徐州市典型稻区土壤和稻米重金属含量及健康风险评价

秦越华，强承魁*，曹丹，王锋，丁永辉，张明，凤舞剑，韩波，李文红

1. 徐州生物工程职业技术学院//徐州市现代农业生物技术重点实验室，江苏 徐州 221006；2. 徐州生物工程职业技术学院科研处，江苏 徐州 221006

徐州市典型稻区土壤和稻米重金属含量及健康风险评价

秦越华1，强承魁1*，曹丹1，王锋2，丁永辉1，张明1，凤舞剑1，韩波1，李文红1

1. 徐州生物工程职业技术学院//徐州市现代农业生物技术重点实验室，江苏 徐州 221006；2. 徐州生物工程职业技术学院科研处，江苏 徐州 221006

为了解徐州市典型稻区土壤和稻米中重金属含量及健康风险，分别测定了土壤和稻米中Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、As、Hg和Cr的含量，并对土壤中重金属污染状况及稻米中重金属因摄入所致的健康风险进行了评价。结果表明：DXDQ（典型稻区）土壤中As、Hg平均含量分别比中国土壤元素背景值高出0.24、0.29倍，Cd与其持平，其他5种元素均低于背景值，其中PXHX（西北部）超标率最重。但所测稻区全部重金属的含量均低于《土壤环境质量标准》（GB 15618—1995）中的Ⅱ级标准值。单因子污染指数显示所有稻区土壤重金属污染等级为安全；内梅罗综合污染指数显示DXDQ、SNLJ（东南部）和PZXH（东部）土壤重金属污染程度总体呈清洁水平，而PXHX（西北部）则达警戒水平。33.33%的DXDQ和全部PXHX土壤样本为中等生态风险，并以Hg为主要贡献因子，SNLJ和PZXH为低生态风险。DXDQ和3个分稻区稻米中Pb、Ni和As平均含量均超出国家食品安全标准限制值，其中DXDQ分别超标1.70、0.28和1.20倍。基于HQ和HI评价，食用该区域生产的稻米对人体健康产生影响的可能性大，其中As的潜在健康危害突出，应引起足够重视。

典型稻区；重金属；健康风险评价；徐州市

随着工业化、城市化、农业集约化的快速发展及全球变化的日益加剧，工业“三废”排放、矿山开采、金属冶炼、城镇生活垃圾处置滞后、汽车尾气排放和农业投入品不规范施用等造成的土壤重金属污染，已成为国内外广泛关注的重大农业生态环境问题（骆永明，2009；Cheng et al.，2007；Amini et al.，2005）。据报道，中国受其污染的耕地达2000多万公顷，约占总耕地面积的 1/5，每年受重金属污染的粮食约1200×104t，直接经济损失超过200亿元（陈同斌，1999）。重金属作为一种持久性潜在有毒污染物，一旦进入农田土壤后因不能被生物降解而长期存留积累，直接危及到生态、食品和人体安全，而食用种植于被污染土壤上的农作物又成了重金属毒害人体的重要途径（Fairbrother et al.，2007；Khan et al.，2008；Mansour et al.，2010；刘庆等，2012）。徐州市作为江苏省传统的能源型城市和老工业基地，研究其稻田重金属污染问题对该区域农业土壤环境保护及农产品质量安全均具有重要意义。

作为中国第一大作物，水稻的质量安全问题时有报道，其中受重金属污染的程度逐年趋重且范围日渐扩大（Wang et al.，2011）。如江苏省苏北地区黄潮土、砂礓土及205国道两侧所产大米均有Ni、Pb超标现象（金亮等，2007；杨奕如等，2012）；苏南地区的张家港、常熟乃至苏州市水稻籽粒也都存在Pb超标（齐雁冰等，2010；杨玉峰等，2009），后者还出现Hg、Ni和Cd超标样点（杭小帅等，2009）。浙江省的杭州郊区铅锌厂周围水稻糙米中Cd超标率达79.2%（钟道旭等，2011），贵州典型铅锌矿区稻米中Pb、Hg和As高污染风险明显（吴迪等，2013），还有吉林省前郭尔罗斯蒙古族自治县境内的前郭灌区稻米样品出现 Ni含量超过国家标准含量限值等（朱立禄等，2011）。作为中国机械工程之都、全国重要交通枢纽和淮海经济区中心城市的徐州，近年来工业企业的快速发展，形成的以能源、原材料和装备制造业等重工业为主的工业体系及繁忙的铁路、公路、航空和水上交通对农业环境容纳量的影响也是与日俱增。然而迄今，徐州市稻田土壤和水稻重金属污染的面积、分布和程度均未见系统研究报道，导致防治措施缺乏针对性。鉴于此，本研究以该市典型稻麦轮作区为研究对象，对土壤和稻米中的重金属含量及健康风险进行分析，旨在为该地区稻田土壤生态风险预警和农产品安全生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

