南渡河沿岸水稻田土壤有機氯農藥污染及健康風險評價

摘要：采集雷州市南渡河上、中、下游26個土壤樣品，利用氣相色譜法測定殘留在土壤中的有機氯農藥，并利用健康風險評價模型和主成分分析對廣東省雷州市南渡河沿岸水稻田土壤中有機氯殘留所致風險進行評價。結果表明，南渡河沿岸水稻田土壤中六氯苯、o，p′-滴滴伊、p，p′-滴滴伊、o，p′-滴滴滴、p，p′-滴滴滴、o，p′-滴滴涕、α-666等均有檢出，其中六氯苯檢出率最高，為96.15%，p，p′-滴滴伊檢出率為92.31%，p，p′-滴滴滴和o，p′-滴滴涕檢出率分別為84.62%和76.92%。這些成分是農用地土壤有機氯殘留的主要污染來源，其中DDT異構體p，p′-滴滴滴、o，p′-滴滴涕、p，p′-滴滴伊、o，p′-滴滴伊、o，p′-滴滴滴5個變量在第一主成分上有較高載荷，可能與過去噴施三氯殺螨醇有關。流域內有機氯農藥殘留差異明顯，總體表現為中游＞下游＞上游。健康風險評價結果顯示，各類有機氯污染對人體的健康風險較低，屬于可接受水平。

關鍵詞：有機氯農藥污染；水稻田；土壤；健康風險；雷州市南渡河

中圖分類號：X820.4" " " " "文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2023）03-0149-08

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.03.024 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Soil organochlorine pesticide pollution and health risk assessment

in paddy field along Nandu River

WANG Jing， CHEN Bi-shan， YE Lin-hai， LU Zhi-qing， ZHONG Shi-ming，

LI Yan-song， LI Ye， FENG Ting-ting， SONG Jun-xia

（School of Geographical Sciences， Lingnan Normal University， Zhanjiang" 524048， Guangdong， China）

Abstract： 26 soil samples were collected from the upper， middle and lower reaches of Nandu River in Leizhou City， Guangdong Province， and the residual organochlorine pesticides in soil were determined by gas chromatography. The health risk assessment model and principal component analysis were used to evaluate the risk caused by organochlorine residues in rice soil along the Nandu River in Leizhou City， Guangdong Province. The results showed that hexachlorobenzene， o，p′-DDE， p，p′-DDE， o，p′-DDD， p，p′-DDD，" "o，p′-DDT， α-HCH were detected in rice fields and soils along the Nandu River. The detection rate of hexachlorobenzene was the highest， which was 96.15%， and the detection rate of p，p′-DDE was 92.31%. The detection rates of p，p′-DDD and o，p′-DDT were 84.62% and 76.92%， respectively. These components were the main pollution sources of organochlorine residues in agricultural soil. Among them， DDT isomer p，p′-DDD， o，p′-DDT， p，p′-DDE， o，p′-DDE， o，p′-DDD had a higher load on the first principal component， which might be related to the past application of dicofol. There was a significant difference in organochlorine pesticide residues in the basin， and the overall performance was middle reaches gt; lower reaches gt; upper reaches. Health risk assessment results showed that all kinds of organochlorine pollution to human health risk was low， and belonged to the acceptable level.

Key words： organochlorine pesticide pollution； rice fields； soil； health risks； Nandu River in Leizhou City

