包頭黃河濕地農田高粱重金屬含量分析及食用風險評估

羅玉梅　馬子嬌　趙鑫　李星語　李歡樂　朱娜　劉利

摘 要 為分析黃河包頭段農作物中重金屬含量及食用風險，于2022年對黃河濕地周邊農田所產高粱（Sorghum bicolor）中重金屬As、Cd、Cu、Pb、Cr含量進行分析，并根據每周可耐受攝入量（PTWI）評估其食用安全性。結果表明，所有測試樣品的各重金屬含量平均值均小于《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2022）規定的最低限量；高粱中Cu、Pb、Cd、Cr、As的每周攝入量占PTWI（成人）的比例分別為0.026%、3.589%、14.245%、2.985%、31.347%，其中Cu、Pb、Cr食用安全性較高，風險較小，As的食用安全性較低。

關鍵詞 高粱；重金屬；食用風險評估

中圖分類號：X53 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.08.002

包頭市位于內蒙古自治區西部，是內蒙古自治區最大的制造業城市，也是我國西北地區重工業基地之一。目前，包頭市發展了許多優勢產業，如機械制造、鋼鐵、有色冶金、石油化工和高新科技等。包頭市環境質量受工業污染和煤煙類環境污染影響，以各種形式排放的重金屬對周圍環境威脅巨大[1]。重金屬可以以各種形態發生遷移，不同的化學形態下，其遷移的機制和毒害程度有所不同。隨著礦產資源的開發和環境污染的多樣化，大量的重金屬元素釋放進入環境造成了嚴重的土壤和水體污染，并直接導致農作物重金屬元素含量升高[2]。隨著生活水平的提高，人們對農產品的污染通過食物鏈傳遞給人體造成危害的認識加深，對農產品質量的要求也日漸提高。目前，對重金屬的環境影響及食用風險進行研究已成為一個令人矚目的新領域，農作物的重金屬污染問題因其嚴重威脅著消費者們的身體健康而廣受關注[3]。

隨著包頭市重工業的快速發展，環境污染問題日益凸顯，如污水排海、霧霾嚴重等。特別是耕地中重金屬含量提高，導致農產品中重金屬含量提高。少量的重金屬對植株的生長發育和人的健康就會有很大的影響，當其含量超過一定限度時，將會對人體產生嚴重的危害，因為重金屬會在人的身體中富集，而且難代謝。重金屬污染對生態環境的影響也很大，因此已經引起世界各國科學家的高度重視，解決這個問題已迫在眉睫[4]。每年都有大量廢水排到黃河中，對黃河水造成污染，而包頭市農民引黃河水澆灌，使得農田土壤中的重金屬逐年累積[5]。農田土壤中的重金屬可通過高粱等農作物進入人體并影響健康[6]。因此，選擇高粱作為研究對象評價當地人群飲食的健康風險，對保護當地的農業環境和保障居民飲食健康具有極其重要的意義。選取黃河包頭段地區的高粱進行研究，分析高粱中重金屬的來源，使用電感耦合等離子體輻射光譜儀（ICP-OES）測定元素含量，并采用每周可耐受攝入量（Provisional Tolerable Weekly Intake，PTWI）評估其食用安全性，為黃河濕地周邊農田重金屬防治提供基礎資料。

1 材料與方法

1.1 選材介紹

重金屬通過土壤-農作物-人的方式遷移至人體內，農作物是重金屬進入人體的重要途徑，因此農作物的重金屬含量直接影響居民的身體健康。高粱是禾本科一年生草本植物，稈較粗壯，直立，基部節上有支撐根；葉鞘無毛或稍有白粉，葉舌硬膜質，先端圓，邊緣有纖毛；圓錐花序疏松，主軸裸露，總梗直立或微彎曲。高粱喜溫、喜光，并且有一定的耐高溫特性。高粱可以用來釀酒，以曲類、酒母為糖化發酵劑，經蒸煮、糖化、發酵、釀造可制成高粱酒，而原產地高粱的品質將直接影響其系列酒的品質。高粱中Cd、Pd等重金屬含量超過國家食品限量標準時，將對酒質量產生很大影響，酒中Cu、Zn等元素含量較高，會影響酒的口感，甚至不宜飲用，如當銅離子大量進入酒中會引起銅破敗病，使酒產生渾濁或沉淀等現象。

