劉丹 譚雪梅 魏大江

摘要：指出了三峽水位落干期，庫岸居民普遍在消落帶種植作物，存在一定生態(tài)風(fēng)險。以三峽典型近城支流天仙湖農(nóng)業(yè)區(qū)為例，測定了土壤和地上作物可食部位鎘（Cd）含量，采用Monte - Carlo模型評估了土壤農(nóng)作物體系中Cd富集水平及其可能對人體健康帶來的風(fēng)險。結(jié)果表明：天仙湖消落帶土壤Cd分布存在中等程度變異，普遍超過了國家土壤環(huán)境質(zhì)量三級標(biāo)準(zhǔn)，且含量高值區(qū)主要分布在三處河道彎曲段;地上作物可食用部位Cd富集能力為空心菜>香菜>花生>豇豆>綠豆，且空心菜和香菜的健康商數(shù)（HQ）值>1，對人體健康存在一定風(fēng)險;花生、綠豆和豇豆的HQ值<1，對人體不具有健康風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：三峽庫區(qū);農(nóng)作物;消落帶;鎘;健康風(fēng)險

中圖分類號：X820

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）8-0096-03

1 引言

三峽工程特殊的調(diào)蓄水制度使三峽庫岸消落帶夏半年落干，冬半年淹水[1～3]。隨著移民搬遷和庫區(qū)經(jīng)濟快速發(fā)展，庫區(qū)人口密集，人地矛盾突出，庫岸居民普逮在消落帶從事農(nóng)作活動[4，5]。庫岸消落帶是水陸交錯地帶，是污染物遷移轉(zhuǎn)化的過渡地帶。鎘（Cd）具有潛在生物毒性[6]、生物累積性[7，8]和致癌作用[9]，受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[1O，11]，但有關(guān)三峽消落帶農(nóng)作區(qū)Cd的生態(tài)風(fēng)險的研究較少，亟待查明。本研究以三峽庫區(qū)典型支流消落帶一天仙湖農(nóng)作區(qū)為例，以消落帶土壤及地上農(nóng)作物為研究對象，測定土壤和作物中Cd含量，結(jié)合GIS空間分析技術(shù)，探討了Cd在土壤一作物體系中的富集水平和空間分布特征，以期為三峽庫區(qū)消落帶合理利用和水生態(tài)安全提供科學(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 樣品采集

于2017年7月，三峽庫區(qū)水位落干期，用不銹鋼土鉆隨機采集0～30 cm消落帶耕層土樣，混合均勻，自封袋保存，每個混合樣品由3個平行樣組成，同時采集地上作物。并用手持GPS定位，記錄經(jīng)緯度。采樣點分布見圖1。

2.2 樣品分析

土壤經(jīng)風(fēng)干，剔除植物殘體，研磨后，過100目篩。植物樣品在105℃殺青后，用自來水和去離子水反復(fù)清洗，晾干，切碎，在60℃下烘干，粉碎研磨備用[12]。采用HNO3+HCl04+HF方法消解樣品，石墨爐-原子吸收光譜法測定Cd含量[13]。并加入國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品GSS-1、GSV-4進行質(zhì)量控制。

2.3 數(shù)據(jù)處理

Cd含量的描述性統(tǒng)計采用SPSS20軟件計算.Google earth軟件輸出采樣點圖，采用ArcGIS9.2進行克里格內(nèi)插計算。

2.4 土壤一作物系統(tǒng)Cd風(fēng)險評估

采用Monte - Carlo模型評估土壤一作物中Cd污染對人體健康的潛在風(fēng)險[14～16]。

式中：CDI為Cd通過飲食途徑的人體單位體重的日均暴露量，mg/（d.kg）：CS為土壤Cd的濃度（mg/kg），由監(jiān)測數(shù)據(jù)獲得;Ab為Cd從土壤到農(nóng)作物中的轉(zhuǎn)換系數(shù)，即富集系數(shù);IRi為人體對某種作物的飲食途徑的日均暴露量（kg/d）[15];EF為暴露頻率（d/a），缺省值350d;ED為暴露持續(xù)時問（a），缺省值70a;BW為平均體重，（60.1±10.9）kg，按2002年中年人的平均體重計算;AT為平均壽命，76.72a[16]。3結(jié)果與分析

