福建竹林土壤重金屬與竹筍健康風險評估

黃沐晨

（福建省林業科學研究院，福建福州 350012）

我國是世界上竹子栽培歷史最長、種植面積最廣、竹子產量最高且竹子品種最多的國家[1]。福建省的竹林總面積超過121 萬公頃，其中毛竹（Phyllostachysedulis）林面積高達112.4 萬公頃，居全國首位。2021年，福建省竹產業總產值為831.4 億元，居全國第二（內部數據）。竹筍具有藥食兩用的特殊價值[2]；其滋味鮮美、低糖低脂且富含纖維，在世界范圍內廣受歡迎。全球竹筍消費量正以每年15%的速度逐年遞增[3]。較大的市場需求使福建竹筍產業具有巨大的市場潛力和可觀的開發前景。

隨著竹筍規模化生產的不斷擴大，肥料使用量隨之增加。土壤中的重金屬具有積累性、隱蔽性和潛伏性，難以降解[1]。竹類植物對金屬環境具有較強的適應能力并擁有一定的重金屬吸收能力[4]。研究表明，有機肥、化肥中含有的重金屬元素會隨施肥操作而增加其在竹類植物中的累積[5]。這些重金屬會通過食物鏈的富集作用，對人體造成健康威脅[6-7]。研究竹筍及竹林土壤中的重金屬含量對促進竹筍產業的健康發展和保證竹筍品質及食品安全具有重要意義，可為實現農業生產的可持續發展提供科學依據。

目前，浙江省對竹筍及竹林土壤重金屬監測與研究較為深入，涉及不同品種、海拔和地理環境等[8]。福建省對竹筍及竹林土壤重金屬監測研究較少，僅見岳晉軍等[9]在福建省、浙江省等綠竹（Dendrocalamopsisoldhami）筍主產區采樣測定綠竹林土壤重金屬污染特征并進行竹筍健康風險評價；Mo等[10]對浙江省和福建省等省份竹筍中的重金屬進行監測。涉及福建省內的竹筍樣品量較少，無法反映福建省內竹筍及竹林土壤重金屬整體污染情況，缺少全面、系統性的安全監測。本研究以福建省竹筍主產區內的竹筍及竹林土壤為試驗材料，分析竹筍及竹林土壤中的鉛（Pb）、鎘（Cd）和砷（As）等元素的質量分數和污染情況，對竹筍中的重金屬進行健康風險評價，首次對福建省竹筍主產區內竹筍及竹林土壤中重金屬污染水平及健康風險進行全面監測與評估，以期為福建省竹筍品質安全及竹筍產業健康發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

研究樣品來源于福建省6 市21 個縣（區）。2022年3—8月，在福建省竹筍主產區采集竹筍及竹林土壤各374 批次，其中麻竹（Dendrocalamuslatiflorus）筍28 批次（寧德市福安市），綠竹筍20 批次（漳州市南靖縣），毛竹春筍326 批次（南平市100 批次、三明市134 批次、寧德市27 批次、福州市25 批次、龍巖市40 批次）。依據LY/T 2800—2017[11]，采集的竹筍每批次質量不少于1 kg；將竹筍去殼，采用蒸餾水洗凈，將可食用部分放入食品粉碎機磨碎，再裝入樣品瓶中，-20 ℃冷凍，待測。

依據HJ/T 166—2004[12]，在相應竹筍采樣點采集土壤樣品。土壤采樣深度為0～20 cm，每1～3 hm2設置1 個采樣單元，每個采樣單元內隨機選取5個采樣點采集土壤并混合均勻，采用四分法分取1 kg 為1 個土樣，共374 個土壤樣品；自然風干后，混勻、研磨，過100目尼龍篩，備用。

1.2 測定方法

依據GB/T 17141—1997[13]、HJ 491—2019[14]、GB/T 22105.1—2008[15]和GB/T 22105.2—2008[16]測定土壤中鉛、鎘、銅（Cu）、鉻（Cr）、總汞（Hg）和總砷含量。

