楊 俊 呂府紅 宋永偉 張敬東

(1.中南財經(jīng)政法大學環(huán)境與健康研究中心，湖北 武漢 430073； 2.中南財經(jīng)政法大學環(huán)境管理與政策研究所，湖北 武漢 430073； 3.Department of Business Administration,Technology and Social Sciences,Lulea University of Technology,Lulea,Norrbotten 97187)

典型重金屬污染地區(qū)蔬菜中重金屬含量及健康風險*

楊 俊1,2呂府紅2宋永偉1,2張敬東1,2JerryBlomberg1,3

(1.中南財經(jīng)政法大學環(huán)境與健康研究中心，湖北 武漢 430073； 2.中南財經(jīng)政法大學環(huán)境管理與政策研究所，湖北 武漢 430073； 3.DepartmentofBusinessAdministration,TechnologyandSocialSciences,LuleaUniversityofTechnology,Lulea,Norrbotten97187)

在大冶市典型重金屬污染地區(qū)，選擇羅家橋街辦作為污染區(qū)、茗山鄉(xiāng)作為對照區(qū)，通過采集土壤和蔬菜樣品，分析5種重金屬(Cu、Zn、As、Cd、Pb)的含量，評價重金屬對當?shù)鼐用竦慕】碉L險，評價參數(shù)根據(jù)當?shù)鼐用裾{查得到。結果表明，污染區(qū)土壤樣品的5種重金屬的平均值均高于背景值，對照區(qū)土壤樣品的5種重金屬的平均值與背景值差異不顯著或低于背景值。污染區(qū)蔬菜樣品的5種重金屬的平均值也基本都高于對照區(qū)。因此，污染區(qū)土壤已經(jīng)受到了重金屬的污染，對照區(qū)土壤幾乎未受到重金屬的污染。健康風險評價結果表明，污染區(qū)人群面臨著非致癌風險和致癌風險，而對照區(qū)健康風險較小。從年齡層看，對非致癌風險抵抗力最弱的是兒童，而對致癌風險抵抗力最弱的是成人。污染區(qū)最主要的風險元素是Cd和As。

重金屬污染 蔬菜 健康風險評價

Abstract: In typical heavy metal contaminated area in Daye City,the content of Cu,Zn,As,Cr and Pb for soil samples and vegetable samples in contaminated area (Luojiaqiaojieban) and reference area (Mingshanxiang) were determined. Health risks of vegetable heavy metal were evaluated according to the questionnaire for local parameters. Results showed that the average concentrations of Cu,Zn,As,Cr and Pb in contaminated area soils were higher than the background level,and those in reference area were the same as or even lower than the background level. The average concentrations of Cu,Zn,As,Cr and Pb in contaminated area vegetables were almost higher than those in reference area,too. In conclusion,the contaminated area had already been polluted by heavy metals while the reference area not. Health risk assessment results showed that people in the contaminated area were suffering both non-carcinogenic risks and the carcinogenic risks. In general,people in the reference area had a little health risk. Children were vulnerable to non-carcinogenic risks and adults were vulnerable to carcinogenic risks. The most risky heavy metals were Cr and As.

Keywords: heavy metal contamination; vegetable; health risk assessment

礦產(chǎn)開采所引起的重金屬污染是導致我國土壤環(huán)境質量惡化的重要原因[1]。重金屬由于難降解、難遷移[2]，易通過農(nóng)作物富集而進入人體，進而危害人體健康[3]。研究表明，蔬菜在中國的飲食結構中占很大比例。因此，蔬菜對重金屬的富集是典型重金屬污染地區(qū)人群暴露于重金屬污染的重要媒介[4]。

目前，蔬菜的重金屬健康風險評估已成為國內外非常關注的課題之一[5-6]。關于礦業(yè)城市等典型重金屬污染地區(qū)飲食攝入重金屬的健康風險已有一定研究[7]。但對于健康風險評價模型所涉及的人群暴露參數(shù)，往往直接引用有關暴露參數(shù)手冊的數(shù)據(jù)[8-9]，對當?shù)厝巳罕┞秴?shù)進行實地調查的研究鮮有報道[10-12]。

