貴州東南部某汞礦區(qū)農(nóng)作物重金屬含量及健康風險評價*

劉榮相　張朝暉

(1.黔東南民族職業(yè)技術(shù)學院；2.貴州師范大學生命科學學院)

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貴州東南部某汞礦區(qū)農(nóng)作物重金屬含量及健康風險評價*

劉榮相1張朝暉2

(1.黔東南民族職業(yè)技術(shù)學院；2.貴州師范大學生命科學學院)

摘要為了解貴州東南部某汞礦區(qū)農(nóng)作物重金屬含量及其健康風險，測定了農(nóng)作物食用部分中Hg、As、Cu、Zn、Cd 和Pb等重金屬元素的含量。采用目標危害系數(shù)評價了食用該礦區(qū)農(nóng)作物對兒童和成人的健康風險。單一重金屬健康風險目標危害系數(shù)(THQ)和多種重金屬健康風險目標危害系數(shù)(TTHQ)分析顯示，農(nóng)作物中Hg 、As和Cd的潛在健康風險大，Pb的健康風險較小，Cu和Zn沒有健康風險；TTHQ值均大于23，表明該汞礦區(qū)農(nóng)作物具有多種重金屬攝入的健康風險；對比兒童和成人攝入農(nóng)作物的健康風險，兒童受到重金屬暴露的風險更大。

關(guān)鍵詞汞礦農(nóng)作物重金屬健康風險

汞因其毒性大，在環(huán)境中潛伏期長，能沿食物鏈富集，最終對人類健康構(gòu)成威脅，從而備受社會關(guān)注[1]。貴州東南部某汞礦有近500 a汞冶煉歷史[2-3]。通過前期的研究，該汞礦區(qū)土壤的Hg、As和Cd含量分別超過我國土壤環(huán)境質(zhì)量標準(GB 15618—1995)三級土標準的67.28、6.53和1.16倍，表明該汞礦區(qū)土壤受重金屬污染嚴重[4]。于萍萍[5]等研究表明，該礦區(qū)稻谷受汞污染嚴重。張倩[6]等對該礦區(qū)周邊農(nóng)田蔬菜的污染情況進行過研究。至于該礦區(qū)汞礦廢渣特殊生態(tài)環(huán)境中農(nóng)作物的重金屬含量及其健康風險評價卻鮮見報道。本研究擬通過系統(tǒng)隨機抽樣，初步評價了該汞礦區(qū)農(nóng)作物可食用部分中Hg、As、Cu、Zn、Cd 和Pb的含量并對其健康風險進行了評價，旨在為指導居民飲食安全和礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)提供參考資料。

1研究區(qū)概況

貴州東南部某汞礦的開采時間可追溯到1550年前后，20世紀60年代進入鼎盛時期，年產(chǎn)汞750余t；1980年后，因汞礦資源的枯竭，產(chǎn)汞量逐年減少，至1991年停產(chǎn)[2-3]。研究區(qū)地理坐標位于東經(jīng)107°50′，北緯26°01′，平均海拔680 m，最高氣溫40 ℃，最低氣溫-5.5 ℃，年均降雨量1 400 mm；約180 km2礦區(qū)含汞固廢堆積量約 186萬t[2，5]，堆場面積大、地勢平，居民在廢渣上種植有旱生類農(nóng)作物。

2試驗材料與方法

2.1樣品的采集與前處理

農(nóng)作物樣品采集于2010年9月下旬，為種植在汞礦廢渣上長勢較好的農(nóng)作物大豆、甘薯和芝麻，食用部分分別是豆莢、甘薯塊莖和甘薯葉、芝麻籽粒。為保證采集農(nóng)作物樣品間具有可比性，在汞礦廢渣區(qū)中部設(shè)置50 m×50 m樣地，樣地內(nèi)再設(shè)若干1 m×1 m小樣方，在樣方內(nèi)隨機采摘同種農(nóng)作物3株，帶回實驗室的農(nóng)作物樣品經(jīng)除雜，將根、莖、葉、果實等部分分開，在自來水中沖洗至農(nóng)作物體表無雜物，再用去離子水反復(fù)漂洗。樣品標號后置于101A型干燥箱內(nèi)烘48 h(溫度保持在60 ℃以下，以防汞揮發(fā))。烘干后研磨過80目篩后置于干燥箱中干燥48 h，取出后保存于干燥器中備測。

