川东地区谷类重金属污染状况及健康风险评价

陈春坛,李亚阑,唐 丽,周钰潇,潘声旺,孙晋睿,3

(1.四川文理学院 化学化工学院,四川 达州 635000；2.成都大学 食品与生物工程学院,四川 成都 610106；3.攀枝花市西区环境监测站,四川 攀枝花 617000)

0 引 言

土壤污染状况直接关系到农产品的安全，随着人民生活水平的提高，人们开始关注农产品中重金属对人体健康的影响，尤其是毒害作用较大的汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)和砷(As)[1-3].四川盆地作为西南农产品的重要生产基地，已有文献对盆地内主要农产品重金属的含量情况进行研究，但多以成都平原的典型平原区域为主，而针对四川盆地非平原区农作物重金属污染状况分析的研究鲜有报道[4-5].为了解四川盆地非平原区域主要谷类的重金属污染状况，本研究对盆地东部某县2018年采集到的稻谷、小麦及玉米等典型食用谷类中重金属Cd、Hg、As、Pb与Cr进行检测，分析其污染状况，评价其对人体健康的风险，拟为相关监管部门提供参考.

1 材料与方法

1.1 研究区域

研究区域为四川盆地东部某县，位于北纬30°92′～32°20′，东经103°29′～108°23′范围内，平均海拔880～1 050 m，属于四川盆地东部平行岭谷区、盆中丘陵区及盆周低山区连接地，属中亚热带季风性湿润气候类型，年平均气温18.6 ℃，夏半年光热水充沛，冬半年多阴雨寡照，年降水量1 086.2 mm，土壤主要为稻谷土和紫色土，主要农作物类型有稻谷、玉米、小麦及蔬菜等.

1.2 采样与检测

结合该地区谷物种植区域布局，本研究对区域内13个典型区域按HJ/T166—2004《土壤环境监测技术规范》[6]设置218个采样点，对当地3种主要谷物进行采集.其中，沿河流稻谷主产区7个典型区域，每个区域按系统随机法布设稻谷、小麦、玉米采样点9个、3个、3个；丘陵混合种植区4个典型区域，每个区域按地形分布特点分块随机各布设采样点5个；山区坡地2个典型区域，每个区域按地形分布特点设置稻谷、小麦、玉米采样点分别为3个、8个、8个.样品的采集为谷物成熟后直接在田间按梅花形采集5～7个样品后组成1份混合样，全年采集稻谷、玉米、小麦混合样各94份、62份、62份，共计218份.

样品中重金属的分析测定方法为：Hg采用GB5009.17-2014《食品中总汞及有机汞的测定》中原子荧光光谱分析法测定；Pb采用GB5009.12-2017《食品中铅的测定》中石墨炉原子吸收光谱法测定；Cd采用GB5009.15-2014《食品中镉的测定》中石墨炉原子吸收光谱法测定；Cr采用GB5009.123-2014《食品中铬的测定》中石墨炉原子吸收光谱法测定；As采用GB5009.11-2014《食品中总砷及无机砷的测定》中氢化物发生原子荧光光谱法.

1.3 评价标准及方法

以GB2762-2017《食品中污染物限量》为评价依据，选取Cd、Hg、As、Pb及Cr为评价指标，各评价指标的限制见表1.

表1 食品中污染物限量

1.4 评价方法

1.4.1 污染状况评价方法

谷类中重金属污染状态拟采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法进行评价[1,7]，目前，这两种方法已经在蔬菜与稻谷等农产品重金属污染评价方面得到广泛应用[7-8].

1)单因子污染指数法.单因子污染指数法，是指某种重金属污染物的实测值与该重金属的评价标准的比值，用得出的比值对土壤环境的污染程度进行评判分级，可确定土壤的污染程度.

单因子污染指数法计算方法如下，

(1)

式中，Pi为某重金属元素的单因子污染指数；Ci为样品中某重金属元素含量的平均值；Si为食品中污染物限量.不同的单因子污染指数对应的土壤污染程度分级见表2.

表2 土壤单项污染程度分级标准

2)内梅罗综合污染指数法.由于单因子指数只能反映各个重金属元素对土壤的污染程度，不能全面地反映土壤的污染状况，而内梅罗综合污染指数兼顾了单因子污染指数平均值和最高值，全面反映各污染物的作用，突出高浓度重金属对蔬菜及谷物品质的影响.实际运用中，常根据评估需求，将二者结合使用，相互补充.

内梅罗综合污染指数计算方法如下，

(2)

式中，P综为内梅罗综合污染指数；max(Pi)为多种重金属单因子中的最大值；Pi为某种重金属的单因子指数；n为重金属种类数.内梅罗综合污染指数高低对应的土壤污染程度分级见表3.

表3 土壤综合污染程度分级标准

1.4.2 健康风险评估

本研究拟采用目标危害系数(THQ)法[9-10]对3种谷类中重金属含量对人体健康风险进行评估.THQ法可同时评价单项重金属和多种重金属复合暴露的健康风险.该方法是基于污染物吸收剂量等于摄入剂量，以人体摄入污染物剂量与其参考剂量的比值作为评价标准.THQ值越大表明该污染物对人体健康风险越严重.

1)单项重金属元素健康风险评价为，

(3)

式中，THQ为单项重金属元素的目标危害系数,其余各参数名称和取值见表4.