有機氯農藥（Organochlorine pesticides，OCPs）具有高效、低成本、廣譜殺蟲和使用方便等特點。OCPs在中國20世紀50年代之后大量使用［1］，因其結構獨特，化學性質穩(wěn)定［2］，在環(huán)境中難以生物降解，且具高毒性、易通過食物鏈生物富集等特點，對環(huán)境污染嚴重［3-5］。難降解的有機氯農藥在土壤中殘留期可達二三十年之久，自1983年中國禁止生產和使用有機氯農藥至今，有機氯農藥仍普遍存在于國內土壤中，其不僅對生態(tài)環(huán)境及人體健康造成危害，也會改變污染土壤的工程性質進而影響上部建筑物安全，是土地開發(fā)利用過程中不可忽視的重要問題［6］。農田土壤質量好壞直接影響作物的質量和數量，進而通過食物鏈影響人體健康。農藥是一類有毒化學品，雖然它的使用可以提高作物產量，但對環(huán)境及人體健康產生的危害也相應而生［7］。有機氯農藥作為持久性有機污染物（Persistent organic pollutants，POPs）的一種，由于其具有致癌、致畸、致突變效應［8］，引起了全球性關注。在生態(tài)環(huán)境部、科學技術部、國家自然科學基金委員會等組織的高度關注和積極推動下，開展了一系列POPs監(jiān)測技術研發(fā)的科研項目，突破了衡量POPs監(jiān)測的技術難題［9］，中國的POPs監(jiān)測技術日益成熟。在土壤環(huán)境中，有機氯農藥通過食物鏈生物的富集現象更加明顯。有機氯農藥進入人體，可以積累、富集在人體組織器官中，給人體帶來健康危害問題［10］。土壤中的有機氯農藥被生長中的農作物吸收，這些農作物被人類食用后，它的危害成倍數放大［11］。不同人群出現的健康狀況不同，如食用有機氯農藥超標食物的女性人群，患乳腺癌、子宮癌等生殖器官惡性腫瘤和子宮內膜疾病的概率顯著增大。懷孕期間的女性食用被有機氯農藥污染的食物，胎兒的智力發(fā)育與神經系統(tǒng)易受到影響，可能會導致所生胎兒智力障礙。對于男性群體而言，暴露在有機氯農藥環(huán)境或食用被有機氯農藥污染的食物，可能會影響其生殖機能，甚至造成胚胎發(fā)育障礙、子代發(fā)育不良等現象［11］。

雷州半島地處中國大陸南端，屬于熱帶季風氣候北緣，作物熟制一年兩熟至三熟，土壤肥沃，是中國傳統(tǒng)的農業(yè)高產區(qū)。過去大量使用有機氯農藥，使該地區(qū)農產品安全性問題受到廣泛關注，因而對雷州半島典型區(qū)域土壤有機氯農藥污染狀況進行調查研究有重要意義［12］。南渡河發(fā)源于廣東省遂溪縣坡仔村，橫貫雷州半島，西達北部灣，東入南海。南渡河是雷州市的重要供水源地，河畔的1.47×104 hm2糧區(qū)是素有“廣東糧倉”之稱的雷州東西洋，自西向東奔流88 km的南渡河水量充沛，是連片高產農田的主要灌溉水源，確保了糧田的豐收，也是雷州市生活備用水源，更是解決雷州半島西南部干旱問題的希望之源［13］。本研究對廣東省雷州市南渡河沿岸水稻田有機氯農藥污染狀況進行調查，明確其分布特征及主要來源，并對南渡河沿岸土壤有機氯農藥污染的生態(tài)風險和健康風險狀況進行評價，以期為水稻田土壤污染修復和管理提供數據支撐；同時為南渡河沿岸建設、發(fā)展高效優(yōu)質的水稻種植業(yè)提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

本研究于2021年7月在廣東省雷州市南渡河沿岸水稻田進行野外考察并采集土壤樣品，樣品采集采用梅花型布點法，采樣過程中避開秸稈焚燒及施用大量家禽糞便的水稻田，使用PVC管、不銹鋼鐵鏟、塑料膠錘等器具采集表土，每個土壤取樣點采集深度為0～20 cm，并進行均勻混合。共采集土壤表土樣點26個，采樣時均使用GPS定位，樣點分布如圖1所示，土壤樣品使用密封袋裝袋后帶回土壤實驗室。