徐州地处华北平原东南部和古淮河支流沂、沭、泗诸水下游，位于东经116°22′～118°40′和北纬33°43′～34°58′，工业交通发达。全市总面积 11258 km2，其中土地面积11142.33 km2，水稻种植面积约1900 km2，总人口1023.52万人，下辖2市、3县和5区。该市典型稻区属暖温带半湿润季风气候，四季分明，夏无酷暑，冬无严寒，年平均气温14.2 ℃，年日照时数为2284～2495 h，年均无霜期200～220 d，年均降水量800～930 mm，土壤类型以潮褐土和潮土为主，水稻品种属于中熟中粳类型，近年来主要为宁粳4号和津稻263号。

1.2 样本采集测定

基于前期对徐州稻区分布及重金属污染情况的调查，布点时主要考虑稻田土壤类型、工厂企业的分布和区域之间样点分布的均匀性、代表性等因素，选取位于该市东南部SNLJ、东部PZXH和西北部 PXHX的 3个分稻区代表该市典型稻区（DXDQ），每个分稻区确定采样点10个。在10月水稻成熟期进行采样，一般在每个采样点 600 m2范围内采集4～5处水稻籽粒（约2 kg），混匀后装袋。籽粒样品经自来水、去离子水冲洗并在室内自然风干，再将脱壳去皮后的米粒用不锈钢粉碎机粉碎，过0.25 mm孔径筛后置于塑料袋中密封备测（杨玉峰等，2009）。为揭示水稻、土壤中重金属含量之间的关系，在采集水稻样品的同时完成土壤样品采集，尽可能确保土壤采样点与水稻采样点一致。采集耕作层（0～15 cm）的土壤并混匀，四分法留取1 kg作为该点混合样品，待室内自然风干后去除植物根系、砾石等杂质，用玛瑙研钵磨细过0.15 mm孔径筛，置于塑料袋中密封备测（王勇等，2008）。

土壤pH值测定方法参照农业标准NY/T 1121.2—2006。土壤中Cu和Zn、Pb和Cd、Ni、As、Hg和Cr含量测定方法分别参照国家标准GB/T 17138—1997、GB/T 17141—1997、GB/T 17139—1997、GB/T 17135—1997、GB/T 17136—1997和国家环境保护标准HJ/491—2009。籽粒中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As和Hg含量测定分别参照国家标准GB/T 5009.13—2003、GB/T 5009.14—2003、GB/T 5009.12—2010、GB/T 5009.15—2003、GB/T 5009.123—2010、GB/T 5009.138—2003、GB/T 5009.11—2003和GB/T 5009.17—2003的规定进行。在重金属分析过程中，采用相应的国家标准品对照，质控样品相对误差控制在10%以内。

1.3 土壤重金属污染评价

1.3.1 单因子污染指数法

单因子污染指数法是对土壤中的某一污染物的污染程度进行评价，该法可体现每一个评价指标的污染状况。其计算公式为：

式中，Pi为土壤中污染物i的环境质量指数（即为污染指数）；Ci为污染物i的实测值；Si为污染物i的评价标准，本研究以中国《土壤环境质量标准》（GB 15618—1995）中Ⅱ级标准值为参照。当Pi≤1时，表示土壤未受污染；当Pi＞1时，表明土壤受到污染，且Pi值越大，污染越严重。

