陳春壇,李亞闌,唐 麗,周鈺瀟,潘聲旺,孫晉睿,3

(1.四川文理學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院,四川 達(dá)州 635000；2.成都大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院,四川 成都 610106；3.攀枝花市西區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站,四川 攀枝花 617000)

0 引 言

土壤污染狀況直接關(guān)系到農(nóng)產(chǎn)品的安全，隨著人民生活水平的提高，人們開(kāi)始關(guān)注農(nóng)產(chǎn)品中重金屬對(duì)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(nóng)產(chǎn)品的重要生產(chǎn)基地，已有文獻(xiàn)對(duì)盆地內(nèi)主要農(nóng)產(chǎn)品重金屬的含量情況進(jìn)行研究，但多以成都平原的典型平原區(qū)域?yàn)橹?，而針?duì)四川盆地非平原區(qū)農(nóng)作物重金屬污染狀況分析的研究鮮有報(bào)道[4-5].為了解四川盆地非平原區(qū)域主要谷類的重金屬污染狀況，本研究對(duì)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(jìn)行檢測(cè)，分析其污染狀況，評(píng)價(jià)其對(duì)人體健康的風(fēng)險(xiǎn)，擬為相關(guān)監(jiān)管部門提供參考.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

研究區(qū)域?yàn)樗拇ㄅ璧貣|部某縣，位于北緯30°92′～32°20′，東經(jīng)103°29′～108°23′范圍內(nèi)，平均海拔880～1 050 m，屬于四川盆地東部平行嶺谷區(qū)、盆中丘陵區(qū)及盆周低山區(qū)連接地，屬中亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)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(nóng)作物類型有稻谷、玉米、小麥及蔬菜等.

1.2 采樣與檢測(cè)

結(jié)合該地區(qū)谷物種植區(qū)域布局，本研究對(duì)區(qū)域內(nèi)13個(gè)典型區(qū)域按HJ/T166—2004《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[6]設(shè)置218個(gè)采樣點(diǎn)，對(duì)當(dāng)?shù)?種主要谷物進(jìn)行采集.其中，沿河流稻谷主產(chǎn)區(qū)7個(gè)典型區(qū)域，每個(gè)區(qū)域按系統(tǒng)隨機(jī)法布設(shè)稻谷、小麥、玉米采樣點(diǎn)9個(gè)、3個(gè)、3個(gè)；丘陵混合種植區(qū)4個(gè)典型區(qū)域，每個(gè)區(qū)域按地形分布特點(diǎn)分塊隨機(jī)各布設(shè)采樣點(diǎn)5個(gè)；山區(qū)坡地2個(gè)典型區(qū)域，每個(gè)區(qū)域按地形分布特點(diǎn)設(shè)置稻谷、小麥、玉米采樣點(diǎn)分別為3個(gè)、8個(gè)、8個(gè).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(gè)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(jì)218份.

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

1.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及方法

以GB2762-2017《食品中污染物限量》為評(píng)價(jià)依據(jù)，選取Cd、Hg、As、Pb及Cr為評(píng)價(jià)指標(biāo)，各評(píng)價(jià)指標(biāo)的限制見(jiàn)表1.

表1 食品中污染物限量

1.4 評(píng)價(jià)方法

1.4.1 污染狀況評(píng)價(jià)方法

谷類中重金屬污染狀態(tài)擬采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)[1,7]，目前，這兩種方法已經(jīng)在蔬菜與稻谷等農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染評(píng)價(jià)方面得到廣泛應(yīng)用[7-8].

1)單因子污染指數(shù)法.單因子污染指數(shù)法，是指某種重金屬污染物的實(shí)測(cè)值與該重金屬的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的比值，用得出的比值對(duì)土壤環(huán)境的污染程度進(jìn)行評(píng)判分級(jí)，可確定土壤的污染程度.

單因子污染指數(shù)法計(jì)算方法如下，

(1)

式中，Pi為某重金屬元素的單因子污染指數(shù)；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(shù)對(duì)應(yīng)的土壤污染程度分級(jí)見(jiàn)表2.

表2 土壤單項(xiàng)污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法.由于單因子指數(shù)只能反映各個(gè)重金屬元素對(duì)土壤的污染程度，不能全面地反映土壤的污染狀況，而內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)兼顧了單因子污染指數(shù)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(duì)蔬菜及谷物品質(zhì)的影響.實(shí)際運(yùn)用中，常根據(jù)評(píng)估需求，將二者結(jié)合使用，相互補(bǔ)充.

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)計(jì)算方法如下，

(2)

式中，P綜為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；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(shù)；n為重金屬種類數(shù).內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)高低對(duì)應(yīng)的土壤污染程度分級(jí)見(jiàn)表3.

表3 土壤綜合污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.4.2 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

本研究擬采用目標(biāo)危害系數(shù)(THQ)法[9-10]對(duì)3種谷類中重金屬含量對(duì)人體健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估.THQ法可同時(shí)評(píng)價(jià)單項(xiàng)重金屬和多種重金屬?gòu)?fù)合暴露的健康風(fēng)險(xiǎn).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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn).THQ值越大表明該污染物對(duì)人體健康風(fēng)險(xiǎn)越嚴(yán)重.

1)單項(xiàng)重金屬元素健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為，

(3)

式中，THQ為單項(xiàng)重金屬元素的目標(biāo)危害系數(shù),其余各參數(shù)名稱和取值見(jiàn)表4.

表4 谷物健康風(fēng)險(xiǎn)分析參數(shù)取值

計(jì)算結(jié)果中，THQ≤1表示該重金屬對(duì)暴露人群沒(méi)有明顯的健康風(fēng)險(xiǎn)，THQ>1表示該重金屬對(duì)暴露人群人體健康存在風(fēng)險(xiǎn)，值越高風(fēng)險(xiǎn)越大.