1.2 樣品處理

在土壤實驗室將土壤樣品自然風干，剔除植物根系、石塊等雜物，采用石英研缽將土壤研磨充分，過100目篩后送往黑龍江省農業(yè)科學院農產品質量安全研究所（農業(yè)農村部谷物及制品質量監(jiān)督檢驗測試中心）進行有機氯農藥含量測試分析。樣品測試采用氣相色譜法，主要測試步驟如下：取2份10 g的土壤樣品，一份加入無水硫酸鈉進行脫水處理，另外一份用來測定干物質含量。將土壤樣品轉移到萃取罐中，加入30 mL丙酮-正己烷混合溶液，微波萃取后收集提取液。繼續(xù)將樣品分別進行索氏提取與加壓流體萃取，收集提取液。在玻璃漏斗中墊一層玻璃纖維濾膜，加入5 g無水硫酸鈉，將提取液經漏斗加入到濃縮裝置中，再用10 mL丙酮-正己烷混合溶液洗滌容器，同樣經漏斗倒入濃縮裝置中。在45 ℃條件下將提取液濃縮至1 mL。用滴管將提取液轉移至硅酸鎂固相萃取柱上，棄去流出液，加入" 2 mL丙酮-正己烷混合溶劑，收集洗脫液，繼續(xù)洗滌小柱，直到收集的洗脫液為10 mL為止。將洗脫液濃縮定樣后進行進樣、檢測，記錄目標物的保留時間、峰高或峰面積，空白試樣的測定按照與試樣測定相同的儀器分析條件進行測定，以確保試驗精度。

1.3 主成分分析

主成分分析是利用“降維”的思想，考慮各變量之間的相互關系，將多個指標轉換為少數幾個互不相關的指標，用較少的變量去解釋原始數據中的大部分變異。主成分分析的優(yōu)點是每個主成分均是原始變量的線性組合，且各主成分之間互不相關，減少了信息的交叉［14］，這就使得主成分比原始變量具有某些更優(yōu)越的性能。主成分分析的方法普遍運用在科學研究中［15，16］。本研究利用SPSS 25軟件對南渡河沿岸26個水稻田土壤樣品中14種OCPs進行了主成分分析，分析水稻田土壤有機氯農藥殘留狀況。

1.4 土壤污染的人體健康風險評價

使用PBCA（Risk-based corrective action）模型作為健康風險評價方法，該模型將化學物質分為非致癌與致癌兩類物質［17］，根據美國環(huán)保署的設定將可接受的致癌風險的下限規(guī)定為10-6，上限則規(guī)定為10-4，非致癌風險危害標準設定為1［18］。將該模型稍加改進，采用致癌風險指數（CRI）、非致癌風險指數（NRI）與日均暴露量（CDI），對暴露于土壤有機氯農藥的研究區(qū)域人群進行健康風險評價。計算公式參考梁曉暉等［4］、施烈焰等［18］，賈曉洋等［19］的研究方法，所需參數參考梁曉暉等［4］的研究與國家環(huán)境保護標準《建設用地土壤污染狀況調查技術導則》（HJ 25.3—2019）［20］。

2 結果與分析

2.1 土壤中有機氯農藥殘留特征

由表1可以看出，在研究區(qū)土壤中OCPs殘留檢出率為25.58%，說明OCPs在禁用20多年后，至今在土壤中的殘留量已經逐漸降低。從OCPs的含量檢出范圍來看，土壤中OCPs殘留量顯示出較大的離散性。從OCPs殘余負荷量分級比例來看，小于50 μg/kg的樣品占參檢土樣數的100%，即全部土壤樣品中OCPs含量均低于安全限量標準。土壤有機氯農藥主要包括HCHs和DDTs，土壤中殘留的DDTs平均含量遠大于HCHs，檢出率為55.13%，這表明目前土壤環(huán)境中的DDTs是OCPs中最主要的殘留污染物。其主要原因可能是南渡河沿岸地區(qū)長期使用的OCPs中，無論是工業(yè)污染殘留還是農業(yè)污染殘留，DDTs的使用量要遠大于HCHs，從而導致DDTs含量較高。從DDTs殘留量的級別來看，其規(guī)律與OCPs相同，小于50 μg/kg的樣本占100%。