1.3.2 内梅罗综合污染指数法

内梅罗综合污染指数法全面反映了各污染物对土壤的不同作用，突出高浓度污染物对环境质量的影响，还可兼顾各污染物的污染指数平均值对土壤污染的贡献，属目前国内常采用的方法。其计算公式为：

式中，P为土壤中各种污染物的内梅罗综合污染指数；Pimax为土壤中各污染指数的最大值；Piave为土壤中各污染指数的平均值。当P≤0.7时，表示污染程度为清洁；当0.7＜P≤1时，表示污染程度为警戒；当1＜P≤2时，表示污染程度为轻度污染；当2＜P≤3时，表示污染程度为中度污染；当P≥3时，表示污染程度为重度污染。

1.3.3 潜在生态风险指数法

采用瑞典科学家 Hakanson提出的潜在生态风险指数法对研究区土壤进行重金属污染评价。该法的优势在于从重金属的生物毒性角度出发，反映多种污染物的综合影响，并定量区分土壤潜在生态危害的程度。其计算公式如下：

表1 Hakanson潜在生态风险分级标准Table 1 Graduation standard of Hakanson potential ecological risk

1.4 稻米摄入健康风险评价

运用高危商（HQ）和高危指数（HI）评价成年居民食用含重金属大米后的健康风险（雷鸣等，2010），其计算公式分别如下：

式中，ADD为重金属经谷类产品摄入摄取剂量（mgkg-1d-1）；RfD为口服参考剂量（μgkg-1d-1），即Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、As、Hg和Cr的RfD值分别为 40.0、300.0、3.5、1.0、5.0、20、0.3、0.1和1500 μgkg-1d-1（杨刚等，2011；雷鸣等，2010；U.S.EPA，1997）；C为稻米中重金属的平均质量分数（mgkg-1）；IR为该地区成年人每日的饭量，参照USEPA（2000）暴露因子手册和实地调查确定该地区成人稻米摄入量为0.42 kgperson-1d-1；ED为暴露时间，取值为30 a；EF为暴露频率，取值为365 da-1；BW为该地区成年人的平均体重，取值为62 kg；AT为生命期望值，取值为70 a；365为转化系数。HQ的评价是假定烹饪过程对重金属的活性和毒性无影响。

式中，当HI≤1.0时，表明重金属对人体健康的影响不显著；当HI＞1.0时，表明重金属对人体健康产生影响的可能性大；当HI＞10时，表明重金属对人体健康存在慢性毒性。

1.5 数据处理

采用SPSS 13.0软件对试验数据进行相关性分析和方差分析，其中组间均值差异选择Duncan新复极差法计算。

2 结果与分析

2.1 土壤重金属含量的统计特征

从表2可见，徐州市DXDQ土壤30个采样点8种重金属元素含量差异较大。该区土壤 pH值介于 6.69～7.18，均值为 6.97±0.22。参照中国土壤元素背景值，As和Hg分别平均超标0.24倍和0.29倍，Cd与背景值持平，其它5种元素均低于背景值。除Pb外的7种元素均存在超过背景值的样本，Hg超标率最大，达到94.44%；Cd次之，为66.67%；其它5种元素均为33.33%；推测该区这7种元素出现的累积效应可能与人类活动有关。参照《土壤环境质量标准》（GB 15618—1995）中Ⅱ级标准，所测8种重金属元素的含量均低于最高限值。8种元素变异系数由大到小依次为Cu、As、Ni、Pb、Zn、Cr、Hg、Cd。变异系数大于40%的元素有Cu、As、Ni、Pb，其中Cu的变异系数达到52.07%，反映了这4种元素在空间分布上有很大的差异，受人类活动的影响较大。其余4种元素变异系数相对较小，表明在区域分布上相对均匀。

表2 DXDQ土壤重金属含量的描述性统计Table 2 Summary statistics of heavy metal contents in soil from DXDQ mgkg-1

