惠州市農業區域土壤—農產品中鄰苯二甲酸酯污染特征研究

李 彬，鄧 玉，劉德洪，朱雅琪，余 震，楊國義*

（1.廣東省科學院生態環境與土壤研究所/廣東省農業環境綜合治理重點實驗室，廣東 廣州 510650；2.華南土壤污染控制與修復國家地方聯合工程研究中心，廣東 廣州 510650）

鄰苯二甲酸酯（PAEs）作為一類人工合成的添加劑，被廣泛應用于塑料、化妝品、潤滑劑、清潔劑、農藥載體及涂料等行業［1-2］。在生產過程中，PAEs并不與塑料基質形成共價鍵，而是通過氫鍵或范德華力相連，隨著時間的推移，緩慢從塑料制品中遷移到外界環境。目前，在土壤［3］、空氣［4］、水體［5］、河流底泥［6-7］和農產品中［8-9］都已檢測出PAEs。研究表明［10-11］，PAEs能在環境中存在很長時間，具有一定的生物累積性、半揮發性和高毒性，在進入食物鏈后會對人體的內分泌功能產生干擾，在體內長期累積會導致人體畸形、癌變和突變，從而損害人類健康并對環境造成嚴重危害。因此，鄰苯二甲酸二正丁酯（DBP）、鄰苯二甲酸二（2-乙基）已酯（DEHP）、鄰苯二甲酸二正辛酯（DnOP）、鄰苯二甲酸丁基芐基酯（BBP）、鄰苯二甲酸二乙酯（DEP）、鄰苯二甲酸二甲酯（DMP）這6種PAEs已經被美國國家環保總局（EPA）列為優先控制的有毒污染物［12-13］。

目前，國內外學者針對土壤PAEs的健康風險評估［14］、遷移降解行為［15］以及PAEs在土壤和農產品中的分布特征等方面開展了大量研究［16-18］，但是對于農產品產區等典型區域內土壤中PAEs的垂直分布以及區域土壤和農產品協同調查分析相關性的研究還較少。惠州市是珠江三角洲地區重要的鮮蔬生產基地和糧食產區，也是向廣州、深圳、香港等周邊城市提供農產品的重要基地。本研究分析了惠州市不同種植類型區域土壤中PAEs污染水平和垂向遷移特征以及農產品中PAEs的污染特征，對區域尺度內各類農產品對PAEs的生物富集能力的大小以及在農產品—土壤之間的相關性進行了計算，以期為本區域農田土壤中PAEs污染控制和農產品安全管控提供依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

采樣點分布在惠州市面積較大且具有一定代表性的農業生產基地，采集共計49個土壤表層樣品（0～20 cm）（圖1）。為保證樣品的代表性，每個采樣區的樣品為農田土壤混合樣，采用“X”法在每個采樣區均勻設置5個以上采樣點，混勻后用四分法取1 kg土樣，裝入棕色玻璃瓶中。同時在不同區域內布設5個剖面樣，采樣深度設0～20、20～40、40～60、60～100 cm共4個層次，各分層土壤混合均勻，各取1 kg土壤樣品。采集回的土壤樣品保存于冰箱，備用。

圖1 惠州市農業區域土壤—農產品采樣點分布

在同一土壤采樣點位上采集農產品的可食用部分，包括水稻和區域內主要的蔬菜，如：豆角［Vigna unguiculata（Linn.） Walp.］、節瓜（Benincasa hispidaCogn. var.chieh-quaHow）、絲瓜［Luffa cylindrica（L.） Roem］、苦瓜（Momordica charantiaL.）、冬瓜［Benincasa hispida（Thunb.） Cogn.］、菜心（Brassica campestrisL.）、韭菜（Allium tuberosumRottl.）、油麥菜（Lactuca sativaL.）、芥菜［Brassica juncea（L.） Czern. et Coss.］、莧菜（Amaranthus mangostanusL.）、通菜（Ipomoea aquaticaForsk.）、辣椒（Capsicum annuumL.）、白菜（Brassica rapavar.glabraRegel），共22個農產品。每個樣品取2 kg左右，裝入采樣袋中，迅速送回實驗室，進行分析測試。