南渡河沿岸不同村落的有機氯農藥殘留量如圖2、圖3所示，在不同村落有機氯農藥的殘留量也是大不相同，但殘留量結構較為相似。總體上，在大部分村落的有機氯農藥殘留量中，p，p′-滴滴伊占比最大，其次是六氯苯與p，p′-滴滴滴，這3種化學物質曾作為殺菌劑、殺蟲劑用于農業(yè)生產，其中六氯苯可以用于防治黑穗病，這與南渡河沿岸大面積種植水稻有關。

2.2 土壤中HCHs殘留量分析

從表2可以看出，經過多年的降解，土壤中HCHs殘留量已降到相當低的水平，樣品中HCHs 4個異構體組成的相對含量表現為α-666＞γ-666=β-666＞δ-666。從4個異構體所占比例與工業(yè)原粉組成比例來看，樣品中HCHs同系物之間發(fā)生了細微的變化，即α-666和δ-666殘留量略微下降，β-666殘留量明顯上升，γ-666殘留量略微上升。

2.3 土壤中DDTs及其衍生物的殘留量

土壤中的DDTs及其衍生物殘留情況見表1。從表1可以看出，土壤中DDTs各衍生物的殘留量表現為p，p′-滴滴伊＞p，p′-滴滴滴＞o，p′-滴滴涕＞p，p′-滴滴涕，其中p，p′-滴滴涕未被檢測出來，而p，p′-滴滴伊檢出率最高，為92.31%，說明土壤環(huán)境中DDTs的殘留以p，p′-滴滴伊為主。雖然土壤中DDTs母體殘留量較降解產物的殘留量高，可能是因為在禁止使用OCPs后仍有新的DDT污染源輸入，但從總體來看，研究區(qū)土壤環(huán)境中的DDTs殘留量均低于《農用地土壤污染風險管控標準（試行）》的標準限量值（50 μg/kg）。

2.4 土壤中有機氯農藥殘留空間分布

為了更直觀地了解南渡河流域有機氯農藥分布狀況，采用ArcGIS 10.7.1軟件中的反距離權重插值分析法（IDW）繪制OCPs、HCHs、DDTs的空間分布。南渡河流域HCHs的空間分布情況如圖4a所示，HCHs含量普遍較低，在OCPs中所占比例較低，僅在1個村落的采樣點表現出較高值。南渡河流域DDTs的空間分布情況如圖4b所示，DDTs高值區(qū)大部分位于中下游地區(qū)，但離河道稍遠；下游因靠近河口，農田面積較小，出現低值區(qū)；上游農田較稀疏，大多是居民區(qū)，因此也出現了大片的低值區(qū)。南渡河流域OCPs的空間分布情況如圖4c所示，由于DDTs在OCPs中占比較大，因此OCPs分布狀況與DDTs較為相似，高值區(qū)大部分位于中下游地區(qū)，說明其分布狀況受農業(yè)種植的影響較大。

從OCPs、HCHs、DDTs的空間分布（圖4）可以看出，有機氯殘留有明顯的分段特征，個別采樣點出現以其為中心呈同心圓狀分布。其中，HCHs殘留較少，最高值出現在中游段。DDTs殘留空間分布與OCPs空間分布有相似性，表明自1983年有機氯農藥被禁用后DDTs仍殘留在土壤中。總體有機氯農藥殘留表現為中游＞下游＞上游。南渡河中下游是水稻種植的主要區(qū)域，種植歷史悠久，有機氯農藥的殘留與其有密切的聯系。