1.2 樣品處理

高粱樣品用蒸餾水清洗干凈，75 ℃下烘干至恒重。取出后，保存于密封袋中備用。接著用10 mL移液管移取酸，120 ℃加熱30 min，140 ℃加熱30 min，160 ℃加熱1 h，加熱過程要隨時震蕩消解管，消解至淡綠色，清澈透明。先取10 mL的冷藏管編號（測樣元素，地點-樣品-編號，時間），另加一組冷藏管編號，用來裝過濾后的樣品溶液。

稱取2.5 g硫脲、1.5 g抗壞血酸，溶解后容量瓶定容至50 mL。待消解后的溶液冷卻后，將樣品倒入冷藏管。消解管用5%HCl潤洗3次，加入1 mL硫脲抗壞血酸溶液，用5%HCl定容至10 mL。

將以上樣品裝入密封袋中，寫好標簽備用。將烘烤后的試樣用研缽研磨至粉末狀，裝入干凈的樣品袋中稱重并標記。稱取0.2 g（精確到0.000 1 g），轉移到消解管中，加入12 mL混合酸（HNO3與HClO4的體積比為3∶1），進行消解。消解至0.5 mL后用2%的硝酸定容至10 mL后待測[7]。

1.3 樣品分析

使用電感耦合等離子體輻射光譜儀（ICP-OES）對樣品中的As、Cd、Cu、Pb、Cr含量進行測定。

1.4 數據分析

根據高粱重金屬含量及我國居民每周高粱產品消費量，計算成人每周實際重金屬攝入量，并與PTWI值比較，評價其食用安全性。計算公式為

AWI=Cn×Wc（1）

式中：AWI為成人每周攝入的重金屬含量，mg；Cn為高粱中重金屬的含量，mg·kg-1；Wc為人均每周高粱產品消費量，kg。根據中國疾病預防控制中心營養與健康所研究，成年人粗雜糧的每日攝入量為0.099 75 kg。PTWI值的計算公式為

PTWI（成人）=PTWI×成人體質量（2）

式中：PTWI為污染物的每周可耐受攝入量，mg·kg-1，Cu、Pb、Cd、Cr、As的數值分別為3.500 0、0.025 0、0.007 0、0.006 7、0.007 0 mg·kg-1；PTWI（成人）為成人的每周可耐受攝入量，mg；成人體質量以70 kg計。采用AWI占PTWI（成人）的百分比對高粱進行食用安全性評估，占比越高，食用安全性就越低[8]。

2 結果與分析

2.1 重金屬含量

如表1所示，包頭市周邊地區種植的高粱中5種重金屬含量平均值均小于《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2022）規定的最低限量。高粱中Cd和Cr的含量遠遠低于限量，Pb和As的含量均超過限量的40%，說明高粱中Pb、As含量相對較高。

2.2 高粱中重金屬食用安全性評價

高粱中重金屬食用安全性評價如表2所示。假定每日攝入的雜糧產品全部為高粱，Cu、Pb、Cr的AWI占PTWI（成人）比例較小，均小于10%，食用安全性較高，風險較小。As的AWI占PTWI（成人）比例為31.347%，食用安全性較低。

