體健康風險，但應警惕隨著環境的變化其THQ值的升高.

從5種重金屬的TTHQ值來分析，稻谷和玉米的TTHQ值均小于1，其中玉米最低，兩種谷物處于不會威脅人體健康狀態.小麥對成人和兒童的TTHQ值均大于1，但比例未超過10%，其整體風險性不高，處于剛好可能受到重金屬危害的邊緣狀態.雖然調查區域的小麥中多種重金屬疊加在一起可能對成人和兒童的健康存在一定風險，但經調查，該地區主要以稻谷為主食，因此小麥的重金屬復合危害對該地區人體健康的影響極小.為更好改善該地區谷物的重金屬危害風險性，應警惕該區域類多種重金屬在農作物中的復合污染引起的人體健康問題，同時，應加強對土壤、耕作、灌溉、施肥及農藥等可能造成重金屬復合污染的措施管理.

3 結 論

本研究通過對四川盆地東部某區域的稻谷、玉米及小麥的代表性種植區域樣品的采集，并進行了重金屬含量分析，分析結果顯示：3種谷類的重金屬含量高低順序為Cr>Cd>As>Pb>Hg，其中Cd、As及Pb在稻谷中含量高于小麥和玉米，Cr在小麥中含量高于稻谷和玉米，Hg在小麥中含量最低.對稻谷、玉米及小麥3種谷類中5種重金屬進行單因子污染指數和內梅羅綜合污染指數評價，結果顯示：3種谷類中單項重金屬的單因子污染指數均小于1，表明該研究區域3種谷類中的Cr、Cd、As、Pb及Hg整體污染水平為清潔狀態；綜合污染指數中小麥為3種谷類中最低，且小于0.7為安全狀態；稻谷和玉米的綜合污染指數均大于0.7，處于可能輕微污染狀態.對稻谷、玉米及小麥3種谷類中重金屬的健康風險評價顯示：所有單項重金屬的THQ值均小于1，對人體健康風險沒有明顯的影響；總健康風險中稻谷和玉米的成人和兒童TTHQ值均未超過1，處于不會威脅人體健康狀態；小麥的成人和兒童TTHQ值均大于1，處于可能受到危險的邊緣狀態，建議加強相應措施管理.