2.5 南渡河流域農田土壤有機氯農藥人體健康風險評價

水稻田土壤中OCPs經口攝入、經皮膚接觸與經呼吸吸入這3種暴露途徑對研究區(qū)域兒童與成人的致癌與非致癌風險見表3。本研究中9種OCPs的3種暴露途徑的致癌風險累加值有4種（滴滴伊、環(huán)氧七氯、六氯苯、滅蟻靈）大于10-6，表明研究區(qū)域水稻田土壤存在一定的致癌風險，會對該區(qū)域內生活的人群身體健康造成一定的威脅。其中滅蟻靈的致癌風險值達10-5，但在26個樣品中僅有1個樣品檢出滅蟻靈，且水稻種植過程中無需施用滅蟻靈，原因可能是該取樣地點原先的土壤類型并非水稻田，滅蟻靈的殘留為種植其他農作物所致。本研究中6種OCPs（滴滴涕、環(huán)氧七氯、α-666、γ-666、六氯苯、滅蟻靈）的2種暴露途徑的非致癌風險累加值均小于1，表明研究區(qū)域水稻田土壤非致癌風險較小，對該區(qū)域人群幾乎沒有影響。

3 討論

3.1 南渡河流域農田土壤有機氯農藥殘留情況與國內其他地區(qū)的對比

將南渡河沿岸水稻土有機氯農藥殘留量與國內其他地區(qū)土壤進行對比（表4）。從表4可以看出，本研究區(qū)土壤有機氯殘留量與鄱陽湖區(qū)各區(qū)縣、貴州紅楓湖地區(qū)大致相當，遠低于桂林市青獅潭庫區(qū)、福建省閩西北地區(qū)、舟山市定海區(qū)、廣州市、湖南省東部地區(qū)、廣東省東部地區(qū)以及蘇南地區(qū)，與馬瑾等［14］研究結論相同。這可能與雷州半島南渡河沿岸經濟發(fā)展水平較低、人口大量外遷、工農業(yè)勞動力不足等因素有關，避免了對其土壤進行過度開發(fā)，使得土壤受工農業(yè)污染小，有機氯農藥殘留量隨著禁用要求的時間推移而逐漸降低。Grimalt等［21］對熱帶地區(qū)湖水中OCPs的研究發(fā)現，OCPs殘留量表現出與溫度成反比、與緯度成正比的特征，南渡河位于雷州半島中部，處于邊緣熱帶區(qū)，年均溫22～23 ℃，與上述特征符合，這也可能是南渡河流域水稻田土壤有機氯濃度與其他地區(qū)相比較低的原因。

3.2 南渡河流域農田土壤有機氯農藥來源分析

本研究在南渡河上、中、下游26個采樣點所采集到的水稻田土壤樣品對20種OCPs呈現不同的檢出率。其中，六氯苯檢出率最高，為96.15%，p，p′-滴滴伊檢出率為92.31%，p，p′-滴滴滴和o，p′-滴滴涕檢出率分別為84.62%和76.92%，這些成分是農用地土壤有機氯殘留的主要污染來源。從主成分分析結果（表5、表6）可以看出，4個主成分可以用來綜合反映南渡河沿岸水稻田土壤原有14個變量的主要信息，總方差解釋量達85.650%，其中第一主成分解釋了34.093%的總方差，第二和第三主成分分別解釋了總方差的24.821%和18.900%。原有14個變量在4個主成分上的載荷如表6所示，其中，p，p′-滴滴滴、o，p′-滴滴涕、p，p′-滴滴伊、o，p′-滴滴伊、" " "o，p′-滴滴滴5個變量在第一主成分上有較高載荷；硫丹II、硫丹I、環(huán)氧七氯和六氯苯在第二主成分上有較高載荷；β-666、γ-666、α-666在第三主成分上有較高載荷；滅蟻靈在第四主成分上有較高載荷。上述4個主成分所反映的信息很大程度上反映了南渡河沿岸水稻田有機氯農藥的施用情況以及有機氯農藥化學組成的區(qū)別。其中第一主成分主要包含了DDT的3種不同的異構體，主要代表的是DDT的使用；第二主成分包括了硫丹I和硫丹II 2種化學成分相似、化學結構相近的OCPs組分；第三主成分所包括的HCHs 3種不同的異構體；第四主成分所包括的滅蟻靈是農田中常施用的農藥，反映了當地病蟲害的一些發(fā)病特點。