1.2 試劑和材料

鄰苯二甲酸酯標樣（PT8061-1M）購自Chem Service公司，質量濃度為1000 μg/mL。丙酮、二氯甲烷均為分析純，經色譜檢驗無雜峰。將苯甲酸苯甲酯作為內標物，使用間苯二甲酸二苯酯作為回收率指示物。甲醇、正己烷均為色譜純。提取100～200目氧化鋁和80～100目硅膠，分別在180和250 ℃下活化12 h。

1.3 樣品處理

將凍土樣品在室溫下風干、磨碎后過篩網（60目），保存于磨口瓶中。在索氏提取裝置濾筒中加入20 g土壤樣品，并放入2 g活化銅片和200 mL的二氯甲烷于平底燒瓶（250 mL）中，在水浴鍋上連續提取2 d，溫度保持在45～50 ℃，并用10 ℃的循環水進行冷卻。上述提取液經過不斷的蒸發，獲得1 mL左右的濃縮液，并一次性加入10 mL的正己烷進行轉化，隨后用氮吹蒸發到2 mL左右。過硅膠/氧化鋁（H/H=2/1）色譜柱，采用濕法裝柱，將硅膠用正己烷拌勻后填入柱徑為1 cm的層析柱中，按照12 cm硅膠、6 cm氧化鋁和2 cm無水硫酸鈉的順序由上而下依次填入，并用8 mL丙酮和32 mL正己烷配制的混合溶劑進行淋洗，收集全部洗脫液，旋轉蒸發至0.2 mL。農產品樣品先用自來水將泥土洗凈，再用蒸餾水沖洗切碎，放入凍干機冷凍干燥，最后放入瑪瑙研缽磨細，之后的處理步驟同上述土壤樣品。

1.4 氣相色譜分析

采用SHIMADZU GC-2010氣相色譜儀對樣品進行定量分析，色譜柱是DB-5彈性石英毛細管柱（30.00 m×0.32 mm×0.25 μm）（J & W Co，USA），火焰光度檢測器（FID）。采用99.99%純度的氮氣作為載氣，每次進樣量為1 μL，設置柱流量為2.5 mL/min，毛細管柱進樣口為不分流進樣模式，進樣口溫度設置為250 ℃，檢測器溫度310 ℃；進樣后，按照預先設定的程序進行柱溫箱升溫、恒溫等操作，開始溫度設置為100 ℃，并維持5 min，隨后以6 ℃/min的速率升至290 ℃，并維持10 min。配制PAEs化合物標樣的標準工作曲線，分別為0、100、500、1000、5000 ng/mL。土壤樣品中PAEs單個化合物含量以內標法峰面積計算得到。

1.5 質量控制與保證

實驗過程中禁止使用塑料容器，玻璃儀器經酸浸、蒸餾水水洗后烘干使用。在樣品分析前，進行儀器程序空白、加標空白和平行樣分析等質控措施。以18個樣品為一個批次，通過加標基質來控制樣品的回收率。質量保證與控制結果顯示，間苯二甲酸二苯酯的加標回收率為81.27%～101.64%，6種PAEs化合物的回收率為84.30%～115.90%，相對偏差＜10%，符合質量控制標準。

1.6 數據處理

使用SPSS 17.0軟件對實驗數據進行描述性統計分析，并采用LSD法對不同處理數據之間的差異進行顯著性檢驗（α=0.05）；用Pearson系數評價土壤—農產品的相關性，并對兩者的PAEs含量進行回歸分析。

2 結果與分析

2.1 調查區域土壤中PAEs含量和分布特征

惠州市農業區域內所采集的表層土壤樣品中，6種∑PAEs的含量范圍為0.08～0.65 mg/kg，平均值為0.28 mg/kg，檢出率為100%（表1）。不同土地利用類型土壤∑PAEs的含量表現為菜地＞稻田＞果園，但三者之間的∑PAEs平均含量無顯著差異（表2）。研究表明［18-20］，沈陽地區設施農業土壤樣品中6種PAEs化合物平均值為0.94 mg/kg，山東省花生主產區土壤中6種PAEs化合物的平均含量為1.22 mg/kg，而相鄰的中山市菜地、果園、大田土壤中6種PAEs的含量分別為0.46、0.43和0.36 mg/kg。總體而言，惠州市農業土壤中PAEs含量與我國其他地方相比，仍處于較低水平。

