焦化廠周邊土壤—玉米系統(tǒng)重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

劉子姣，范智睿

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801）

土壤質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到各種以土壤為生長基質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和人類生命健康，特別是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)于土壤的污染最為直接。近年來，工業(yè)發(fā)展速度逐漸加快，人類發(fā)展與環(huán)境之間的矛盾日漸尖銳并呈現(xiàn)難以調(diào)和的趨勢。在一系列環(huán)境問題中，重金屬污染事件發(fā)生的概率極高，并且土壤中重金屬元素的含量也在不斷增長[1-8]，這將逐漸對(duì)人類的正常生存和生命健康造成越來越嚴(yán)重的威脅和危害。

焦化廠周邊的粉塵中含有大量的重金屬元素，一旦被人吸入會(huì)對(duì)人體造成很大的危害[9]；粉塵沉降落入周邊農(nóng)田土壤，可能會(huì)增加土壤中重金屬污染物含量，重金屬在農(nóng)田中的過量積累對(duì)農(nóng)作物會(huì)造成一定程度的影響，特別是汞和鎘會(huì)在農(nóng)作物種子中累積，這對(duì)于玉米、高粱等生產(chǎn)籽實(shí)的作物危害極大，并且這類重金屬元素在農(nóng)作物籽實(shí)或種子內(nèi)的生物富集系數(shù)較高，其污染物會(huì)隨著食物鏈富集，或者通過人類進(jìn)食進(jìn)入人體，對(duì)人體的潛在危害性極大[10-13]。所以，對(duì)于農(nóng)田土壤- 玉米系統(tǒng)的調(diào)查研究顯得尤為重要。

本研究對(duì)太谷縣某焦化廠附近農(nóng)田玉米地土壤和玉米籽粒中的的重金屬污染狀況進(jìn)行調(diào)查分析，并根據(jù)調(diào)查研究結(jié)果進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，旨在為焦化廠周邊農(nóng)田土壤的保護(hù)與治理，以及防止重金屬通過食物鏈生物富集方式危害人體健康提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 樣品采集

2018 年10 月，在太谷縣某焦化廠周邊的代表性農(nóng)田中選取30 個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行土壤樣品采集，同時(shí)從相對(duì)應(yīng)土壤樣品位點(diǎn)采集30 份玉米籽粒樣品。

1.2 測定項(xiàng)目及方法

測定土壤樣品的pH 值和土壤中8 種重金屬元素（Cd、Cr、As、Hg、Pb、Cu、Zn、Ni）的含量，玉米籽粒樣品測定7 種金重屬元素（Cr、Pb、Cd、As、Hg、Cu、Zn）含量。其中，Cd 元素含量采用石墨爐原子吸收分光光度計(jì)測定；Hg、As 元素含量采用原子熒光光度計(jì)測定；Pb、Cr、Cu、Zn、Ni 元素含量采用原子吸收分光光度計(jì)測定[11]。并計(jì)算玉米籽粒中重金屬含量的富集系數(shù)。

1.3 土壤污染評(píng)價(jià)方法

1.3.1 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 根據(jù)被調(diào)查焦化廠日常生產(chǎn)排放和周邊可能受污染農(nóng)田的實(shí)際情況，采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）法[15-16]進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

具體的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)（即潛在生態(tài)危害系數(shù)和危害指數(shù)與環(huán)境污染程度之間的相關(guān)關(guān)系）的分級(jí)情況如表1 所示。

表1 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)情況

1.3.2 人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 為了研究太谷縣焦化廠附近農(nóng)田受污染情況，采用靶標(biāo)危害系數(shù)法[17]對(duì)該區(qū)域進(jìn)行了玉米食用健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，其靶標(biāo)危害

表2 靶標(biāo)危害系數(shù)法參數(shù)

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析和統(tǒng)計(jì)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 焦化廠周邊玉米地土壤重金屬含量分析

表3 焦化廠周邊玉米地土壤樣品中重金屬含量

經(jīng)測定，太谷縣焦化廠附近農(nóng)田土壤的pH 平均值為8.32，變化范圍是7.97～8.54，變異系數(shù)為15%，該地為堿性土壤，晉中市的主要土壤類型為褐土。由表3 可知，該焦化廠周邊土壤的部分重金屬分布不均勻，尤其是以Zn、Cr 和Hg 這3 種元素的分布不均性比較明顯，說明它們可能比較容易受到外部污染源的干擾。采樣點(diǎn)土壤中Hg、Pb、Zn、Cr這4 種重金屬元素的平均含量均超出了晉中市土壤環(huán)境背景值[17]，而As、Cu、Cd 和Ni 的平均含量均未超出背景值。