表4 谷物健康风险分析参数取值

计算结果中，THQ≤1表示该重金属对暴露人群没有明显的健康风险，THQ>1表示该重金属对暴露人群人体健康存在风险，值越高风险越大.

2)多种重金属元素复合健康风险评价为，

(4)

式中，TTHQ为多种重金属元素的复合目标危害系数.

计算结果中，TTHQ≤1.0表示不会威胁人体健康，TTHQ>1.0表示可能受到重金属的危害，TTHQ>10.0表示可能已经存在慢性毒性效应[3].

2 结果与分析

2.1 谷类中重金属含量

本研究对采集的稻谷、玉米及小麦进行重金属检测，并统计其检出率和超标率(见表5).其中可被检测出的样品中重金属含量范围为：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.不同谷类样品中重金属含量见表6.

表5 样品检出率和超标率/%

表6 3种谷类重金属含量范围

由表6可知，3种谷类的重金属含量高低为Cr>Cd>As>Pb>Hg.其中，Cd、As及Pb在稻谷中含量高于其余两种谷类作物，Cr在小麦中含量高于稻谷和玉米，Hg在小麦中含量最低.稻谷和小麦中分别有3个和2个样品的Cd含量超过GB2762-2017《食品中污染物限量》中规定的0.2 mg/kg(稻谷类)、0.1 mg/kg(除稻谷外的其他谷类)标准要求，稻谷和玉米中各有2个样品中的Hg超过GB2762-2017《食品中污染物限量》中规定的0.02 mg/kg要求.As、Pb及Cr在3种谷类中的含量均满足GB2762-2017《食品中污染物限量》中相应要求.经对样品采集地来源追踪分析，重金属超标样品均来自矿山开采区附近的耕地，说明矿山开采对土壤和农作物中重金属的积累有一定影响.

2.2 重金属污染状况评价

稻谷、玉米及小麦中重金属的单因子污染指数和综合污染指数及其评价结果见表7.

表7 3种谷类污染状况表

从表7可以看出，3种谷类中重金属的单因子污染指数均小于1，说明该研究区域3种谷类中Cd、Hg、As、Pb及Cr整体污染水平为清洁状态，其中污染指数最高的重金属元素为Cd，尤其是在小麦中的单因子指数最高.因此,应关注Cd在3种谷类中的污染状况.对3种谷类中的综合污染指数进行分析，小麦的综合污染指数为0.643 2，小于0.7，处于清洁的安全状态，但应警惕其朝警戒状态发展；由于稻谷和玉米中单份样品的Cd和Hg浓度较高使两种谷物的综合污染指数均大于0.7，处于尚清洁的警戒线范围内，应对该两种谷类中Cd和Hg特别警惕，尤其是对在矿山附近区域种植的稻谷和玉米建议采用小麦或其他作物替代.

2.3 健康风险评价

本研究利用THQ法对3种谷类中5种重金属对成人和儿童的健康风险影响进行评价，分别计算THQ值和TTHQ值，结果见表8.

表8 3种谷类中重金属对人体健康影响表

根据表8，从单项重金属健康风险影响分析，每种重金属对成人和儿童的THQ值均小于1，其对人体健康风险处于没有明显影响状态，但稻谷和小麦中Cd和Cr的THQ值均有大于0.5，相对其他污染重金属处于较高值，虽暂时不会引起人体健康风险，但应警惕随着环境的变化其THQ值的升高.

从5种重金属的TTHQ值来分析，稻谷和玉米的TTHQ值均小于1，其中玉米最低，两种谷物处于不会威胁人体健康状态.小麦对成人和儿童的TTHQ值均大于1，但比例未超过10%，其整体风险性不高，处于刚好可能受到重金属危害的边缘状态.虽然调查区域的小麦中多种重金属叠加在一起可能对成人和儿童的健康存在一定风险，但经调查，该地区主要以稻谷为主食，因此小麦的重金属复合危害对该地区人体健康的影响极小.为更好改善该地区谷物的重金属危害风险性，应警惕该区域类多种重金属在农作物中的复合污染引起的人体健康问题，同时，应加强对土壤、耕作、灌溉、施肥及农药等可能造成重金属复合污染的措施管理.

3 结 论

本研究通过对四川盆地东部某区域的稻谷、玉米及小麦的代表性种植区域样品的采集，并进行了重金属含量分析，分析结果显示：3种谷类的重金属含量高低顺序为Cr>Cd>As>Pb>Hg，其中Cd、As及Pb在稻谷中含量高于小麦和玉米，Cr在小麦中含量高于稻谷和玉米，Hg在小麦中含量最低.对稻谷、玉米及小麦3种谷类中5种重金属进行单因子污染指数和内梅罗综合污染指数评价，结果显示：3种谷类中单项重金属的单因子污染指数均小于1，表明该研究区域3种谷类中的Cr、Cd、As、Pb及Hg整体污染水平为清洁状态；综合污染指数中小麦为3种谷类中最低，且小于0.7为安全状态；稻谷和玉米的综合污染指数均大于0.7，处于可能轻微污染状态.对稻谷、玉米及小麦3种谷类中重金属的健康风险评价显示：所有单项重金属的THQ值均小于1，对人体健康风险没有明显的影响；总健康风险中稻谷和玉米的成人和儿童TTHQ值均未超过1，处于不会威胁人体健康状态；小麦的成人和儿童TTHQ值均大于1，处于可能受到危险的边缘状态，建议加强相应措施管理.