焦化厂周边土壤—玉米系统重金属污染风险评价

刘子姣，范智睿

（山西农业大学资源环境学院，山西太谷030801）

土壤质量的好坏直接关系到各种以土壤为生长基质的农产品质量安全和人类生命健康，特别是工农业生产对于土壤的污染最为直接。近年来，工业发展速度逐渐加快，人类发展与环境之间的矛盾日渐尖锐并呈现难以调和的趋势。在一系列环境问题中，重金属污染事件发生的概率极高，并且土壤中重金属元素的含量也在不断增长[1-8]，这将逐渐对人类的正常生存和生命健康造成越来越严重的威胁和危害。

焦化厂周边的粉尘中含有大量的重金属元素，一旦被人吸入会对人体造成很大的危害[9]；粉尘沉降落入周边农田土壤，可能会增加土壤中重金属污染物含量，重金属在农田中的过量积累对农作物会造成一定程度的影响，特别是汞和镉会在农作物种子中累积，这对于玉米、高粱等生产籽实的作物危害极大，并且这类重金属元素在农作物籽实或种子内的生物富集系数较高，其污染物会随着食物链富集，或者通过人类进食进入人体，对人体的潜在危害性极大[10-13]。所以，对于农田土壤- 玉米系统的调查研究显得尤为重要。

本研究对太谷县某焦化厂附近农田玉米地土壤和玉米籽粒中的的重金属污染状况进行调查分析，并根据调查研究结果进行生态风险评价和人体健康风险评价，旨在为焦化厂周边农田土壤的保护与治理，以及防止重金属通过食物链生物富集方式危害人体健康提供科学的理论依据。

1 材料和方法

1.1 样品采集

2018 年10 月，在太谷县某焦化厂周边的代表性农田中选取30 个样点进行土壤样品采集，同时从相对应土壤样品位点采集30 份玉米籽粒样品。

1.2 测定项目及方法

测定土壤样品的pH 值和土壤中8 种重金属元素（Cd、Cr、As、Hg、Pb、Cu、Zn、Ni）的含量，玉米籽粒样品测定7 种金重属元素（Cr、Pb、Cd、As、Hg、Cu、Zn）含量。其中，Cd 元素含量采用石墨炉原子吸收分光光度计测定；Hg、As 元素含量采用原子荧光光度计测定；Pb、Cr、Cu、Zn、Ni 元素含量采用原子吸收分光光度计测定[11]。并计算玉米籽粒中重金属含量的富集系数。

1.3 土壤污染评价方法

1.3.1 生态风险评价 根据被调查焦化厂日常生产排放和周边可能受污染农田的实际情况，采用潜在生态风险指数（RI）法[15-16]进行生态风险评价。

具体的潜在生态风险（即潜在生态危害系数和危害指数与环境污染程度之间的相关关系）的分级情况如表1 所示。

表1 潜在生态风险分级情况

1.3.2 人体健康风险评价 为了研究太谷县焦化厂附近农田受污染情况，采用靶标危害系数法[17]对该区域进行了玉米食用健康风险评价，其靶标危害

表2 靶标危害系数法参数

1.4 数据处理

采用Excel 软件对试验数据进行相关分析和统计处理。

2 结果与分析

2.1 焦化厂周边玉米地土壤重金属含量分析

表3 焦化厂周边玉米地土壤样品中重金属含量

经测定，太谷县焦化厂附近农田土壤的pH 平均值为8.32，变化范围是7.97～8.54，变异系数为15%，该地为碱性土壤，晋中市的主要土壤类型为褐土。由表3 可知，该焦化厂周边土壤的部分重金属分布不均匀，尤其是以Zn、Cr 和Hg 这3 种元素的分布不均性比较明显，说明它们可能比较容易受到外部污染源的干扰。采样点土壤中Hg、Pb、Zn、Cr这4 种重金属元素的平均含量均超出了晋中市土壤环境背景值[17]，而As、Cu、Cd 和Ni 的平均含量均未超出背景值。

2.2 焦化厂周边玉米地土壤重金属污染潜在生态风险评价

表4 焦化厂周边玉米地土壤重金属单项潜在生态风险指数和污染等级

表5 焦化厂周边玉米地土壤重金属综合潜在生态风险指数和污染等级

从表4 可以看出，该区域玉米地土壤受重金属污染情况除Hg 的单一潜在生态风险指数平均值达到了53.80，属于中度危害以外，其余重金属元素均属于轻度危害水平。Hg 的最大值高于160，已经达到了强度危害的水平，极有可能对所生产玉米的质量安全造成影响，应引起相关环保部门和食品安全部门的警惕和重视。由表5 可知，该调查区域玉米地土壤重金属综合潜在生态风险指数RI 平均值为109.93，属于轻度危害水平。部分采样点存在潜在生态风险指数较高的情况，原因可能是由于受污染较严重，但是目前来看还处在安全和可控的范围。

2.3 焦化厂周边玉米地土壤重金属污染人体健康风险评价

表6 为焦化厂周边土壤种植的玉米籽粒的重金属含量检测结果。参照我国农业行业标准（NY 861—2004）中粮食（含谷物、豆类、薯类及制品中）各重金属的限量标准（Cr、Pb、Cd、As、Hg、Cu、Zn 分别为为1.0，0.4，0.05，0.7，0.02，10，50 mg/kg），从表6 可以看出，所采集玉米籽粒样品中重金属含量均未超出该标准，可放心食用。

表6 焦化厂周边玉米籽粒中重金属含量检测结果 mg/kg

从表7 可以看出，玉米籽粒对于土壤中不同重金属元素的富集程度存在较为显著的差异，其富集系数大小排序为Zn＞Cu＞Cd＝Hg＞As＞Cr＞Pb，其中，Zn 元素的富集系数最高，为0.11。

表7 玉米籽粒重金属富集系数

由表8 可知，玉米籽粒中重金属元素Pb、Cd、Hg、As、Cr 的EDI 值均未超过参照值RFD[17]，并且数值均小于1，说明太谷县焦化厂附近农田种植的玉米重金属元素对人体健康的损害风险并不大。

表8 太谷县焦化厂周边玉米地重金属污染健康风险评价

从表8 可以看出，成人和儿童的总危害指数 （HI）分别是0.001 7 和0.001 0，均小于1；成人和儿童的各重金属元素的THQ 值大小顺序均为As＞Cr＞Hg＞Pb＞Cd，其中，As 的THQ 值占总危害指数（HI）的比例最大，为70.4%。由此可知，太谷县焦化厂周边农田土壤中重金属元素As 的污染对附近居民和食用该区域所产玉米的人群所造成的人体健康危害风险较大。

3 结论

本研究通过对太谷县焦化厂周边的玉米地农田土壤进行重金属污染潜在生态风险评价发现，只有重金属元素Hg 达到了中等危害程度，其他元素如Ni、Cd、Zn 等目前都属于轻度危害水平。

玉米籽粒中Cr、Pb、Cd、As、Hg、Cu、Zn 这7 种元素的平均含量均低于我国粮食中重金属元素含量限量标准（NY 861—2004），可放心食用。

在对太谷县焦化厂周边玉米地农田土壤进行重金属污染健康风险评价后发现，该地区出产的玉米籽粒中重金属元素Pb、Cd、Hg、As 和Cr 的THQ值均小于1，所以太谷县焦化厂附近居民经玉米途径摄入的单一污染元素对人体健康的损害风险并不大；上述5 种重金属污染叠加后对于成人和儿童的总危害指数分别是0.001 7 和0.001 0，均小于1，说明5 种有毒的重金属元素叠加后对成人和儿童的总体健康风险不高。