2.2 焦化廠周邊玉米地土壤重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

表4 焦化廠周邊玉米地土壤重金屬單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和污染等級(jí)

表5 焦化廠周邊玉米地土壤重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和污染等級(jí)

從表4 可以看出，該區(qū)域玉米地土壤受重金屬污染情況除Hg 的單一潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值達(dá)到了53.80，屬于中度危害以外，其余重金屬元素均屬于輕度危害水平。Hg 的最大值高于160，已經(jīng)達(dá)到了強(qiáng)度危害的水平，極有可能對(duì)所生產(chǎn)玉米的質(zhì)量安全造成影響，應(yīng)引起相關(guān)環(huán)保部門和食品安全部門的警惕和重視。由表5 可知，該調(diào)查區(qū)域玉米地土壤重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI 平均值為109.93，屬于輕度危害水平。部分采樣點(diǎn)存在潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較高的情況，原因可能是由于受污染較嚴(yán)重，但是目前來看還處在安全和可控的范圍。

2.3 焦化廠周邊玉米地土壤重金屬污染人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

表6 為焦化廠周邊土壤種植的玉米籽粒的重金屬含量檢測結(jié)果。參照我國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NY 861—2004）中糧食（含谷物、豆類、薯類及制品中）各重金屬的限量標(biāo)準(zhǔn)（Cr、Pb、Cd、As、Hg、Cu、Zn 分別為為1.0，0.4，0.05，0.7，0.02，10，50 mg/kg），從表6 可以看出，所采集玉米籽粒樣品中重金屬含量均未超出該標(biāo)準(zhǔn)，可放心食用。

表6 焦化廠周邊玉米籽粒中重金屬含量檢測結(jié)果 mg/kg

從表7 可以看出，玉米籽粒對(duì)于土壤中不同重金屬元素的富集程度存在較為顯著的差異，其富集系數(shù)大小排序?yàn)閆n＞Cu＞Cd＝Hg＞As＞Cr＞Pb，其中，Zn 元素的富集系數(shù)最高，為0.11。

表7 玉米籽粒重金屬富集系數(shù)

由表8 可知，玉米籽粒中重金屬元素Pb、Cd、Hg、As、Cr 的EDI 值均未超過參照值RFD[17]，并且數(shù)值均小于1，說明太谷縣焦化廠附近農(nóng)田種植的玉米重金屬元素對(duì)人體健康的損害風(fēng)險(xiǎn)并不大。

表8 太谷縣焦化廠周邊玉米地重金屬污染健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

從表8 可以看出，成人和兒童的總危害指數(shù) （HI）分別是0.001 7 和0.001 0，均小于1；成人和兒童的各重金屬元素的THQ 值大小順序均為As＞Cr＞Hg＞Pb＞Cd，其中，As 的THQ 值占總危害指數(shù)（HI）的比例最大，為70.4%。由此可知，太谷縣焦化廠周邊農(nóng)田土壤中重金屬元素As 的污染對(duì)附近居民和食用該區(qū)域所產(chǎn)玉米的人群所造成的人體健康危害風(fēng)險(xiǎn)較大。

3 結(jié)論

本研究通過對(duì)太谷縣焦化廠周邊的玉米地農(nóng)田土壤進(jìn)行重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，只有重金屬元素Hg 達(dá)到了中等危害程度，其他元素如Ni、Cd、Zn 等目前都屬于輕度危害水平。

玉米籽粒中Cr、Pb、Cd、As、Hg、Cu、Zn 這7 種元素的平均含量均低于我國糧食中重金屬元素含量限量標(biāo)準(zhǔn)（NY 861—2004），可放心食用。

在對(duì)太谷縣焦化廠周邊玉米地農(nóng)田土壤進(jìn)行重金屬污染健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)后發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)出產(chǎn)的玉米籽粒中重金屬元素Pb、Cd、Hg、As 和Cr 的THQ值均小于1，所以太谷縣焦化廠附近居民經(jīng)玉米途徑攝入的單一污染元素對(duì)人體健康的損害風(fēng)險(xiǎn)并不大；上述5 種重金屬污染疊加后對(duì)于成人和兒童的總危害指數(shù)分別是0.001 7 和0.001 0，均小于1，說明5 種有毒的重金屬元素疊加后對(duì)成人和兒童的總體健康風(fēng)險(xiǎn)不高。