太空莲各器官中镉含量特征及其健康风险评价*

朱如熠，贺湘怡，肖洪波，刘佳琪，楚文喜，赵文玉

(长沙理工大学水利与环境工程学院，湖南 长沙 410114)

籽莲是我国重要的水生经济作物，属于睡莲科。它营养丰富、用途广泛、浑身是宝，不仅具有食用价值，还具有良好的药用价值[1]。湖南是种植籽莲的主要产地之一。近年来，随着国家工业化和科技化的进步与发展，大量的化学肥料和农药投入到农业生产过程中，加上土壤中已有的背景值，更提高了莲子等农产品中重金属含量超标的风险[2]。镉是重金属污染的主要元素之一，其容易被作物吸收，通过土壤-作物运输系统对人体造成严重的健康风险[3]。参照国家食品安全大米类的标准，莲子内的镉的含量应≤0.2 mg/kg[4]。在大量种植莲藕等水生产品的种植区，莲藕中重金属含量存在不同等级的超标现象[5]，但籽莲的相关研究尚不充分，值得我们关注和重视。

1 材料与方法

1.1 采样地的布设和样品采集

在对湘莲种植地的实地勘察的基础上，选取了娄底市双峰县荷叶镇和湘潭市湘潭县石鼓镇两个典型太空莲种植基地作为研究区域，荷叶镇和石鼓镇各取5个采样点，采样点图如图1所示。在每个采样点选取生长状况良好且长势、株高大致相同的4株莲，采样时用陶瓷刀，沿地面割下植物的地上部分，用木锨挖掘出植物的地下部分，及时带回实验室[6]。

图1 采样点分布图Fig.1 Distribution of sampling points

图3 镉在莲各个器官的平均含量Fig.3 Average cadmium content in various organs of lotus

1.2 样品处理与测试分析

1.2.1 植物样品处理与测定

样品分别用自来水和去离子水冲洗干净，去除杂物，将莲各部位样品分别放入烘箱中于60 ℃烘干至恒重，用陶瓷剪刀剪碎，研钵和球磨仪磨碎，过250 μm筛，装袋密封，注明样品编号。用电子天平称量0.5 g植物样品后加10 mL硝酸加热120 ℃进行预消解，至黄烟殆尽取出冷却，加盖后微波消解半小时取出取盖，160 ℃赶酸至糊状，趁热加入0.25 mL硝酸，加入纯水溶解，冷却后移入25 mL容量瓶定容，ICP-AES测定样品的镉含量[7]。

1.2.2 实验仪器

ME204电子天平，北京海天友诚科技有限公司；multiwave 5000微波消解仪，上海瓦克仪器有限公司；BHW-09A45植物样预消解和赶酸仪器，上海博通化学科技有限公司；5100VDVICP-AES电感耦合等离子体发射光谱仪，上海善福电子科技有限公司。

1.3 指标计算与数据分析方法

通过对重金属转运能力、单因子污染指数法、健康风险评价、THQ值的计算土壤样品中镉的检测值是否超过了风险筛选值以及评价湘莲对食用者的健康风险。

重金属富集系数(Bioaccumulation Factor)是植物对沉积物中的重金属积累能力的反映，为了排除大田中土壤镉含量空间分布不均匀带来的影响，计算镉的富集系数，方法如下：

富集系数=湘莲各部位镉含量/土壤中镉含量

(1)

生物转移系数(Translocation Factor)是植物转移重金属的能力体现，为了表征镉在湘莲体内的转运过程，计算其转运系数[8]，方法如下：

(2)

式中：TF为转运系数；CSL为湘莲莲芯中的镉含量；CR为湘莲莲叶中的镉含量。

采用内梅罗单因素污染指数表征采样土壤Cd污染状况[9]，计算公式如下：

(3)

式中：P 为茶园土壤中Cd的单因素污染指数；C为茶园土壤中Cd实测值(mg/kg)；S为 Cd 的标准参考值(取《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)(GB15618-2018)》中Cd农用地土壤污染风险筛选值)。

采用目标危害系数(target hazard quotient，THQ)法计算暴露人群的健康风险．THQ 法能同时评价单一重金属和多种重金属复合暴露的健康风险．如果 THQ 值<1，说明暴露人群没有明显的健康风险，反之，则说明暴露人群存在健康风险[10]。

单一重金属的健康风险：

THQ=(EF×ED×EIR×C)/(RFD×WAB×TA)×10-3

(4)

式中：ED为暴露时间，通常等于人均寿命，一般取70 a；EF为人群暴露频率，一般设定为365 d/a；EIR为湘莲摄入量，湘莲摄入量参考食用菌摄入量[11]，设定为8.49 g/d；WAB为平均体重，成人设为55.9 kg；C为蔬菜中重金属含量；TA为非致癌性平均暴露时间，取25550 d；RFD为参考剂量，Cd为0.001 mg/(kg·d)。

