廣州某農場土壤和植物重金屬含量及健康風險評估

馬曉凈 鄭麗 周耀紅 陳曉紅 呂輝雄

摘 要 以廣州某農場中的植物和土壤為研究對象，采用火焰原子吸收分光光度法對植物和土壤中的6種重金屬（Pb、Cu、Ni、Zn、Cr、Cd）含量進行分析，對蔬菜中重金屬的人體健康風險進行了評估。結果表明：與國家土壤質量 II 級標準GB15618-1995（6.5關鍵詞 重金屬；植物；土壤；風險

中圖分類號 S151.9 文獻標識碼 A

Heavy Metal Concentration and Health Risk Appraisal

of Agricultural Soil and Plant from

One Farm in Guangzhou

MA Xiaojing， ZHENG Li， ZHOU Yaohong， CHEN Xiaohong， Lü Huixiong*

College of Natural Resources and Environment， South China Agricultural University， Guangzhou， Guangdong 510642， China

Abstract On the basis of the vegetable and soil in a farm in Guangzhou， the contents of six heavy metals（Pb， Cu， Ni， Zn， Cr， Cd）in plants and soil were analyzed by flame atomic absorption spectrometry. The human health risks of heavy metals in vegetables were assessed. The results showed that compared with the national soil quality standard II GB15618-1995（6.5

當前土壤重金屬污染受到了廣泛關注，土壤重金屬是植物中重金屬的重要來源。不少學者針對植物中重金屬含量和土壤重金屬含量之間的相關性進行了論證，研宄結果表明植物中重金屬含量與土壤中重金屬含量之間有著極為密切的關系，特別是與土壤中有效態重金屬的含量相關性更明顯[6]。因此對蔬菜和源頭土壤中的重金屬含量進行檢測及評價，對控制污染和保護人類健康有重大意義[7]。

當前中國的土壤重金屬污染呈日趨加劇的態勢，農產品產地環境點源、面源污染擴大，防治形勢十分嚴峻[8]。污染類型以無機型為主，有機型次之，復合型污染所占比重較小，無機污染超標點位數占全部超標點位數的82.8%，鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8種無機污染物點位超標率分別為7%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%[9]。研究表明重金屬超標可導致人體呼吸系統、消化系統和神經系統等多種器官和組織的損傷[10]。國內外在土壤重金屬方面已經做了大量研究，主要針對城市土壤、菜園土壤、果園土壤以及礦區周邊農田土壤重金屬的含量、空間分布及其對農作物的影響等進行研究[11]。中國在農田土壤重金屬方面的研究，大都是選取某些典型區域，采集土壤和植被樣本通過化學分析等確定重金屬含量并進行相關分析。中國土壤重金屬含量較高，且各區域重金屬含量分布存在較大差異[12]。中國區域農田土壤Pb、Cd、Cu和Zn均有不同程度的富集，通過與背景值進行比較發現，Cd的富集最為嚴重，其次是Pb，其超標現象在全國普遍存在。從總體上看，中國西南部地區土壤重金屬富集值較高，其次是兩廣和遼寧地區，各區域土壤重金屬的富集程度與類型受到當地農業活動和工業發展等的影響[13]。為了進一步了解廣州某農場土壤環境質量現狀，在農場內隨機采集了植物樣品及其相對應的土壤樣品進行重金屬含量的測定。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗材料 在農場里隨機采取6種植物樣品（芋頭、小白菜、豆角、毛豆、番薯、香蕉）和其對應的土壤樣品，用于試驗及重金屬含量的測定。采土區土壤類型是中性偏酸性土壤，樣品采集方法采用S型采集，共采集6種植物樣及對應的6種土壤樣。

1.1.2 主要儀器 分析天平[PB2002-N，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]、30 mL聚四氟乙烯坩堝、30 mL瓷坩堝、ES-1020電爐（三角牌）、DC-B馬弗爐（北京獨創科技有限公司）、DHG-9140A電熱恒溫風干燥箱（上海齊欣科學儀器有限公司）、火焰原子吸收分光光度（Z-2300，日本HITACHI公司）、JP-150A-8高速多功能粉碎機（永康市久品工貿有限公司）、電熱板。