3 結論與討論

高粱中5種重金屬含量平均值均低于《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2022）規定的最低限量，其中Cd和Cr的含量遠低于國家標準限量，Pb和As的含量超過國家標準限量的40%。高粱中Pb、As含量相對較高，間接表明包頭市周邊農田、灌溉水、空氣中Pb、As污染相對較重。高粱中Cu、Pb、Cd、Cr、As的AWI占PTWI（成人）的比例分別為0.026%、3.589%、14.245%、2.985%、31.347%，其中Cu、Pb、Cr食用安全性較高，風險較小，As的食用安全性較低。據調查，耕地重金屬污染嚴重的主要原因在于施肥方式不合理，未能根據當地實際情況科學施肥。因此，必須結合當地的農業基礎設施，積極推廣重金屬攔截阻斷技術，向種植戶普及如何合理施用化肥和農藥，在提高肥料利用率的同時，減少肥料的施用量，從而確保土地的污染程度在土壤自我凈化能力的可控范圍內。

包頭市工業的快速發展，造成重金屬污染問題加劇。特別是在河流、土壤中，重金屬殘留量明顯增加，直接影響了農產品的品質。農產品的生長發育與其所處的環境關系密切，高粱中的重金屬大部分來源于其生長環境，而生長環境的土壤重金屬大部分來自成土母質、礦山開采、煤油提煉，以及未經處理的工業廢物排放、農藥使用和交通污染[9]。為應對這一問題，需要采取一系列防范與管理措施。1）劃出農田警戒線，嚴禁在農田周圍修建會大量產生污染物的工廠。2）引導農戶將蔬菜和糧食基地建在大中城市郊區，避免在工礦企業周邊種植。3）鼓勵農戶使用生物農藥，禁止使用含有重金屬的肥料、農藥，以及受污染的水源灌溉農作物。4）針對被污染的土地，可以通過調節土壤的pH值，施用可以改善土壤質量的添加劑，或者通過輪作和間作的方式來減少重金屬含量。5）從科學攝入的角度，合理選擇和食用農產品，以預防和控制重金屬攝入帶來的健康風險。

參考文獻：

[1] 張花娟.包頭市不同功能區土壤重金屬分布特征及污染評價[D].包頭：內蒙古科技大學，2015.

[2] 袁慶虹，何作順.重金屬遷移及其對農作物影響的研究進展[J].職業與健康，2009，25（24）：2808-2810.

[3] 劉金霞.我國農作物的重金屬污染及防治對策[J].農村實用技術，2020（7）：75-76.

[4] 錢雯婕，袁青鋒，王妙星，等.重金屬污染對農作物的影響及應對措施[J].現代農業科技，2013（15）：247.

[5] SI W ， LIU J ， CAI L ，et al.Health risks of metals in contaminated farmland soils and spring wheat irrigated with Yellow River Water in Baotou， China[J].etin of mental ination and ogy，2015，94（2）：214–219.

[6] 劉白林.甘肅白銀東大溝流域農田土壤重金屬污染現狀及其在土壤—作物—人體系統中的遷移轉化規律[D].蘭州：蘭州大學，2017.

[7] 傅紅梅，何威.原子熒光技術在農產品重金屬檢測中的作用分析[J].農業與技術，2021，41（4）：63-65.

[8] 杜冰，孫魯閩，郝文博，等.臺海淺灘漁場不同水產品中重金屬含量與暴露風險評價[J].農業環境科學學報，2016，35（11）：2049-2058.

[9] 陳夢靜，李艷，徐凱，等.農產品中重金屬的來源及對策[J].甘肅農業，2019（3）：45-46.

（責任編輯：張春雨）

收稿日期：2024-03-11

基金項目：內蒙古自治區研究生科研創新項目（S20210178Z）；包頭師范學院黃河流域生態保護和高質量發展研究院科研項目（BSYHY202216）；鄂爾多斯遺鷗國家級自然保護區生境變化對遺鷗影響及濕地恢復成效評估項目（30437020）；包頭師范學院支持地方經濟發展項目（2018-10）。

作者簡介：羅玉梅（2003—），在讀本科生。

*為通信作者，E-mail：996581081@qq.com。