惠州市農業區域表層土壤6種PAEs單體中，DBP和DEHP的檢出率和平均含量均為最高，其他單體的平均含量表現為DEP＞DnOP＞DMP＞BBP（表1）。不同種植類型土壤PAEs單體含量也呈現出不同特征（表2），菜地土壤中各PAEs單體的平均含量均高于稻田和果園土壤的，但3類土壤中各單體含量差異整體不顯著。

表2 惠州市農業區域中不同土壤利用類型PAEs含量與檢出率

表層土壤樣品中6種PAEs的質量分數組成如圖2所示，DBP是百分含量最高的PAEs單體，占總量的53.6%，其次是DEHP，占總量的31.6%，兩者之和占到∑PAEs總量的85.2%，其余4種單體的占比依次為DEP（5.4%）＞DnOP（4.2%）＞DMP（3.6%）＞BBP（1.6%）。稻田、菜地和果園等利用類型的土壤與區域整體PAEs污染組成情況相同，DBP和DEHP均是最主要的污染物。這與我國其他地區的主要污染單體基本相似，例如汕頭蔬菜基地土壤［17］、中山市農產品產區［18］、西湖景區土壤［21］等主要PAEs污染單體均為DBP與DEHP。有研究表明［21-22］，DBP和DEHP在塑料薄膜以及農藥的生產過程中被廣泛應用，而這些農用物資的大量使用，致使農業土壤中DBP和DEHP殘留較多，成為本研究區土壤中最主要的污染單體。另外，惠州市菜地對于農膜的使用量要高于稻田、果園等土地，使得菜地土壤中PAEs的含量高于其他農作物類型土壤的。

圖2 惠州市不同種植區土壤中PAEs的百分含量

采用美國紐約州土壤中PAEs化合物控制和治理標準［23］（表1）對本次采集的表層土壤中PAEs含量進行評價，結果表明，DBP、DMP和DEP在部分土壤樣品中均超過相應的控制標準，超標率分別為85.71%、6.12%和4.08%，但6種PAEs單體均未超過美國土壤治理標準。總體而言，惠州市農業區域土壤已受到不同程度的PAEs化合物污染。

表1 惠州市農業區域土壤中PAEs含量與檢出率

2.2 調查區域中土壤PAEs的垂直分布特征

惠州市農業區域剖面土壤中∑PAEs的含量范圍 為0.10～0.65 mg/kg，平 均 含 量 為0.23 mg/kg，其中DBP的平均含量占∑PAEs平均含量的百分比最高，占比為37.2%，其次是DEP，占26.0%，第三是DEHP，占25.5%，剩余3種單體百分含量占比均低于7%。從PAEs的垂直分布來看（圖3），PAEs在0～20、20～40、40～60、60～100 cm這4個采樣層次中均有不同程度的檢出。其中表層土壤0～20 cm中∑PAEs平均含量為0.35 mg/kg，均高于其他剖面層土壤。DBP、DEP和DEHP在0～100 cm土層中均有檢出，DBP和DEHP的含量隨著土層剖面深度的增加呈現先降低后升高的變化趨勢，而DEP的含量隨著剖面深度的增加呈現先降低再升高最后降低的變化趨勢。BBP、DMP和DnOP主要被吸附在土壤的表層，剖面各層土壤中含量較低，且含量變化差異不明顯。