1.1.3 主要試劑 硝酸、氫氟酸、鹽酸、高氯酸。

1.2 方法

1.2.1 植物樣品的制備方法 將采集的植物樣品放入烘箱以105 ℃殺青3 h，然后以65 ℃烘干樣品（約108 h），將烘干后的植物樣品用粉碎機粉碎后過100目篩；稱取約3.000 g過篩植物樣品于坩堝內，先在電爐上碳化（待其無白煙冒出即可），然后置于馬福爐（根據樣品編號按順序放置）中以（500±25）℃灰化約8 h，每種植物樣做3個平行；待樣品冷卻后，取出坩鍋，貼上標簽，按1 ∶ 1（V ∶ V）的比例向坩堝中加入2 mL HCl溶解殘渣；然后轉移至25 mL試管，用蒸餾水清洗坩堝2～3次，清洗液全部倒入試管中；最后用蒸餾水定容至25 mL，充分搖勻后用濾紙過濾至烘干后的塑料瓶中，待測。

1.2.2 土壤樣品的制備方法

稱1 g土壤樣品于聚四氟乙烯坩堝中，分別加入5 mL HNO3、5 mL HF、3 mL HClO4，加蓋放置一夜，打開電熱板，高溫加熱；1 h后，打開通風櫥，開蓋，繼續加熱除硅；當加熱至冒濃厚白煙時，加蓋，待坩堝壁上的黑色有機物消失后，開蓋驅趕HClO4白煙并蒸至內容物呈粘稠狀；當白煙基本冒盡且坩堝內容物呈粘稠狀時，用坩堝鉗將坩堝取下，稍微冷卻；加入5 mL HNO3，趕酸至粘稠狀，稍微冷卻；按1 ∶ 1（V ∶ V）的比例加入2 mL HCl 溶解；轉移至25 mL定量管中，定容，搖勻，過濾于塑料瓶中，待測。

植物重金屬含量測定采用干灰化-原子吸收光譜法，其具體測定方法參照《土壤農業化學分析方法》[14]；土壤中6種重金屬含量均采用HCl-HNO3-HF-HClO4消煮-原子吸收光譜測定法（GB/T 17138-1997）測定[15]。

1.3 數據分析

采用因子指數法評價土壤重金屬污染，包括單因子和多因子指數評價法。單因子指數法計算公式為Pi=Ci/S，其中，Pi為單項污染指數，Ci為實測指數，S為土壤評價標準（一般為土壤評價標準二級）[7]。

多因子指數評價采用內梅羅污染指數法，內梅羅指數是一種兼顧極值或突出最大值的計權型多因子環境質量指數，公式為PN=[（P2iave）+（P2imax）/2]1/2，其中，Pimax為各單因子環境質量指數中的最大者，Piave為各單因子環境質量指數的平均值。

采用THQ靶標危害系數方法評估人體通過食物攝取重金屬的風險大小。

2 結果與分析

2.1 重金屬含量的測定

對6種植物樣品和6種土壤樣品的6種重金屬含量進行測定，結果見表1、表2。農場中無論是植物還是土壤，Zn元素含量最高，Cd元素含量最低，且土壤重金屬（芋頭土和小白菜土Cd元素除外）含量都高于植物。不少學者針對植物中重金屬含量與土壤重金屬含量之間的相關性進行了論證，研究結果表明植物中重金屬含量與土壤中重金屬含量之間有著極為密切的關系，特別是與土壤中有效態重金屬含量的相關性更明顯[19]。本研究的6種植物中的Cd、Pb全部超過植物評價標準，Cu超標率較少；植物與土壤中重金屬含量呈正相關。