湖北省大冶市有3 000多年的礦業(yè)開采歷史，礦區(qū)農(nóng)田土壤受重金屬污染影響很大。大冶有色金屬公司冶煉廠周邊土壤中Cu、Zn、As、Cd、Pb等重金屬污染非常嚴重。本研究以大冶有色金屬公司冶煉廠周邊的羅家橋街辦作為污染區(qū)，以距離該冶煉廠約20 km的的茗山鄉(xiāng)作為對照區(qū)，調查了土壤和蔬菜中Cu、Zn、As、Cd、Pb等重金屬的污染狀況，同時對大冶市人群進行了膳食結構調查，獲得當?shù)厝巳旱氖卟藬z入途徑暴露參數(shù)，并采用美國環(huán)境保護署(USEPA)推薦的健康風險評價模型進行致癌和非致癌風險評價，以期為防止典型重金屬污染地區(qū)蔬菜等農(nóng)作物富集的重金屬對人體健康造成危害提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與分析

在污染區(qū)的衛(wèi)王、王家莊、羅橋、長樂、團垴、春光、華井、官塘、金橋9個點位分別采集土壤和蔬菜樣品；在對照區(qū)的范道、上汪、屋段、朱山、茗山、楊橋、上莊7個點位分別采集土壤和蔬菜樣品。

土壤樣品采用隨機多點采樣法，采樣深度為0～20 cm，多點樣品混勻后用四分法取1 kg土壤作為樣品，經(jīng)風干，除雜，研磨后備用。按USEPA《Microwave assisted acid digestion of siliceous and organically based matrices》(Method 3052)方法進行消解。

蔬菜樣品采集小白菜(BrassicacampestrisL. ssp.chinensisMakino)、紫菜苔(Brassicacampestrisvar.purpurea)、包菜(BrassicaoleraceaL. var.capitataL.)、白菜苔(BrassicaparachinensisL.)、香菜(CoriandrumsativumL.)、白蘿卜(Raphanussativus)6種蔬菜的可食用部分，清洗晾干后打成勻漿，冷凍備用。采用《食品中鉛、砷、鐵、鈣、鋅、鋁、鈉、鎂、硼、錳、銅、鋇、鈦、鍶、錫、鎘、鉻、釩含量的測定 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法》(DB53/T 288—2009)進行消解。

土壤和蔬菜樣品消解后用PerkinElmer NexIon350x電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)分析Cu、Zn、As、Cd和Pb的含量，其中As只計無機砷[13-14]。

1.2 健康風險評價模型

歐美國家的健康風險評價發(fā)展已較成熟，美國的RBCA模型和CLEA模型以及荷蘭的CSOIL模型使用較為廣泛[15-16]。我國健康風險評價研究起步較晚，多是引用國外成熟的評價模型進行評價，使用最廣泛的是美國的RBCA模型。本研究亦采用美國RBCA模型對蔬菜樣品中的5種重金屬進行人體健康風險評價，主要計算公式如下：

(1)

(2)

HI=∑HQ

(3)

Risk=ADD×SF

(4)

RiskT=∑Risk

(5)

式中：ADD為日均暴露劑量，mg/(kg·d)；c為蔬菜中重金屬質量濃度，mg/kg；IR為日均攝入量，kg/d；EF為暴露頻率，取365 d/a[17]；ED為暴露持續(xù)時間，a；BW為體重，kg；AT為平均暴露時間，d；HQ為單種重金屬的非致癌風險；RfD為參考劑量，mg/(kg·d)；HI為多種重金屬的總非致癌風險；Risk為單種重金屬的致癌風險；SF為致癌斜率因子，kg·d/mg；RiskT為多種重金屬的總致癌風險。

對于非致癌風險，若HI≤1，多種重金屬對人體造成的總非致癌風險可以忽略；若HI>1，多種重金屬對人體造成的總非致癌風險不可接受。對于致癌風險，若RiskT≤10-4，多種重金屬對人體造成的致癌風險可以忽略；若RiskT>10-4，多種重金屬對人體造成的總致癌風險不可接受。