2.2重金屬分析的消解及測定方法

農(nóng)作物樣品消解方法參照文獻[4]進行。Cd、Cu、Pb、Zn用A Analyst800原子吸收光譜儀測定，其中Zn和Cu用火焰原子吸收法測定，Cd和Pb用石墨爐原子吸收法測定；Hg和As用AF-640原子熒光光譜儀冷原子法測定。分析過程中采用平行雙樣，以國家標準樣品控制測定質(zhì)量，且回收率在 95%～98%。

2.3重金屬健康風險分析方法與指標參數(shù)取值

健康風險分析采用目標危害系數(shù)(THQ)法。該此方法是依據(jù)美國環(huán)境保護署提出的按成人及兒童平均體重建立的風險分析方法[7-8]。THQ法可同時評價單一重金屬的健康風險和多種重金屬復(fù)合暴露的健康風險。該方法假定污染物吸收劑量等于攝入劑量,以人體攝入污染物劑量與參考劑量的比值作為評價標準[9]。

單一重金屬健康風險

(1)

多種重金屬復(fù)合健康風險

(2)

式(1)中各參數(shù)符號名稱和取值見表1，THQ>1，表明污染物可引起人體的健康風險，THQ值越大則表明污染物對人體健康風險越大。式(2)中，n為檢測的重金屬種類。如果TTHQ≤1.0，表明沒有潛在的健康影響；TTHQ>1.0，表明對人體健康產(chǎn)生負面影響的可能性很大；當TTHQ>10.0時，表明存在慢性毒性效應(yīng)[10]。

3研究結(jié)果與分析

3.1農(nóng)作物食用部分的重金屬含量

不同農(nóng)作物食用部分重金屬含量見表2。

表2　各農(nóng)作物食用部分的重金屬含量　mg/kg

注：“-”表示數(shù)據(jù)缺失。

表2顯示：豆莢中重金屬含量的大小關(guān)系是Zn>Cu>Hg>As>Pb>Cd，甘薯塊莖是Zn>As>Cd>Cu>Pb>Hg，甘薯葉是Zn>Cu>As>Hg>Cd>Pb，芝麻籽粒是Zn>Cu>Cd>Hg>Pb。由此可見，該礦區(qū)農(nóng)作物體內(nèi)重金屬含量最多的均是Zn。該礦區(qū)土壤受到Hg、As和Cd的嚴重污染，Hg含量最高的是甘薯葉，其次是芝麻籽粒和豆莢，含量最低的是甘薯塊莖；As在甘薯塊莖中含量最高，其次為甘薯葉，再次為豆莢；Cd在芝麻籽粒中含量最高，其次是甘薯塊莖、含量較少的是甘薯葉和豆莢。As和Cd在豆莢中含量均最少。

3.2農(nóng)作物的重金屬健康風險評價

利用式(1)和式(2)分別計算成人和兒童通過農(nóng)作物攝入重金屬的THQ值和TTHQ值，結(jié)果見表3。

從單一重金屬的健康風險評價上看，大部分農(nóng)作物的Hg、As和Cd的THQ較大，且砷的平均危害系數(shù)甚至均大于10，提示該礦區(qū)的Hg、As和Cd可引起人的健康風險；Pb僅在芝麻籽粒的THQ大于1，提示僅芝麻存在Pb的健康風險；Cu和Zn在成人中THQ均小于1，提示Cu和Zn不會對成人產(chǎn)生健康風險。綜上所述，該礦區(qū)Hg、As和Cd的單一重金屬健康風險大，而Pb的健康風險較小，Cu和Zn沒有健康風險。

表3　農(nóng)作物中重金屬健康風險的THQ和TTHQ值

從TTHQ看，該礦區(qū)所有農(nóng)作物對兒童和成人的健康風險系數(shù)均大于23，表明該礦區(qū)農(nóng)作物對人均有極大的健康風險，甚至存在慢性中毒效應(yīng)。因此，該礦區(qū)農(nóng)作物不宜食用。