3.1 天仙湖農(nóng)作區(qū)土壤Cd含量特征

天仙湖消落帶農(nóng)業(yè)區(qū)土壤Cd含量統(tǒng)計結(jié)果見表1。由表1可見，土壤Cd含量最小值為2.55 mg/kg，最大值為3.6 mg/kg，均值為3.03 mg/kg.均超過國家土壤環(huán)境質(zhì)量三級標(biāo)準(zhǔn)限定值（1.0 mg/kg） [17]，超標(biāo)率為100%，變異系數(shù)為11.71%屬于中等程度變異[18]，說明土壤Cd存在污染。

3.2 天仙湖農(nóng)作區(qū)土壤Cd空間分布特征

采用ArcGIS9.2空間分析技術(shù)，應(yīng)用普通克里格（ Ordinary Kriging）最優(yōu)內(nèi)插法，調(diào)查r天仙湖農(nóng)作區(qū)土壤Cd的空間分布特征[19，20]，土壤Cd的空間分布見圖2。從圖2可見，天仙湖消落帶土壤Cd污染高值區(qū)（ hotspot）主要分布在三處水流彎曲段，分別為采樣點S2、S4、S10處。

3.3 作物Cd含量和富集特征

天仙湖農(nóng)作區(qū)地上作物主要有空心菜、豇豆、香菜、綠豆、花生，其可食部分Cd含量均值分別為0.18、0. 06、0.17、0.05、0.26 mg/kg（見表2）。根據(jù)《食品中污染物限量CJB2762 - 2005》標(biāo)準(zhǔn)限值[21]，空心菜和香菜，屬葉菜類限值為0.2 mg/kg;花生限值為0.5 rng/kg、綠豆屬雜糧類限值為0.1 mg/kg;豇豆屬其他蔬菜類，限值為0.1 mg/kg，空心菜、豇豆、香菜、綠豆、花生均未超標(biāo)。

3.4 作物Cd富集水平和潛在暴露風(fēng)險

作物Cd富集水平和由飲食途徑的暴露風(fēng)險見表3，由表3可知，作物可食用部分Cd富集能力為花生>空心菜>香菜>豇豆>綠豆。因此，葉菜類Cd富集能力較強，耕作選種時應(yīng)避免空心某和香菜等葉菜類[22，23]。Cd主要通過土壤一作物體系并以飲食方式進入人體，本研究假設(shè)烹調(diào)不減少作物Cd含量，即作物Cd含量與人體攝入量相等。以作物可食部分Cd均值為依據(jù)，采用Monte- Carlo模型評價Cd飲食攝取途徑暴露風(fēng)險結(jié)果，見表4?？芍悴撕涂招牟说娘L(fēng)險商（HQ）值>1，對人體存在一定健康風(fēng)險?；ㄉ⒕G豆和豇豆的HQ值<1，對人體不具有健康風(fēng)險。

4 討論

三峽成庫后庫區(qū)經(jīng)濟快速發(fā)展，人口密集，人地矛盾突出，夏半年三峽消落帶落干期土壤暴露于空氣中，庫岸居民大量利用其開展農(nóng)事活動，存在一定生態(tài)風(fēng)險。本研究發(fā)現(xiàn)，天仙湖農(nóng)作區(qū)土壤Cd存在普遍污染（表1），可能原因為庫岸居民大量的農(nóng)業(yè)活動增加了化肥等外源重金屬源的攝人、城鎮(zhèn)生活和生產(chǎn)污水排放導(dǎo)致污染物在消落帶匯集、長江支流水體處于落干期，水流緩慢.水體對污染物的稀釋和凈化能力卜-降所致。喻超[24]等對威海市區(qū)域地質(zhì)背景下土壤Cd的地球化學(xué)特征的研究表明，主導(dǎo)區(qū)表層土壤Cd的增加與工礦等人為活動有關(guān)。蔡立梅[25]等對東莞市農(nóng)業(yè)土壤的研究表明，土壤Cd分布主要受工農(nóng)業(yè)活動的影響，且可作為施用化肥和農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)活動的標(biāo)識元素。天仙湖農(nóng)作區(qū)土壤Cd含量高值區(qū)分布S2、S4、S10三個河道彎曲處（圖2），可能原因為河道彎曲處水體流速相對緩慢，土壤在淹水期受水體的淹水脅迫和水力沖刷影響較小，導(dǎo)致Cd大liang吸附于土壤中[26]。