圖3 土壤剖面各層PAEs的平均含量（n=5）

Tan等［24］研究發現，國內某污水灌溉區農田土壤0～100 cm深度也檢出了14種PAEs化合物（包括DBP和DEHP），表層土壤0～10 cm的DBP和DEHP的含量最高，其含量隨著土壤深度的增加而逐漸降低。在一般情況下DBP、DEHP等高分子量單體的水溶性較低，Kow值比較大，不易被生物降解而消失，易在土壤中累積，故土壤中含量高。王西奎等［25］對濟南農業土壤的研究發現，DBP和DEHP的含量隨著土層深度的增加而降低，DEP呈現出先增加后降低的情況，推測DEP的分子量小、易揮發，隨灌溉淋洗到深層土壤，導致其含量反常變化。此外，土地翻耕方式、土壤濕度、土壤溫度、土壤有機質含量、土壤微生物活性以及有機物自身溶解度等因素可能對PAEs在土壤中垂直方向的分布產生影響［26］。

2.3 調查區域農產品PAEs含量和分布特征

由表3可知，惠州市農產品中6種∑PAEs含量范圍為0.18～7.01 mg/kg，平均含量為1.51 mg/kg，其中水稻∑PAEs含量為1.04～7.01 mg/kg，平均含量為2.98 mg/kg，蔬菜可食用部分∑PAEs含量范圍為0.18～4.51 mg/kg，平均含量為1.08 mg/kg。對∑PAEs的平均含量進行比較可知，水稻高于蔬菜類的，兩者間存在顯著差異（P＜0.05）。由圖4可以看出，瓜豆類蔬菜中∑PAEs含量較葉菜類的高。本研究區農作物PAEs平均含量高于山東壽光設施菜地黃瓜PAEs的平均含量（1.09 mg/kg）［27］，但低于汕頭蔬菜區蔬菜樣品的PAEs平均含量（7.158 mg/kg）［17］以及珠江三角洲9個代表性蔬菜生產基地蔬菜中的PAEs平均含量（3.2 mg/kg）［11］，說明惠州市農產品中PAEs含量處于中等水平。

圖4 惠州市農業區域中各類農產品中ΣPAEs含量

不同農產品中各單體的平均含量占∑PAEs平均含量的百分比如表3所示，DBP的占比最高，占∑PAEs的75.62%，其次是DEHP，占總量的10.15%，兩者之和占到總量的85.77%，而農產品中均未檢出DEP。水稻中占∑PAEs平均含量百分比最高的單體為DBP，占比達到87.03%。蔬菜類中也以DBP和DEHP單體為主，占比分別為66.41%和14.96%，這與我國其他地區的農產品中PAEs單體組成基本相似，如山東壽光設施蔬菜基地［27］、中山市農產品產區［18］等農產品中PAEs均以DEHP 和DBP為主，兩者的分子量相對較大，水溶性較差，遷移性較弱，在進入植物體之后，不易被代謝分解，容易累積在植物體內。

表3 惠州市農業區域中各類農產品PAEs含量與檢出率

目前，國內還未出臺相關的食品PAEs含量控制標準。根據歐洲經濟共同體食品科學委員會（EPA）警示［28］，人體每天對PAEs化合物的攝入總量不能超過0.3 mg/kg體質量。EPA指出，經口途徑攝入的DBP最大參考劑量為0.01 mg/kg體質量。美國環境健康危害評估辦公室（OEHHA）也建議，人體每天允許攝入的DEHP最大量為0.05 mg/kg體質量［8］。如按照成人體重60 kg計算，每個人攝入農產品的量為0.5 kg/d，則農產品中的∑PAEs、DBP和DEHP含量應該分別低于36.0、1.2和6.0 mg/kg。本研究區域內有3個水稻樣品和3個蔬菜樣品中的DBP含量高于上述限值，超標率分別為60.0%和17.6%。