从表3可见，3个分稻区土壤中8种重金属元素平均含量差异也较大，在地理位置上总体呈由东南向西北增大的趋势。各分稻区元素的变异系数介于0.47%～8.95%，说明其空间分布相对均匀。土壤Cu、Zn和Ni均以PXHX为最高，其次为PZXH和SNLJ，仅见PXHX上述3种元素平均含量分别超背景值0.45、0.29和0.41倍，超标率均为100%。Cd以PZXH为最高，其次为PXHX和SNLJ，PZXH和PXHX分别超背景值0.14和0.06倍，超标率均为100%。As以PXHX为最高，其次为SNLJ和PZXH，仅见 PXHX超背景值 1.11倍，超标率为100%。Hg和Cr均以PXHX为最高，但SNLJ和PZXH间无显著差异。3个分稻区Hg平均含量分别超背景值0.73、0.14和0.11倍，超标率分别为100%、100%和83.33%，而Cr仅见PXHX超背景值0.11倍，超标率为100%。Pb以PZXH为最高，其次为SNLJ和PXHX，但在3个稻区的含量均低于背景值。参照《土壤环境质量标准》中Ⅱ级标准，所测8种元素的平均含量均低于最高限值。

2.2 土壤重金属元素的相关性分析

从表4可见，徐州市DXDQ土壤多数重金属元素间存在相关性。其中Cu与Zn、Pb、Ni和Hg的相关性达极显著水平（P＜0.01），与Cr和As的相关性为显著水平（P＜0.05）。Zn与Ni、Hg和Cr的相关性达极显著水平（P＜0.01），与Cd的相关性为显著水平（P＜0.05）。Pb与Hg和Cr的相关性达极显著水平（P＜0.01），与Ni和As的相关性为显著水平（P＜0.05）。Ni与Hg和Cr的相关性达极显著水平（P＜0.01），与 As的相关性为显著水平（P＜0.05）。As与Cr之间的相关性也达极显著水平（P＜0.01），而与Hg的相关性为显著水平（P＜0.05）。Hg与Cr的相关性为显著水平（P＜0.05）。这表明典型稻区Cu、Zn、Pb、Ni、Hg、As和Cr的来源相似性较大，呈现相互伴随的复合污染现象。Cd的来源与其它元素的来源途径差异较大，可能源于人为和自然双重的影响。土壤pH值与Pb、As和Hg的相关性也达极显著水平（P＜0.01），与 Cu、Zn和Cr的相关性为显著水平（P＜0.05），而与Cd和Ni的相关性不显著。

2.3 土壤重金属的污染评价

(2) 微电网体系的高成本制约其自身发展。微电网建设的投资成本较高是制约微电网发展的主要经济因素。除储能系统投资成本较高(目前占到整个微电网控制系统成本的1/3)外,微电网的二次系统投资也不小,加上变配电设置以及后期的运营维护,都导致微电网成本居高不下。

从表5可见，徐州市DXDQ土壤中所测8种重金属元素的Pi值均小于1.00，表明土壤未受污染。P平均值小于0.7，表明污染程度总体呈清洁水平；P最大值为0.74，即有33.33%的样点污染程度达警戒水平，其中As对P值贡献大。SNLJ、PZXH的Pi和P值分别小于1.00和0.7，污染程度为清洁；PXHX的P值介于0.72～0.73，污染程度为警戒。其中PZXH的Cd对P值贡献大，其余两区均表现为As对P值贡献大。对比可知，SNLJ和PZXH的P值均低于PXHX，表明后者复合污染相对更重。

表4 DXDQ土壤重金属元素和pH值的Pearson相关系数矩阵Table 4 Correlation matrix between heavy metal elements from DXDQ and pH values

表5 DXDQ和SNLJ、PZXH、PXHX土壤重金属的Pi和P值Table 5 Piand P values of heavy metal in soil from DXDQ and SNLJ, PZXH, PXHX

2.4 土壤重金属的潜在生态风险评价

2.5 稻米重金属含量的统计特征

从表7可见，徐州市DXDQ稻米中除Cu、Zn、Cd、Hg和Cr外，其它3种重金属含量均存在超标现象（依据稻米重金属限量的最严或常用标准）。其中Pb含量为0.34～0.36 mgkg-1，超标率达100%（平均超标1.70倍，最大超标2.30倍）；Ni含量为0.45～0.57 mgkg-1，超标率达100%（平均超标0.28倍，最大超标0.43倍）；As含量为0.23～0.49 mgkg-1，超标率达100%（平均超标1.20倍，最大超标2.27倍）。8种重金属元素变异系数由大到小依次为Cd、Hg、Zn、As、Pb、Cr、Ni、Cu。变异系数大于30%的元素有Cd、Hg、Zn、As，其中Cd的变异系数达到 75.00%，说明其空间分布差异较大。其余 4种元素变异系数相对较小，表明空间分布较均匀，存在相似的污染程度。