植物對Cd富集主要受植物本身的遺傳學(xué)因素影響。施澤明[27]等通過對成都城郊典型蔬菜萵筍、紅薯及其根系土的研究表明，莖葉類蔬菜對Cd的富集能力高于塊莖類蔬菜。Lehoczky等[28]的研究結(jié)果表明甜菜根、蘿卜、胡蘿卜和萵苣為高富Cd植物，而皺葉甘藍、紫甘藍及菜花等具有中等富Cd能力。Kuhoi等[29]則根據(jù)植物積累Cd的能力把植物分為3類：低積累型如豌豆，中積累型如洋蔥、胡蘿卜和高積累型如菠菜、萵苣。此外，植物對Cd富集還與土壤質(zhì)地、氧化還原狀態(tài)、土壤陽離子交換量、土壤營養(yǎng)元素、土壤重金屬背景含量等密切相關(guān)。研究表明，植物對Cd的吸收與土壤總Cd和有效Cd含量正相關(guān)[30]，此外，相似的離子半徑使Ca2+與C砰+競爭吸時點位，對植物Cd富集影響較大[31];另外，Cd- Zn的交互作用對不同植物可能表現(xiàn)為協(xié)同或拮抗作用[32，33]。因此，本研究區(qū)內(nèi)土壤一作物體系對Cd的富集機制在今后的工作中有待進一步研究。

5 結(jié)論

受水陸雙重因素影響天仙湖消落帶農(nóng)作區(qū)土壤Cd含量存在普遍污染，可能與化肥使用、城鎮(zhèn)生活和生產(chǎn)污水排放、長江支流消落帶土壤“源一匯”關(guān)系轉(zhuǎn)化等因素密切相關(guān)，由于遺傳等因素影響，葉菜類作物對Cd富集水平較高且存在一定飲食途徑暴露風(fēng)險，建議在品種選擇時加以考慮。

參考文獻：

[1]黃秀山.天仙湖水中有機磷農(nóng)藥殘留量的可行性分析[J].重慶三峽學(xué)院學(xué)報，2008，24（3）：108～11.

[2]Su W， Liu J， Yang H， et aL.The Main Ecologicallssues of Water-Reseivoir Area[J]. Journal of Environmental Science and Engi-neering， 2010， 4（1）：77～82.

[3]張曾宇，李哲，方芳，等.三峽支流澎溪河消落帶落干初期N20釋放與反硝化特征初探[J].湖泊科學(xué)，2014，26（6）：a23～930.

[4]蔣建東，宋紅波，三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)對策略[J].人民長江，2015，46（19）：67～70，

[5]Yang Q，Li H， Long F.Heavy metals of vegetables and soils ofvegetable bases in Chongqing， southwest China [J]. Environmen-tal monitoring and assessment， 2D07，130（1）：271～279.

[6]徐慧琳.曾文爐，陳翠紅，等，鎘污染土壤中吐納麝香的生物有效性及其評價[J]，農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2016，35（6）：1021

[7]房樹林，潘天揚，閆玉蓮，等，水體Cd暴露對長江上游幾種常見魚類急性中毒效應(yīng)的比較研究[J]，西南師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版.2016，41（6）：81～89.

[8]Zhuang P，McBride M B，Xia H， et aL Hcalth risk from heavymetais via consumption of food crops in the vicinity of Dabaoshanmine， South China [J]. Science of the Total Environment， 2009，407（5）：1551～1561.

[9] Van Maele-Fabry G， Lombaert N， Lison D.Dietary exposure tocadmium and risk of breast cancer in postmcnopausal womcn：Asystematic review and met，a- analysis [J]. Environmenti international， 2016（86）：1～13.

[10]林俊杰，楊振宇，劉丹。等.于濕交替F三峽支流消落帶沉積物粒徑組成及氮分布特征[J].土壤學(xué)報，2016 （3）;602～611.

