鉛鋅礦區(qū)魔芋重金屬污染及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

王艷嬌

（貴州省分析測(cè)試研究院，貴陽 550016）

魔芋在中國(guó)有著悠久的種植、食用及藥用歷史，中國(guó)已成為全世界魔芋種植面積最大的國(guó)家，魔芋產(chǎn)業(yè)已成為中國(guó)西部最具成長(zhǎng)潛力與競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的地方特色資源產(chǎn)業(yè)［1］。然而隨著礦產(chǎn)資源開發(fā)利用強(qiáng)度日益增強(qiáng)，越來越多的重金屬污染物被排放到環(huán)境中。重金屬污染物通過土壤遷移轉(zhuǎn)換到魔芋中，通過食物鏈進(jìn)入人體，對(duì)人們的健康產(chǎn)生潛在危害，且這種污染具有隱蔽性、長(zhǎng)期性、不可逆性等特點(diǎn)［2，3］。研究表明，魔芋及其相關(guān)產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥衛(wèi)生及工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的用途和發(fā)展前景［4，5］。有關(guān)魔芋的研究越來越多，主要集中于魔芋的栽培技術(shù)、病蟲害防治、藥用保健價(jià)值方面［4，6］，不同地區(qū)魔芋受重金屬污染影響的研究較少［7］。

本研究試驗(yàn)田是典型的歷史悠久、工藝落后的土法冶煉鉛鋅礦區(qū)，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量含重金屬的廢渣排放于自然環(huán)境中，對(duì)周邊土壤環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染和破壞。為探究污染區(qū)域土壤和魔芋存在的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)，本研究采用綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，研究污染區(qū)域魔芋的污染狀況以及可能會(huì)給居民造成的健康風(fēng)險(xiǎn)，研究結(jié)果有助于全面了解鉛鋅冶煉礦區(qū)魔芋重金屬的污染程度及可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，為魔芋重金屬評(píng)價(jià)及質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管控提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

研究樣品采自某典型鉛鋅冶煉區(qū)試驗(yàn)田，樣品采集時(shí)間為2021 年11 月魔芋收獲季節(jié)。在試驗(yàn)田內(nèi)隨機(jī)采集4 個(gè)點(diǎn)位，每個(gè)點(diǎn)位2 株魔芋的可食部分，裝袋，作為1 個(gè)樣品，采樣量約為500 g；在每個(gè)采集魔芋的點(diǎn)位同步采集根部土壤2 個(gè)樣品。共采集魔芋樣品4 個(gè)、同步采集土壤樣品8 個(gè)，即共采集土壤和魔芋樣品12 個(gè)。土壤樣品經(jīng)風(fēng)干、磨細(xì)過100 目篩后裝袋備用。魔芋的可食部分用自來水沖洗后，再用去離子水洗凈，風(fēng)干表面殘留去離子水后切成小塊，以粉碎勻漿機(jī)打成糊狀備用。

1.2 樣品分析方法

土壤樣品中重金屬采用HNO3-HCl-HF 微波消解后測(cè)定；魔芋中重金屬采用HNO3-H2O2微波消解后測(cè)定。土壤和魔芋樣品待測(cè)液中，汞采用原子熒光分光光度計(jì)（北京海光儀器有限公司）測(cè)定，其余重金屬含量均使用美國(guó)安捷倫Agilent7800 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）（安捷倫科技有限公司）測(cè)定。分析過程所用試劑均為優(yōu)級(jí)純，試驗(yàn)用水均為去離子水，所有器皿均在20%硝酸溶液中浸泡24 h 以上。分析過程中采用空白樣、平行雙樣、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行質(zhì)量保證和質(zhì)量控制，且回收率在90%～110%。

1.3 土壤和魔芋重金屬評(píng)價(jià)方法

1.3.1 土壤和魔芋重金屬污染評(píng)價(jià) 土壤和魔芋重金屬污染采用單項(xiàng)污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法開展評(píng)價(jià)［3，8-10］。單項(xiàng)污染指數(shù)計(jì)算方法公式如下。

式中，Pi為污染物i的單項(xiàng)污染指數(shù)；Ci為污染物i的實(shí)測(cè)濃度，mg/kg；Si為污染物i在土壤和塊根和塊莖類蔬菜限值，mg/kg。當(dāng)Pi＜1 時(shí)，表示土壤或魔芋未受污染；Pi＞1 時(shí)，表示土壤或魔芋受到污染，且Pi值越大，受到的污染越重。

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法，計(jì)算公式如下。

式中，PN為土壤或魔芋中重金屬的綜合污染指數(shù)；Pi均為重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值；Pi最大為重金屬最大單項(xiàng)污染指數(shù)。當(dāng)PN≤0.7 時(shí)，為安全等級(jí)；當(dāng)0.7＜PN≤1 時(shí)，為警戒限；當(dāng)1＜PN≤2 時(shí)，為輕度污染；當(dāng)2＜PN≤3 時(shí)，為中度污染；當(dāng)PN＞3時(shí)，為重度污染。

1.3.2 魔芋攝入的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 采用US EPA（美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局）推薦的目標(biāo)危險(xiǎn)系數(shù)法（Target hazard quotient，THQ）模型評(píng)價(jià)魔芋中攝入重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)。其中，THQ是以污染物暴露劑量與參考劑量的比值來表征非致癌風(fēng)險(xiǎn)水平，如果比值超過安全基準(zhǔn)值1.0，說明該污染物對(duì)人體具有潛在健康風(fēng)險(xiǎn)。THQ的計(jì)算公式如下［11］。