表6 DXDQ和SNLJ、PZXH、PXHX土壤重金属的和RI值Table 6 and RI values of heavy metal in soil from DXDQ and SNLJ, PZXH, PXHX

表6 DXDQ和SNLJ、PZXH、PXHX土壤重金属的和RI值Table 6 and RI values of heavy metal in soil from DXDQ and SNLJ, PZXH, PXHX

稻区Rice region统计值StatisticCu Zn Pb Cd Ni As Hg Cr RI平均值Mean 4.22 0.90 2.61 29.92 4.46 12.37 51.83 1.68 107.99 DXDQ 最大值Maximum 7.39 1.35 3.48 34.95 7.17 21.25 66.46 2.25 144.30最小值Minimum 2.31 0.63 1.08 21.34 2.90 7.30 39.38 1.25 76.19平均值Mean 2.56 0.66 3.29 23.76 3.01 8.62 44.10 1.41 87.41 SNLJ 最大值Maximum 2.90 0.70 3.48 27.53 3.12 8.96 48.62 1.61 96.92最小值Minimum 2.31 0.63 3.13 21.34 2.90 8.28 39.38 1.25 79.22平均值Mean 2.88 0.74 3.44 34.16 3.32 7.34 45.54 1.40 98.82 PZXH 最大值Maximum 3.12 0.77 3.46 34.95 3.44 7.39 48.00 1.43 102.56最小值Minimum 2.74 0.71 3.41 33.71 3.20 7.30 43.08 1.37 95.52平均值Mean 7.23 1.29 1.10 31.83 7.06 21.15 65.85 2.21 137.72 PXHX 最大值Maximum 7.39 1.35 1.12 33.09 7.17 21.25 66.46 2.25 140.08最小值Minimum 7.08 1.23 1.08 30.31 6.95 20.98 65.23 2.17 135.03

表7 DXDQ稻米重金属含量的描述性统计Table 7 Summary statistics of heavy metal contents in rice from DXDQ mgkg-1

从表8可见，稻米Cu以PXHX含量为最高，其次为SNLJ和PZXH，且二者无显著差异。Zn、As和Cr均以SNLJ为最高，其次为PXHX和PZXH，仅见As在3个稻区超标率达100%，平均含量分别超标2.20、0.80和0.67倍。Pb以PZXH为最高，其次为 PXHX和 SNLJ，3个分稻区超标率均为100%，平均含量分别超标2.25、2.20和0.80倍。Cd以PZXH含量为最高，其次为SNLJ和PXHX。Ni以PXHX和PZXH为最高，且二者无显著差异，其次为SNLJ，3个分稻区超标率均为100%，平均含量分别超标0.35、0.33和0.18倍。Hg以PXHX为最高，其次为SNLJ和PZXH。综上，Pb、Ni和As在3个分稻区稻米中的含量均超标，按超标倍数排序分别为 PZXH＞PXHX＞SNLJ、PXHX＞PZXH＞SNLJ和SNLJ＞PXHX＞PZXH。

表8 SNLJ、PZXH、PXHX稻米重金属的平均含量及超标率Table 8 Average content and over-limit ratio of heavy metal in rice from SNLJ, PZXH and PXHX (mgkg-1, %)

2.6 稻米摄入的健康风险评价

从表9可见，基于重金属平均含量的计算，徐州市DXDQ和3个分稻区稻米中Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Hg和Cr的HQ值都小于1.0，表明食用该区生产的稻米，这7种元素对人体健康的影响并不显著；仅见As的HQ值均大于1.0，表明食用该区生产的稻米存在As的潜在健康危害，需要引起人们的关注。DXDQ和3个分稻区稻米中所测8种重金属的HI值均大于1.0且小于10，表明这些重金属对人体健康产生影响的可能性大。3个分稻区稻米中的HI值顺序为SNLJ＞PXHX＞PZXH，可见SNLJ生产的大米中所测8种重金属对人体潜在健康的危害相对最大。