2 结果与讨论

2.1 湘莲植株各器官镉积累与分布

田间条件下，10个样点湘莲各器官镉含量见表1。从图2与表1可以看出，不同样点的湘莲各器官镉含量差异较大；莲芯中镉含量为0.11～0.44 mg/kg(均值约0.20 mg/kg)，高于其他器官；其次是莲根，镉含量为0.05～0.34 mg/kg(均值约0.12 mg/kg)；莲蓬和莲壳镉含量接近，分别为0.01～0.18 mg/kg(均值约0.08 mg/kg)和0.05～0.13 mg/kg(均值约0.08 mg/kg)；莲叶和莲茎中镉含量最低，均远低于茶叶中镉限量标准(1 mg/kg)；总体而言，湘莲各器官镉含量表现为：莲芯>莲根>莲蓬≈莲壳>莲肉>莲叶>莲茎。

表1 湘莲各器官镉含量Table 1 Cadmium content in organs of Xianglian (mg/kg)

表2 湘莲各器官镉富集系数Table 2 Cadmium accumulation coefficient in organs of Xianglian

从表 2 可以看出，不同样点湘莲同一部位对土壤镉富集系数差异较大，湘莲不同器官镉富集系数也存在很大差异。湘莲各器官镉富集系数总体表现为莲芯>莲根>莲蓬≈莲壳>莲肉>莲叶>莲茎，说明不同湘莲部位镉的分布不均衡，其中莲芯富集系数最高为0.27。但湘莲不同器官对镉的富集系数均小于1，总体富集能力均较弱。

2.2 湘莲的镉转运能力

表3中的生物转移系数是植物茎叶向莲芯转移重金属的能力体现。当TF(生物转移系数)大于1时，说明该植物对重金属具有较强转运能力，当其小于1时，则说明不具备较强转运能力。通过计算得出，10份样品中有1份TF值大于10，其余9份TF值都大于1，说明莲芯部分对镉具有较强转运能力。

表3 湘莲各样品茎叶向莲芯的转运系数Table 3 Transport coefficient of stem and leaf to lotus core in each sample of Xianglian

表4 湘莲各样品采集点土壤镉污染指数Table 4 Cadmium pollution index of soil in sampling sites of Xianglian

2.3 基于单因子污染指数法对土壤镉污染的评价

采样点土壤pH值在6.62～7.55之间，平均值为6.93。由表5可知，在样点土壤中Cd的平均质量分数为0.76 mg/kg，超出了《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)风险筛选值(6.5

表5 湘莲各样品目标镉危害系数Table 5 Objective hazard coefficient of cadmium in samples of Xianglian

2.4 健康风险评价

籽莲中镉的健康风险评价结果见表4。通过将单一重金属对成人健康的潜在危险进行比较计算，无论是湘潭还是娄底样品，镉的THQ值均<1，这说明居民食用其暴露于镉的风险总体处于较低水平，日常食用不会对人体造成明显的健康危害。

3 结 论

本课题通过野外调查，研究了娄底、湘潭地区太空莲镉污染的情况，分析了太空莲中各组织器官对Cd的富集及转运能力，以及Cd对农产品质量安全、人体健康可能存在的风险情况，得到的主要结论如下：

(1)莲芯中的镉含量高于湘莲中其他器官。莲芯中的镉是通过茎叶中的韧皮部进行传递，在莲芯中被固定，不再向其余器官转运。本研究中莲芯中镉含量稍高，且植物茎叶向莲芯转移的转运系数均大于1。

镉经由韧皮部转移到籽粒中一般认为有以下两种途怪：一是根不断吸收镉通过茎叶中的木质部韧皮部的转运进而转运到籽粒。二是植物中的镉首先累积在茎叶中，在籽粒发育期经韧皮部通过再分配运输到籽粒。植物体内镉的重新分配是籽粒中镉积累的途径，因此对本研究中湘莲镉的积累途径有待于进一步研究[12]。

(1)虽然土壤中的Cd有80%的检测值超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)的风险筛选值，无论是湘潭还是娄底样品，籽莲镉污染的THQ值均<1，说明不存在明显的健康风险。另建议加强土壤环境监测和农产品协同监测。

综上所述，本研究对象的湘莲对食用者尚无明显的健康风险，但本次采集的大部分土壤样品中镉的检测值超过了风险筛选值，因此有必要进一步明确湘莲种植地土壤中镉污染的来源以及湘莲对镉的吸收富集途径，同时对湘莲产地的镉污染情况进行跟踪监测，为有效控制湘莲中镉含量提供重要参考以保障湘莲类水产品的食品安全。