4討論

本研究Zn是汞礦區(qū)農(nóng)作物含量最多的重金屬。李如忠[10]研究有色礦業(yè)周邊蔬菜，表明蔬菜的中Zn含量最高；唐文杰[13]等研究錳礦區(qū)農(nóng)作物污染情況，同樣表明Zn是農(nóng)作物中含量最高的重金屬；栗利曼[14]等研究包頭工業(yè)區(qū)農(nóng)作物重金屬污染情況，也表明Zn是農(nóng)作物中含量最高的重金屬。Zn作為植物生長發(fā)育必需的微量元素，具有消除自由基危害、構(gòu)成代謝中酶的成分、維持植物體生物膜及構(gòu)成鋅指蛋白等功能[15]。田路明[16]等認為鋅指蛋白因具有指狀結(jié)構(gòu)特征且能結(jié)合Zn2+，逆境脅迫相關(guān)的鋅指蛋白基因在目標植物中過量表達，對植物起到增強抗逆性的作用。因此，農(nóng)作物中Zn的含量對其適應(yīng)重金屬的環(huán)境脅迫有進一步探究的意義。

多種重金屬的健康風險系數(shù)表明該汞礦區(qū)農(nóng)作物具有極強的潛在健康風險，甚至存在慢性毒性效應(yīng)。兒童食用農(nóng)作物的TTHQ均高于成人，顯示兒童受到重金屬暴露的風險更高。李如忠[10]、唐文杰[13]、鄭娜[17]、李江燕[18]等多位研究者對礦區(qū)周邊農(nóng)作物健康風險評價和兒童攝入的風險分析均顯示，農(nóng)作物具有潛在健康風險，兒童攝入的風險較成人高，與本研究結(jié)果一致。但王北洪[11]、王曉波[19]、錢翌[20]等分別研究北京、廣州、青島等城市蔬菜的重金屬污染及健康風險評價，結(jié)果表明，這些蔬菜大部分未受污染，且不會對人健康構(gòu)成威脅。就上述文獻對比發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)及周邊農(nóng)作物一般會受到重金屬的污染，且具有一定潛在的健康風險。因此，為保障礦區(qū)周邊人民的食物攝入安全，有關(guān)部門應(yīng)采取積極有效的措施，改善和修復(fù)礦區(qū)周邊環(huán)境。

5結(jié)論

(1)貴州西南某汞礦區(qū)農(nóng)作物食用部分重金屬含量最多的是Zn；Hg在甘薯葉中含量最高，而在豆莢和甘薯塊莖中含量較少；As在甘薯塊莖中含量最高，在豆莢中含量較少；Cd在芝麻籽粒中含量最高，在豆莢中含量較少；As和Cd在豆莢中含量均最少。

(2)單一重金屬健康風險分析顯示農(nóng)作物Hg、As和Cd的潛在健康風險大，而Pb的健康風險較小，Cu和Zn沒有健康風險。TTHQ均大于23，表明該礦區(qū)農(nóng)作物有潛在的健康風險。兒童食用農(nóng)作物的TTHQ均高于成人，顯示了兒童更容易受到重金屬暴露的風險。

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(收稿日期2016-04-05)

Heavy Metal Content and Health Risk Assessment of Corps in Mercury Mine in Southeast of Guizhou Province

Liu Rongxiang1Zhang Zhaohui2

(1.Qiandongnan National Vocational Technical Institute;2.College of Life Science, Guizhou Normal University)

AbstractTo evaluate the heavy metals content and health risks of corps in mercury mine area of southeastern Guizhou Province, Hg, As, Cu, Zn, Cd and Pb content in corps for eating were analyzed. Target Hazard Quotients (THQ) method was use to evaluate the health risk on both children and adults of eating the crops in the area. The single heavy metals health risks THQ and the multiple synthetical heavy metals health risks Target Hazard Quotients (TTHQ) analysis indicated that Hg, As, and Cd has great potential health risks, health risks of Pb is relatively smaller, Cu and Zn has no health risks; TTHQ average value is higher than 23, crops of this mercury mine area has health risks by variety heavy metals. Children are more easily exposed by heavy metals by comparison of consume corps of children and adults.

KeywordsMercury mine, Corps, Heavy metals, Health risk

*國家自然科學基金(編號：30860025)。

劉榮相(1983—)，男，講師，碩士，湖北省武漢市洪山區(qū)。