3 讨论

表9 DXDQ和SNLJ、PZXH、PXHX稻米重金属的HQ和HI值Table 9 HQ and HI values of heavy metal in rice from from DXDQ and SNLJ, PZXH, PXHX

本研究发现徐州市DXDQ土壤中As、Hg的平均含量分别超中国土壤元素背景值的0.24、0.29倍，Cd与背景值持平，其它5种元素均低于背景值。这与强承魁等（2013）对徐州地区双胞蘑菇覆土重金属的调查结果一致（强承魁等，2013），但超标倍数低于该结果，这可能与DXDQ施行的水旱轮作模式等因素有关。王学松等（2006）报道徐州市 21个表层土壤样品中未见As和Hg超标，同时，刘红侠等（2006）报道该市北郊 20个农业耕层土壤样品中也未见这两种元素超标。对比说明随着该市工业、交通等相关行业的快速发展，人类的活动加剧了土壤重金属元素的累积效应，需引起关注，但这也可能是样点布局差异所致。针对Cd与其它5种元素的含量分别等于和低于背景值，而非王学松等（2006）报道的徐州市表层土壤中Cd、Pb、Zn、Cu、Ni和Cr分别超标5.57、1.67、1.99、1.69、1.28和1.29倍的情况，分析原因是后者样点更毗邻钢铁厂、皮革厂等工业重污染源，而DXDQ的Cd超标率下降应与该区域农田近年来大力增施有机肥而逐渐减少P肥的使用相关，有机肥可对土壤中重金属的吸附等环境化学行为产生显著的影响（刘红侠等，2006；Hao et al.，2009；刘秀春等，2008）。本研究仅见DXDQ土壤中Pb无超标样本，此与30个样点均远离交通要道相关。因为刘世梁等（1997）报道 Pb污染主要来自于交通排放的尾气，经污染物质的干、湿沉降至农田土壤中，而管东生等（2001）提出路边土壤中的 Pb和 Zn污染最重，杨奕如等（2012）也报道 205国道两侧公路大气污染物向道路两侧的沉降对路侧附近农田的影响明显。

PXHX土壤中重金属超标率居 3个分稻区之首，超背景值的重金属达7种，这较金亮等（2007）报道的仅Pb和Cd含量下降外，其它6种元素含量均有不同幅度的上升，而SNLJ仅见Hg含量增加0.8倍。这与PXHX毗邻的大屯煤矿和微山湖灌溉用水存在一定的关系。如贾英等（2013）报道，因蕰藻浜与黄浦江交界处的采样点靠近宝山工业区，其河流沉积物中的重金属污染相对较类似。另如邢维芹等（2010）报道P肥施用在造成土壤重金属有效性下降的同时造成重金属全量上升。该区 Ni的超标和较大的变异系数可能与该地区污水灌溉、农药化肥施用和近年来大力发展电动车产业有关（张希云等，2013）。该产业电镀工序中大量使用的Ni极易随电镀废水排入水体，进而通过农业灌溉进入土壤系统，经作物根系代谢作用富集于机体，随着蒸腾作用向地上部移动，并积累于作物茎叶和果实（陈苏等，2007；王新等，1994）。众所周知，背景值本身就是平均值，且从广泛收集的未受人类活动影响的土壤样品中再次挑选，基于此，3个分稻区中的PXHX土壤污染最重，可见对未受污染的基本农田保护和限制已污染农田的农业利用问题，应给予特别关注。虽然本研究中所测的8种重金属含量均低于《土壤环境质量标准》中Ⅱ级标准值，但表4中Pearson相关系数矩阵显示的有关重金属来源、运输和沉积等地球化学行为还有待深入探讨。