[11]何立平，劉丹，于志國，等.三峽庫區(qū)干支流落干期消落帶土壤可轉(zhuǎn)化態(tài)氮含量及分布特征[J].環(huán)境科學(xué)，2016 （3）： 950～954.

[12]魯如坤，土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1999：474～489.

[13]國家環(huán)境保護總局.GB/T17141-1997土壤質(zhì)量鉛、鎘的測定石墨爐原子吸收分光光度法[s].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997.

[14]師榮光，周啟星，劉鳳枝，等，天津郊區(qū)土壤一蔬菜系統(tǒng)中Cd的積累特征及污染風(fēng)險[J].中國環(huán)境科學(xué)，2008，28（7）：634～639.

[15]翟鳳英·何宇納，馬冠生，等.中國城鄉(xiāng)居民食物消費現(xiàn)狀及變化趨勢[J].中華流行病學(xué)雜志，2005，26（7）;485～488.

[16]楊曉光，李艷平，馬冠生.中國2002年居民身高和體重水平及近10年變化趨勢分析[J].中華流行病學(xué)雜志，2005，26（7）：489～493.

[17]國家環(huán)境保護局.GB15618-1995國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1995.

[18l朱文轉(zhuǎn)，夏北成，江學(xué)頂，惠州市土壤重金屬污染景觀空間格局特征研究[J].中國環(huán)境科學(xué).2009，29（8）：885～891.

[19]Rodrigues S，Pereira MF.， Sarabando L，et al.Spatial distribu-tion of toral Hg in urban soils from an Atlantic coastal city（Aveiro， Portugal）[J]. Science of the total cnvironment，2006，368（1）：40～46.

[20]Na， B， Berktay A. Groundwater quality mapping in urbangroundlwater using GIS[J].Environrnenral Monitoring and As-sessment，2010，160（1）：215～227.

[21]中華人民共和國衛(wèi)生部.GB2762 - 2005食品中污染物限量[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

[22]Yanqun Z，Yuan L， Jianjun C，et al. Hypcraccumulation of Pb，Zn and Cd in herbaceous grown on lead- zinc mining area in Yunnan， China[J].Environment international， 2005， 31（5）： 755～762.

[23]Li J， Xie ZM， Xu JM，et al. Risk assessment for safety of soilsand vegctables around a lead/zine mine [J]. Environmcntal gcochemist.ry and health，2006 ，28（1）：37～44.

[24]喻超，智云寶，代杰瑞，等.山東省威海市區(qū)域地質(zhì)背景下土壤Cd的地球化學(xué)特征[J].物探與化探，2014，38（5）：1076～1084.

[25j蔡立梅，馬瑾，周永章，等，東莞市農(nóng)業(yè)土壤重金屬的空間分布特征及來源解析[J].環(huán)境科學(xué)，2008，29（12）：3496～3502.

[26]黃丹丹，葛瀅，周權(quán)鎖.淹水條件下土壤還原作用對鎘活性消長行為的影響[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2009 （2）：373～380.

[27]施澤明，倪師軍，張成江，成都城郊典型蔬菜中重金屬元素的富集特征[J].地球與環(huán)境.2006， 34（2）：52～56.

[28] Lehoczky E， Szabo L， Horvath S， et al. Cadmium uptake by let-tuce in different soils[J]. Communications in Soil Science&Plant; Analysis， 1998， 29 （11- 14）：1903 --1912.

[29]Kuboi T，Noguchi A， Yazaki J. Family-dependent cadmium ac-cumulation characteristics.n higher plants[J]. Plant and soil，1986，92（3）：405-415.

[30]何振立，周啟星，謝正苗.污染及有益元素的土壤化學(xué)平衡[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1998：147～160.

[31]熊愈輝.鎘在土壤植物系統(tǒng)中的形態(tài)與遷移特性研究進展[J]，安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（30）：13355～13357.

[32]余國瑩，吳玉樹.不同化合形態(tài)鎘、鋅及其復(fù)合污染對小麥生理的影響[J].生態(tài)學(xué)報，1992，1 2（1）：93～96.

[33]周啟星，吳燕玉，熊先哲，重金屬Cd - Zn對水稻的復(fù)合污染和生態(tài)效應(yīng)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，1994，5（4）：438～441.