2)多種重金屬元素復(fù)合健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為，

(4)

式中，TTHQ為多種重金屬元素的復(fù)合目標(biāo)危害系數(shù).

計(jì)算結(jié)果中，TTHQ≤1.0表示不會(huì)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(jīng)存在慢性毒性效應(yīng)[3].

2 結(jié)果與分析

2.1 谷類中重金屬含量

本研究對(duì)采集的稻谷、玉米及小麥進(jìn)行重金屬檢測(cè)，并統(tǒng)計(jì)其檢出率和超標(biāo)率(見(jiàn)表5).其中可被檢測(cè)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(jiàn)表6.

表5 樣品檢出率和超標(biāo)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(gè)和2個(gè)樣品的Cd含量超過(guò)GB2762-2017《食品中污染物限量》中規(guī)定的0.2 mg/kg(稻谷類)、0.1 mg/kg(除稻谷外的其他谷類)標(biāo)準(zhǔn)要求，稻谷和玉米中各有2個(gè)樣品中的Hg超過(guò)GB2762-2017《食品中污染物限量》中規(guī)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(yīng)要求.經(jīng)對(duì)樣品采集地來(lái)源追蹤分析，重金屬超標(biāo)樣品均來(lái)自礦山開(kāi)采區(qū)附近的耕地，說(shuō)明礦山開(kāi)采對(duì)土壤和農(nóng)作物中重金屬的積累有一定影響.

2.2 重金屬污染狀況評(píng)價(jià)

稻谷、玉米及小麥中重金屬的單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)及其評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)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(shù)均小于1，說(shuō)明該研究區(qū)域3種谷類中Cd、Hg、As、Pb及Cr整體污染水平為清潔狀態(tài)，其中污染指數(shù)最高的重金屬元素為Cd，尤其是在小麥中的單因子指數(shù)最高.因此,應(yīng)關(guān)注Cd在3種谷類中的污染狀況.對(duì)3種谷類中的綜合污染指數(shù)進(jìn)行分析，小麥的綜合污染指數(shù)為0.643 2，小于0.7，處于清潔的安全狀態(tài)，但應(yīng)警惕其朝警戒狀態(tài)發(fā)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(shù)均大于0.7，處于尚清潔的警戒線范圍內(nèi)，應(yīng)對(duì)該兩種谷類中Cd和Hg特別警惕，尤其是對(duì)在礦山附近區(qū)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(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

本研究利用THQ法對(duì)3種谷類中5種重金屬對(duì)成人和兒童的健康風(fēng)險(xiǎn)影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，分別計(jì)算THQ值和TTHQ值，結(jié)果見(jiàn)表8.

表8 3種谷類中重金屬對(duì)人體健康影響表

根據(jù)表8，從單項(xiàng)重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)影響分析，每種重金屬對(duì)成人和兒童的THQ值均小于1，其對(duì)人體健康風(fēng)險(xiǎn)處于沒(méi)有明顯影響狀態(tài)，但稻谷和小麥中Cd和Cr的THQ值均有大于0.5，相對(duì)其他污染重金屬處于較高值，雖暫時(shí)不會(huì)引起人體健康風(fēng)險(xiǎn)，但應(yīng)警惕隨著環(huán)境的變化其THQ值的升高.

從5種重金屬的TTHQ值來(lái)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(huì)威脅人體健康狀態(tài).小麥對(duì)成人和兒童的TTHQ值均大于1，但比例未超過(guò)10%，其整體風(fēng)險(xiǎn)性不高，處于剛好可能受到重金屬危害的邊緣狀態(tài).雖然調(diào)查區(qū)域的小麥中多種重金屬疊加在一起可能對(duì)成人和兒童的健康存在一定風(fēng)險(xiǎn)，但經(jīng)調(diào)查，該地區(qū)主要以稻谷為主食，因此小麥的重金屬?gòu)?fù)合危害對(duì)該地區(qū)人體健康的影響極小.為更好改善該地區(qū)谷物的重金屬危害風(fēng)險(xiǎn)性，應(yīng)警惕該區(qū)域類多種重金屬在農(nóng)作物中的復(fù)合污染引起的人體健康問(wèn)題，同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)土壤、耕作、灌溉、施肥及農(nóng)藥等可能造成重金屬?gòu)?fù)合污染的措施管理.

3 結(jié) 論

本研究通過(guò)對(duì)四川盆地東部某區(qū)域的稻谷、玉米及小麥的代表性種植區(qū)域樣品的采集，并進(jìn)行了重金屬含量分析，分析結(jié)果顯示：3種谷類的重金屬含量高低順序?yàn)镃r>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(duì)稻谷、玉米及小麥3種谷類中5種重金屬進(jìn)行單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示：3種谷類中單項(xiàng)重金屬的單因子污染指數(shù)均小于1，表明該研究區(qū)域3種谷類中的Cr、Cd、As、Pb及Hg整體污染水平為清潔狀態(tài)；綜合污染指數(shù)中小麥為3種谷類中最低，且小于0.7為安全狀態(tài)；稻谷和玉米的綜合污染指數(shù)均大于0.7，處于可能輕微污染狀態(tài).對(duì)稻谷、玉米及小麥3種谷類中重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)顯示：所有單項(xiàng)重金屬的THQ值均小于1，對(duì)人體健康風(fēng)險(xiǎn)沒(méi)有明顯的影響；總健康風(fēng)險(xiǎn)中稻谷和玉米的成人和兒童TTHQ值均未超過(guò)1，處于不會(huì)威脅人體健康狀態(tài)；小麥的成人和兒童TTHQ值均大于1，處于可能受到危險(xiǎn)的邊緣狀態(tài)，建議加強(qiáng)相應(yīng)措施管理.