徐州市DXDQ和3个分稻区土壤中所测8种重金属的Pi值均小于1.00，表明土壤未受污染，但表6反映Hg的平均值最高（51.83），表现出中等生态风险。另表5显示DXDQ土壤污染程度总体呈清洁水平，这与表6中RI均值反映的结果一致，但内梅罗综合污染指数法分析显示As为主要贡献因子，而潜在生态风险评价的主要贡献因子却是Hg。这与陈京都等（2012）、张菊等（2012）和宁晓波等（2009）报道单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害指数法的评价结果具有较好一致性的结论有异。这一方面与上述评价方法所选择的标准不同有关，另一方面Hg、As、Cd等重金属的毒性响应因子௜值的差异应为导致评价结果存在不同的主要原因（秦鱼生等，2013；任婧等，2015）。任华丽等（2008）在研究哈尼梯田湿地核心区水稻土重金属分布与潜在生态风险时曾提出，采用潜在生态危害指数法在评价土壤重金属的生态风险时，元素的价态效应、环境条件不同所造成的生物效应差异和评价角度不同对重金属元素毒性响应因子数值确定的差异等都会影响评价结果，这也是重金属污染评价中要重点考虑解决的问题。

近年来，水稻重金属污染问题逐渐成为社会关注的热点和政府农场品质量安全监管的重点。据农业部稻米及其制品质量监督检验测试中心 2002年对全国市场稻米安全性抽检结果，稻米中超标最严重的是Pb，超标率为28.4%，其次是Cd，超标率是10.3%，As和Hg超标率相对较低，分别为2.8%和3.4%（程旺大等，2005）。本研究结果显示DXDQ稻米中Pb、As和Hg的超标率均为100%，远远高于上述抽检结果，但未见Cd超标样本。与金亮等（2007）报道的苏北地区沛县供试大米比较，本研究发现8年后的PXHX仅见As和Cr平均含量下降，其余 6种元素均上升（金亮等，2007）；与睢宁县相比，SNLJ仅见Cr含量下降和Hg持平，其余元素也存在不同程度的上升，比照土壤重金属含量，该区稻米中的相关重金属可能源于大气中较高浓度的颗粒物沉降被茎叶截获转移所致（蒋高明，1995）。DXDQ稻米中超标元素与苏州比，Pb含量高2倍（齐雁冰等，2010），较常熟新港镇Pb、Ni和As含量分别高0.56、0.65和0.48倍（杭小帅等，2009），较长江三角洲典型地区大田Pb含量高4.09倍（杨玉峰等，2009），较长春市郊区 Pb、Ni和As含量分别高0.47、0.37和0.35倍（王勇等，2008）。对此需要进行合理的生产区域布局和种植业结构调整，也可通过培育、推广低Pb、Ni和As累积水稻品种及重金属污染联合阻控等措施，降低土壤-水稻系统重金属污染。

通过表9可见，食用徐州市DXDQ和3个分稻区生产的稻米仅存在As的潜在健康危害，这与金亮等（2007）报道除丰县外苏北5个县区生产的大米均存在不同程度的As潜在食物暴露风险一致，但本研究未见Cr、Ni和Pb的潜在危害。本研究选择高危商和高危指数评价水稻摄入的健康风险，仅以稻米作为唯一暴露途径与来源，但日常生活中消费人群的膳食结构较复杂，如小麦、蔬菜、高粱等作物中重金属Cr、Cd也是膳食暴露风险的贡献者，再加上加工方式的差异，其表现的风险性可能较估计的小。另如本研究选择的人生命期望值、体重和日摄入量等参数，未考虑到随着人们生活水平的提高而发生的差异性变化。对此，尚需更新更权威的信息对评价结果进行修正，后续工作要突出重金属在“水体-土壤-作物-人体”系统中的迁移、转化和健康风险毒理学方面系统研究，为区域农业环境管理及稻米摄入后重金属所致人体健康风险评价等方面提供依据。

4 结论

（1）DXDQ土壤中所测的8种重金属，仅见As、Hg平均含量分别比中国土壤元素背景值高出0.24、0.29倍，但所测稻区全部重金属含量均低于《土壤环境质量标准》（GB 15618—1995）中的Ⅱ级标准值。