1.3 模型參數(shù)的選取

IR和BW根據(jù)當?shù)氐膯柧碚{查取平均值，ED取當?shù)鼐用竦钠骄挲g。在評價致癌風險時，AT取人群預期壽命，并換算成天數(shù)，按每年365 d計，其數(shù)據(jù)來自《2012中國衛(wèi)生統(tǒng)計年鑒》；在評價非致癌風險時，AT取(ED×365) d。本研究考慮了人群的年齡差異，分成兒童(2～6歲)、青少年(7～17歲)和成人(18歲及以上)3類，其相應的IR、BW、ED和預期壽命數(shù)據(jù)列于表1中。對于RfD，本研究只考慮經(jīng)口攝食途徑，Cu、Zn、As、Cd、Pb的RfD分別取0.037、0.3、0.3×10-3、1.0×10-3、4×10-3mg/(kg·d)。As、Cd、Pb的SF分別取1.5、0.38、0.008 5 kg·d/mg，Cu和Zn沒有SF數(shù)據(jù)，故不作致癌風險評價[18-20]。

表1 不同人群的調查參數(shù)

2 結果與討論

2.1 土壤中重金屬含量比較分析

由表2可見，污染區(qū)土壤樣品的5種重金屬的平均值均高于背景值；0.05顯著性水平下，Cu、Zn、Cd、Pd與背景值相比差異顯著，As不顯著；其中Cu和Cd的平均值超過了GB 15618—1995的二級標準，表明污染區(qū)土壤已經(jīng)受到了重金屬的污染。由于不同重金屬在土壤中的濃度水平不同，為進一步明確不同重金屬的污染程度，計算了污染指數(shù)。從污染指數(shù)來看，5種重金屬的污染程度表現(xiàn)出Cd>Cu>Zn>Pd>As，且Zn、Pb、As的差異不顯著。

單樣本T檢驗結果表明，對照區(qū)土壤樣品中Cu、Zn平均值與背景值差異不顯著，As、Cd、Pd平均值顯著低于背景值，說明對照區(qū)土壤未受到重金屬的污染。從污染指數(shù)來看，5種重金屬的污染程度也無顯著差異。

表2 污染區(qū)與對照區(qū)土壤重金屬含量比較

注：1)背景值來自文獻[21];2)P1為單樣本T檢驗結果，表示污染區(qū)重金屬與背景值差異的顯著水平；3)污染指數(shù)為質量濃度平均值與背景值的比值，用以表征污染程度，其中字母標注為多重比較結果，相同字母表示重金屬污染程度在0.05顯著性水平下差異不顯著，不同字母表示重金屬污染程度在0.05顯著性水平下差異顯著；4)P2為單樣本T檢驗結果，表示對照區(qū)重金屬與背景值差異的顯著水平；5)P3為雙樣本T檢驗結果，表示污染區(qū)重金屬與對照區(qū)重金屬差異的顯著水平；6)指《土壤環(huán)境質量標準》(GB15618—1995)的二級標準。

表3 污染區(qū)與對照區(qū)蔬菜重金屬含量比較

污染區(qū)與對照區(qū)比較發(fā)現(xiàn)，5種重金屬的平均值差異均顯著，污染區(qū)土壤的Cu、Zn、As、Cd、Pb平均值分別是對照區(qū)的4.5、1.6、2.5、9.7、2.6倍，與相關研究結果吻合[22-23]。

2.2 蔬菜中重金屬含量比較分析

圖1 蔬菜對重金屬的富集系數(shù)Fig.1 Enrichment factors for heavy metals by vegetables

污染區(qū)和對照區(qū)蔬菜中重金屬的平均值如表3所示。經(jīng)單樣本T檢驗分析，除了包菜的Cu、As、Pb污染區(qū)與對照區(qū)差異不顯著外，污染區(qū)蔬菜中重金屬平均值普遍顯著高于對照區(qū)，與2.1節(jié)污染區(qū)土壤受到了重金屬污染，對照區(qū)未受到重金屬污染的結果一致。

不同蔬菜對重金屬的富集能力不同，6種蔬菜對5種重金屬的富集系數(shù)如圖1所示。6種蔬菜對Cu、As、Pb的富集系數(shù)較小且差異較小。6種蔬菜對Zn和Cd的富集系數(shù)明顯大于其他3種重金屬，特別是對Cd的富集系數(shù)。污染區(qū)和對照區(qū)中Cd的富集系數(shù)均表現(xiàn)出香菜>紫菜苔>白蘿卜>小白菜>白菜苔>包菜。