本研究中，DDTs的各衍生物中p，p′-滴滴伊的檢出率最高，為92.31%。程鋮等［29］依據（DDE+DDD）/DDT進行DDT來源分析，當（DDE+DDD）/DDT＞1時，DDTs主要來源于歷史殘留，否則土壤近期可能受新的污染物影響。研究區(qū)域表土中（DDE+DDD）/DDT＞1，說明DDT降解比較完全，DDTs污染物主要來自于歷史殘留，可能與歷史噴施三氯殺螨醇有關［26］，但DDTs殘留量未超過中國土壤環(huán)境質量標準（GB15618—1995）中對DDT規(guī)定的標準限量值（50 μg/kg）。

本研究區(qū)域中，HCHs各異構體中α-666的檢出率最高，為26.92%，檢出殘留量為0～0.201 μg/kg，占HCHs的64.86%。δ-666的檢出率最低，為3.85%，殘留量為0～0.047 μg/kg，占HCHs總量的5.41%。α-666/γ-666的比值為4.0，β-666/（α-666+γ-666）的比值為0.2。HCHs各異構體的比值可以作為土壤中的環(huán)境指示［29］。竇磊等［1］、鄭曉燕等［30］研究指出，當α-666/γ-666（比值）為3～7時，則推測土壤中存在歷史污染；當β-666/（α-666+γ-666）大于0.5時，表明土壤中的HCHs主要為歷史殘留，否則認為土壤中HCHs主要來源于近期新污染物的輸入或大氣干濕沉降。研究區(qū)域α-666/γ-666的平均值為1.68，β-666/（α-666+γ-666）的平均值均小于0.5。由此推斷，南渡河流域水稻田中土壤近期存在一定的新污染物輸入或受大氣沉降影響，但HCHs殘留量仍低于《農用地土壤污染風險管控標準（試行）》的標準限量值（50 μg/kg）。

4 小結

1）對研究區(qū)土壤中有機氯農藥殘留量研究表明，OCPs殘留量仍普遍存在，且呈離散性較強的特征。從空間分布上來看，有機氯殘留量有明顯差異，個別采樣點出現以其為中心呈同心圓狀分布的特點。其中HCHs殘留量較少，最高值出現在中游段。DDTs殘留量空間分布與OCPs空間分布有相似性。總體有機氯農藥殘留量表現為中游＞下游＞上游。

2）主成分分析顯示原有14個變量在4個主成分上的載荷。土壤中HCHs殘留量較低，其來源推測主要是近期新的污染物輸入或大氣干濕沉降。DDTs 3種異構體在第一主成分上有較高載荷，是土壤中OCPs殘留量的主要成分，表現為p，p′-滴滴伊＞p，p′-滴滴滴＞o，p′-滴滴涕＞p，p′-滴滴涕，以p，p′-滴滴伊為主，判斷其主要來源于歷史污染殘留。

3）健康風險評估模型表明，研究區(qū)域水稻田土壤存在一定致癌風險，會對該區(qū)域內生活的人群身體健康造成一定威脅，但總體殘留量仍遠低于國家標準限量值，為可接受范圍。其中6種OCPs的2種暴露途徑的非致癌風險值加和均小于1，表明研究區(qū)域水稻田土壤非致癌風險較小，對該區(qū)域人群影響較小。

總體來看，南渡河沿岸水稻田土壤中OCPs殘留量受經濟發(fā)展水平較低、人口大量外遷、工農業(yè)勞動力不足等因素影響，較國內部分地區(qū)的有機氯農藥殘留量低，農田土壤污染較輕，對人體危害風險較低。建議可與當地的扶貧政策相結合，在南渡河中下游地區(qū)打造以“一帶一品”為主題的特色農產品產業(yè)，通過對水稻的規(guī)模化、集團化、組織化管理和種植生產綠色、無公害水稻，帶動當地農業(yè)以及相關附屬產業(yè)的發(fā)展，滿足當地人們生產生活的需求，實現共同富裕的發(fā)展目標。

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