式中，THQ為目標(biāo)危險(xiǎn)系數(shù)；EF為暴露頻率（成人和青少年兒童均為365 d/年）；ED為暴露年限（成人和青少年兒童均為70 年）［11］；根據(jù)文獻(xiàn)［11］確定研究區(qū)成人魔芋的日攝取率FIR為0.45 kg/d，青少年兒童的FIR為0.23 kg/d；RfD為重金屬暴露參考劑量［Cu=4.00×10-2mg/（kg·d）、Zn=3.00×10-1mg/（kg·d）、Pb=3.50×10-3mg/（kg·d）、Cd=1.00×10-3mg/（kg·d）、As=3.00×10-4mg/（kg·d）、Ni=2.00×10-2mg/（kg·d）、Cr=3.00×10-3mg/（kg·d）、Hg=1.6×10-4mg/（kg·d）］［11-13］；BW為受體體重（成人取60 kg，青少年兒童取32 kg）；AT為平均暴露時(shí)間（ED×365）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 和SPSSAU 軟件統(tǒng)計(jì)處理數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤和魔芋中重金屬含量及污染狀況

試驗(yàn)田土壤和魔芋中重金屬含量及污染情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。對(duì)照《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB15618—2018）［14］風(fēng)險(xiǎn)篩選值、《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》（GB 2762—2017）［15］、《食品中銅限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15199—1994）［16］、《食品中鋅限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13106—1991）［17］等限值判定各重金屬污染狀況。研究區(qū)土壤pH 平均值為5.95，處于偏酸性水平，土壤受到Pb、Cd、Zn 嚴(yán)重污染（單項(xiàng)污染指數(shù)分別為19.4、16.6、12.1），除此外，受到銅和砷不同程度的污染（單項(xiàng)污染指數(shù)＞1）。魔芋中重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)呈Cd＞Zn＞Pb＞Cr ＞Cu＞As ＞Ni ＞Hg 的特征，魔芋除受到Cd 的嚴(yán)重污染外，還受到Pb、Zn 和Cr 的污染（單項(xiàng)污染指數(shù)＞1）。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，研究區(qū)試驗(yàn)土壤和魔芋樣品已受到重金屬的重度污染。

2.2 土壤和魔芋中重金屬含量的相關(guān)性分析

研究區(qū)試驗(yàn)田土壤與魔芋食用部分重金屬含量間相關(guān)性利用SPSSAU 軟件計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果見表2。魔芋與土壤中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg、As 8種重金屬之間P值均大于0.05，相關(guān)性不顯著。有研究表明［18］，不同種類的重金屬，由于其物理化學(xué)行為和生物有效性的差異，在土壤-農(nóng)作物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律明顯不同。為今后更準(zhǔn)確地開展土壤重金屬污染評(píng)價(jià)，應(yīng)對(duì)土壤重金屬不同賦存形態(tài)進(jìn)行分析，研究重金屬不同形態(tài)對(duì)生物吸收的貢獻(xiàn)程度，進(jìn)而確定生物有效性大小和生物有效性評(píng)價(jià)。

2.3 經(jīng)魔芋攝入的重金屬污染健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

土壤中重金屬可通過魔芋根系吸收進(jìn)入魔芋植株內(nèi)，并積累在魔芋不同部位和組織中，如果魔芋可食用部分積累大量重金屬，通過食物鏈傳遞將對(duì)人體健康造成嚴(yán)重影響。本研究根據(jù)公式（3）及相應(yīng)評(píng)價(jià)參數(shù)，分別計(jì)算廢棄礦區(qū)成人和青少年兒童通過食用魔芋攝入重金屬的目標(biāo)危險(xiǎn)系數(shù)（THQ），計(jì)算結(jié)果見表3。對(duì)于成人和青少年兒童來說，單個(gè)重金屬Zn、Ni、Hg 風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（THQ）均小于1，健康風(fēng)險(xiǎn)不高；成人和青少年兒童Cd、Pb、As、Cr、Cu 的THQ在1～10 會(huì)造成潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)生負(fù)面影響的可能性較大，食用研究區(qū)域魔芋對(duì)成人和青少年兒童健康存在慢性毒性效應(yīng)。需要對(duì)重金屬污染土壤采取適當(dāng)?shù)姆乐未胧詼p少重金屬通過土壤-魔芋系統(tǒng)經(jīng)由攝入途徑對(duì)人體健康造成的影響。

表3 食用魔芋的重金屬攝入量及健康風(fēng)險(xiǎn)

3 結(jié)論

試驗(yàn)田土壤和魔芋均為重金屬重度污染，土壤以Cd、Zn、Pb 污染最為突出，魔芋以Cd 較為嚴(yán)重。土壤重金屬含量與魔芋食用部分重金屬含量間相關(guān)性不顯著。食用該污染區(qū)域魔芋，Cd、Pb、As、Cr、Cu 5 種元素對(duì)人體健康風(fēng)險(xiǎn)明顯，對(duì)成人和青少年兒童身體健康存在慢性毒性效應(yīng)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中需要及時(shí)監(jiān)測(cè)、防止土壤重金屬污染物質(zhì)的進(jìn)入，對(duì)污染土壤進(jìn)行適宜修復(fù)，合理劃分耕作區(qū)，確保耕作土壤環(huán)境質(zhì)量安全。