2.3 健康風險評價結果

非致癌風險評價結果見圖2。污染區(qū)各年齡層人群遭受的總非致癌風險均超過了最大可接受值1，而對照區(qū)均未超過，說明對照區(qū)蔬菜中重金屬對當?shù)厝巳旱姆侵掳╋L險在可接受水平之內，而污染區(qū)蔬菜中重金屬對當?shù)厝巳捍嬖谝欢ǖ姆侵掳╋L險。就污染區(qū)而言，總非致癌風險兒童>成人>青少年，分別為6.2、4.7、4.0，兒童抵抗風險能力最弱，青少年抵抗風險能力最強。從不同重金屬對總非致癌風險的貢獻率來看，Cd>As>Pd>Cu>Zn。As的污染指數(shù)雖然很低，但其對當?shù)厝巳旱姆侵掳╋L險卻不容忽視。

圖2 對照區(qū)與污染區(qū)蔬菜中重金屬的非致癌風險Fig.2 Non-carcinogenic risk of heavy metals in vegetables of contaminated area and reference area

致癌風險評價結果見圖3。污染區(qū)各年齡層人群遭受的總致癌風險均超過了最大可接受值10-4，對照區(qū)只有成人的總致癌風險超出了10-4。致癌風險對兒童的威脅最小，隨年齡的增大可能致癌風險也增大。從不同重金屬對總致癌風險的貢獻率來看，污染區(qū)表現(xiàn)為Cd>As>Pb，其中Cd和As的貢獻率分別高達51.3%、47.6%。

圖3 對照區(qū)與污染區(qū)蔬菜中重金屬的致癌風險Fig.3 Carcinogenic risk of heavy metals in vegetables of contaminated area and reference area

綜上所述，污染區(qū)兒童、青少年和成人均遭受到較大的健康風險；而對照區(qū)僅成人的致癌風險略超出最大可接受值，健康風險較小。從年齡層看，對非致癌風險抵抗力最弱的是兒童，而對致癌風險抵抗力最弱的是成人，這是由于致癌風險具有累積性，成人暴露的時間比青少年、兒童長。污染區(qū)最主要的風險元素是Cd和As。

3 結論與建議

(1) 污染區(qū)土壤樣品的5種重金屬的平均值均高于背景值，其中Cu和Cd的平均值超過了GB 15618—1995的二級標準；對照區(qū)土壤樣品的5種重金屬的平均值與背景值差異不顯著或低于背景值。污染區(qū)蔬菜樣品的5種重金屬的平均值也基本都高于對照區(qū)。污染區(qū)土壤已經(jīng)受到了重金屬的污染，對照區(qū)土壤未受到重金屬的污染。

(2) 污染區(qū)各年齡層人群遭受的總非致癌風險均超過了最大可接受值，而對照區(qū)均未超過。污染區(qū)各年齡層人群遭受的總致癌風險均超過了最大可接受值，而對照區(qū)只有成人的總致癌風險略超出了最大可接受值。因此，污染區(qū)存在一定的重金屬健康風險，而對照區(qū)健康風險較小，最主要的風險元素是Cd和As。

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Vegetableheavymetalcontentandhealthrisksinthetypicalheavymetalcontaminatedarea

YANGJun1,2,LYUFuhong2,SONGYongwei1,2,ZHANGJingdong1,2,JerryBlomberg1,3.

(1.InstituteofEnvironmentandHealth,ZhongnanUniversityofEconomicsandLaw,WuhanHubei430073;2.InstituteofEnvironmentalManagementandPolicy,ZhongnanUniversityofEconomicsandLaw,WuhanHubei430073;3.DepartmentofBusinessAdministration,TechnologyandSocialSciences,LuleaUniversityofTechnology,Lulea,Norrbotten97187)

楊 俊，男，1976年生，博士，副教授，主要從事環(huán)境與健康研究。

*中國博士后科學基金面上項目(No.2015M582316)；湖北省教育廳人文社科基金項目(No.17YJAZH105)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.09.005

2017-02-24)