（2）单因子污染指数显示所有稻区土壤重金属污染等级为安全；内梅罗综合污染指数显示DXDQ、SNLJ和PZXH土壤重金属污染程度总体呈清洁水平，仅见PXHX达警戒水平；潜在生态风险指数法分析表明33.33%的DXDQ和全部PXHX土壤样本为中等生态风险，其中Hg为主要贡献因子，而SNLJ和PZXH则处于低生态风险。

（3）DXDQ和3个分稻区稻米中Pb、Ni和As平均含量均超出国家食品安全标准限制值，其中DXDQ中这 3种元素分别超标1.70、0.28和 1.20倍。基于HQ和HI的计算，表明食用该区域生产的稻米对人体健康产生影响的可能性大，其中 As的潜在健康危害突出，应引起足够重视。

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Contents and Health Risk Assessment of Heavy Metals in Soils and Rice Grains from Typical Rice-growing Region of Xuzhou City

QIN Yuehua1, QIANG Chengkui1*, CAO Dan1, WANG Feng2, DING Yonghui1, ZHANG Ming1, FENG Wujian1, HAN Bo1, LI Wenhong1

1. Xuzhou Key Laboratory of Modern AgroBiotechnology//Xuzhou Vocational College of Bioengineering, Xuzhou 221006, China; 2. Scientific Research Department, Xuzhou Vocational College of Bioengineering, Xuzhou 221006, China

To understand the contents and health risk of heavy metal in soils and rice grains from typical rice-growing region (DXDQ) of Xuzhou city, the contents of Cu, Zn, Pb, Cd, Ni, As, Hg and Cr in soils and rice grains were determined, respectively. Then the pollution state of each heavy metal in soils and their human health risk in rice grains were evaluated, respectively. The results showed that the average contents of As, Hg in soils from DXDQ were about 0.24, 0.29 times higher compared with national background values of soil elements, respectively. Cd content basically flatted with the value, but the contents of other 5 heavy metals were lower than the corresponding values. Over-limit ratio of heavy metals in PXHX (northwest) was the most serious among 3 rice-growing region branches. But the contents of 8 heavy metals in soil from all tested regions were lower than the limit values of Environmental quality standard for soils (GB 15618—1998) secondary standard. Single pollution index indicated that pollution grade of 8 heavy metals in soils from all regions was safe. The Nemero comprehensive pollution indices indicated that the soils from DXDQ, SNLJ (southeast) and PZXH (east) were clean, but pollution degree of PXHX soils had reached warning level. About 33.33% of the total samples in DXDQ and 100% of the total samples in PXHX reached medium level of the potential ecological risk of heavy metals, and Hg as the main pollution factor was found. However, low risk occurred in SNLJ and PZHX. The average contents of Pb, Ni and As in rice grains from DXDQ and 3 rice-growing region branches had exceeded the limit values of National Food Safety Standard. The contents of those 3 elements in DXDQ were about 1.70, 0.28 and 1.20 times. According to the HQ and HI, locally produced rice grains had extremely high risk for human health. Potential health hazard of As element in rice grains to human being was found and must arouse enough attention.

typical rice-growing region; heavy metals; health risk assessment; Xuzhou city

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.09.019

X825; X826

A

1674-5906（2016）09-1546-09

秦越华, 强承魁, 曹丹, 王锋, 丁永辉, 张明, 凤舞剑, 韩波, 李文红. 2016. 徐州市典型稻区土壤和稻米重金属含量及健康风险评价[J]. 生态环境学报, 25(9): 1546-1554.

QIN Yuehua, QIANG Chengkui, CAO Dan, WANG Feng, DING Yonghui, ZHANG Ming, FENG Wujian, HAN Bo, LI Wenhong. 2016. Contents and health risk assessment of heavy metals in soils and rice grains from typical rice-growing region of Xuzhou city [J]. Ecology and Environmental Sciences, 25(9): 1546-1554.

江苏省农业三新工程项目[SXGC(2013)041]；徐州市推动科技创新专项资金项目（KC14SM101）；国家星火计划项目（2015GA690053）

秦越华（1965年生），男，副教授，硕士，主要从事现代农业生物技术和职教管理研究。E-mail: yuehua5855@sina.com

∗通信作者：强承魁（1978年生），教授，博士，主要从事农产品安全与质量控制技术研究。E-mail: bioqck@163.com

2016-07-23