2.4 調查區域中農產品PAEs含量累積狀況分析

PAEs從土壤到各類農產品內的遷移及富集的轉化程度可通過生物富集系數（BCF）（農產品可食用部分PAEs平均含量/土壤中PAEs平均含量）來衡量［17］。表4顯示了PAEs各組分在農產品中的富集系數。對∑PAEs而言，富集系數范圍為0.73～10.78，除莧菜和通菜等葉菜類蔬菜外，其他農產品可食用部位的富集系數均在1.00以上，最高為水稻，而蔬菜類富集系數居前2位的為豆角和絲瓜，分別為7.09和6.48，說明PAEs具有較強的遷移性，易于被農產品吸收、積累。對于DMP和DEP，在所有農產品—土壤中均未檢出。DBP的富集系數范圍為ND～18.71，除通菜未檢出外，其他農產品均在1.00以上；水稻對DBP的富集系數最高，而豆角、節瓜等瓜豆類蔬菜的富集系數要高于葉菜類。對于BBP，僅在豆角、冬瓜以及韭菜中有檢出，富集系數范圍為ND～5.62，最高的韭菜達5.62。DEHP的富集系數范圍為ND～8.81，最高為冬瓜。對于DnOP，富集系數范圍為ND～7.63，所有葉菜類的蔬菜均未檢出DnOP。總體上水稻和蔬菜可食用部位對PAEs各單體的富集系數差異較大，意味著不同農產品對PAEs具有不同的吸收、積累特征。不同種類的蔬菜對PAEs的富集情況也有差異，瓜豆類對DBP富集較多；對BBP富集較多的是韭菜等葉菜類，其次為瓜豆類；對DEHP和DnOP富集較多的也是瓜豆類。因此，瓜豆類（豆角等）表現出對PAEs各單體有較強的累積能力。

表4 各種農產品對PAEs的富集系數

2.5 農產品與土壤PAEs含量的相關性分析

采用SPSS 17統計軟件對同一采樣點的土壤和農產品（蔬菜、水稻）可食用部位中的PAEs含量進行相關性分析。結果表明：蔬菜—土壤中∑PAEs含量的Pearson相關系數r=0.721（P=0.001），兩者在0.01水平（雙側）上顯著相關；蔬菜—土壤中的DEHP含量在0.01水平（雙側）上也顯著相關，相關系數r=0.686（P=0.002）（圖5）；不同蔬菜—土壤的DMP、DEP、DBP、BBP、DnOP含量均不相關；水稻 —稻田土壤中PAE含量相關性也不顯著。總體上蔬菜中的PAEs、DEHP含量隨著土壤中該含量的增加而增大，呈顯著正相關。吳山等［17］研究發現，汕頭蔬菜—土壤中的∑PAEs、DBP、DEHP含量也呈正相關。

圖5 蔬菜—土壤中PAEs含量的回歸曲線

3 結論

惠州市農業區域采集的表層土壤樣品中∑PAEs含量范圍為0.08～0.65 mg/kg，平均含量為0.28 mg/kg，主要污染單體為DBP和DEHP，兩者之和占到∑PAEs的85.2%。菜地土壤中∑PAEs平均含量最高，其次是稻田，果園土壤中含量最低。DBP、DMP和DEP含量均超過EPA控制標準，超標率分別為85.71%、6.12%和4.08%，但未超過治理標準。說明惠州市農業區域土壤已存在PAEs污染情況。

從PAEs垂直分布看，0～20、20～40、40～60、60 ～100 cm這4個層次中，PAEs均有不同程度的檢出。表層土壤中∑PAEs平均含量為0.35 mg/kg，均高于其他剖面層土壤。其中DBP和DEHP平均含量隨著土層剖面深度的增加呈現先降低后升高的變化趨勢；BBP、DMP和DnOP在剖面各層土壤中含量較低，含量變化差異不明顯；而DEP的含量隨著剖面深度的增加呈現先降低再升高最后降低的變化趨勢。

惠州市農產品可食用部位中∑6PAEs含量范圍為0.18～7.01 mg/kg，平均含量為1.51 mg/kg， DBP和DEHP的含量和檢出率均居前2位。水稻中∑PAEs含量高于蔬菜，而瓜豆類蔬菜中∑PAEs含量較葉菜類的高。農業區域內部分水稻以及蔬菜樣品中DBP含量均高于美國和歐洲建議標準，存在一定的健康風險。

惠州市各類農產品可食用部位的∑PAEs的富集系數范圍為0.73～10.78，除莧菜和通菜等葉菜類蔬菜外，其他農產品可食用部位的富集系數均在1.00以上，富集系數最高的為水稻，瓜豆類對PAEs 各單體的富集能力也較強。總體上蔬菜中的PAEs、DEHP含量隨著土壤中該含量的增加而增大，呈顯著正相關。