通過將表2數據與土壤質量環境標準值進行比較可知，土壤樣品只有香蕉土Pb、Cd超過了土壤環境質量標準值二級，其余都未超過標準值二級。

2.2 單因子指數計算結果

本研究采用因子指數法評價土壤重金屬污染，包括單因子和多因子指數評價法。表3是土壤樣品重金屬含量的單因子指數計算結果。由表3可知，只有香蕉土Cd、Zn的數據大于1，屬于輕污染，其余大都為優良狀態，說明此農場土壤受污染較小，大致良好。

2.3 內梅羅指數計算結果

多因子指數評價采用內梅羅污染指數法，由內梅羅公式計算得芋頭土、小白菜土、香蕉土、豆角土毛豆土和番薯土的內梅羅污染指數分別為0.6、0.87、1.85、0.48、0.98和0.79。通過對比內梅羅指數評價標準可知，芋頭土和豆角土均為清潔，處于安全狀態；小白菜土、毛豆土、番薯土為尚清潔；而香蕉土為輕度污染，需要加強治理。

3 植物中重金屬的健康風險評估

THQ（Target Hazard Quotients）靶標危害系數方法是一種用于評估人體通過食物攝取重金屬的風險大小的方法，該方法是依據USEPA（2000）[20]提出的按成人或兒童的平均體重建立的風險分析方法， 對于不同年齡的人群參數不同[21]。THQ計算方法采用以下公式：

THQ=（EFr×ED×FIR×C×FP×Fm/RfD/WAB/ATn）×10-3[22]

其中THQ表示目標風險商；EFr表示暴露頻率，單位為day/year；ED表示暴露持久性，單位為year；FIR表示人均日蔬菜膳食攝入量，單位為g/（day-person）；C表示蔬菜可食部分重金屬含量，單位為mg/kg（以鮮重計）；Fp為加工因子；Fm表示變異因子；RfD表示參考劑量，單位為mg/（kg·bw）；WAB表示人均體重，單位為kg/person；ATn表示平均無癌癥反應時間，單位為day。

式中：EFr=365day/year；ED=70year；FIR=223.4（兒童）、355（中年）、366.4（老年）g/（day-person）；FP=1；Fm=1；WAB=24.5（兒童）、60.3（中年）、59.4（老年）kg/person；ATn=26280day[20]；

依據USEPA（2000）[24]，Zn、Cd、Cu、Ni的RFD標準分別為0.3、0.001、0.04、0.02 mg/（kg·d）；依據US EPA1997[21]，Pb和Cr的RFD標準分別為0.004和1.5 mg/（kg·d）。

計算結果中，當THQ<1時，表明污染物對人體健康造成的影響不明顯；THQ>1時，表明該污染物可引起人體的健康風險，THQ值越大則表明該污染物對人體健康風險越大[25]。

由表4可知，除Cr元素對人體健康造成的影響不明顯外，其余5種重金屬對人體健康均存在風險。毛豆和番薯的Zn對人體健康不存在風險，其余3種蔬菜的Zn對人體健康存在風險；Pb、Cu對3類人群健康都存在較大的風險；芋頭和小白菜的Cd對人體存在威脅，其余蔬菜中的Cd不存在風險；毛豆和番薯的Ni對人體健康造成的影響不明顯，但豆角對人體健康存在一定的風險；5種重金屬元素對中年人存在的風險最低，對兒童健康存在的風險最高。

4 結論

本研究結果表明，農場蔬菜重金屬的健康風險評估中Pb對3類人群健康都存在最大的風險，表明廣州市居民飲食攝入的重金屬 Pb 已具有潛在的健康威脅。農場中植物樣品與土壤樣品重金屬含量具有相關性。本次采樣農場的自然生態狀況良好，除了香蕉土Pb、Cd超過了土壤環境質量標準值二級和香蕉土的Cd、Zn單項污染指數大于1（屬于輕污染）外，其他土壤重金屬含量均在正常范圍內，這為建立生態農場提供了良好的自然生態條件。本研究結果為評估土壤、蔬菜中重金屬含量對居民健康風險的影響提供一定的參考依據。

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