依據GB 5009.12—2017[17]、GB 5009.15—2014[18]和GB 5009.11—2014[19]測定竹筍中鉛、鎘和總砷含量。

1.3 評價方法與標準

1.3.1 單項污染指數

采用單項污染指數法逐一評價土壤各重金屬的污染情況，計算公式[12]為：

式中，Pi為土壤重金屬i的單項污染指數；Ci為土壤重金屬i的質量分數；Si為土壤重金屬i的標準限量值。Pi≤1，表明土壤未受污染；Pi>1，表明土壤受污染；數值越大，污染情況越嚴重。

1.3.2 綜合污染指數

采用內梅羅綜合污染指數法評價土壤綜合污染情況，計算公式[12]為：

式中，P為內梅羅綜合污染指數；Pave為土壤污染物單項污染指數平均值；Pmax為土壤污染物單項污染指數最大值。計算結果按污染等級進行劃分（表1）。

表1 土壤污染分級標準[12]Tab.1 Classification standard of soil pollution

1.3.3 竹筍重金屬健康風險評估方法

通過日常飲食進入人體的重金屬，由于代謝緩慢易在人體內富集，需對竹筍中的重金屬進行健康風險評價。以美國環保署的人體健康風險評價為基礎，結合我國居民膳食情況適當調整參數，最終得到健康風險評估計算公式[20]：

式中，Qa和Qc分別為成人和兒童單一重金屬目標風險系數；EDa和EDc分別為成人和兒童攝入竹筍引起的重金屬持續暴露時間（EDa=24 a，EDc=6 a）；F為人均竹筍的日最大攝入量（取人均日攝入蔬菜的量，成人Fa=255 g/d，兒童Fc=163 g/d）；W為健康人群的平均體質量（成人Wa=63.45 kg，兒童Wc=25.60 kg）；EF為年暴露頻率（成人和兒童均取值330 d/a）；Cf為竹筍中重金屬f的質量分數（mg/kg）；Rf為重金屬日參考暴露劑量（總砷、鉛、鎘和鉻參考暴露劑量分別為0.3、3.5、1.0 和1 500.0 μg·kg-1·d-1）；Aa為致癌效應平均暴露時間（70 a×365 d/a=25 550 d），Ac為非致癌效應平均暴露時間（6 a×365 d/a=2 190 d）；Qi為竹筍中重金屬i的單一目標風險系數。HI為高危系數；HI≤1，重金屬對人體無健康風險；HI＞1，重金屬可能會對人體造成健康風險。

1.4 數據處理

采用Excel 2019軟件整理數據；采用SPSS 17.0軟件進行相關性分析。表中數據均為平均值±標準差。

2 結果與分析

2.1 土壤重金屬含量與安全性評價

各城市采樣點土壤平均pH值為4.81，屬強酸性土壤（表2）。各城市采樣點中，土壤鉛含量為31.91～68.48 mg/kg，鉻含量為28.69～54.65 mg/kg，銅含量為9.82～35.12 mg/kg，總砷含量為4.14～11.91 mg/kg，總汞含量為0.13～0.18 mg/kg，鎘含量為0.03～0.23 mg/kg。土壤重金屬平均含量表現為鉛（56.81 mg/kg）>鉻（33.76 mg/kg）>銅（23.46 mg/kg）>總砷（5.85 mg/kg）>總汞（0.15 mg/kg）>鎘（0.10 mg/kg）。根據GB 15618—2018[21]中對土壤污染風險篩選值和風險管制值的規定和標準，374 批次土壤中重金屬銅、鉻、總砷和總汞含量均低于標準中規定的風險篩選值；鉛和鎘平均含量低于標準中規定的風險篩選值，個別批次土壤鉛或鎘含量高于風險篩選值，但低于標準規定的風險管制值，且僅為個別現象，未呈現普遍分布趨勢，總體處于安全水平。

表2 土壤重金屬含量Tab.2 Heavy metal contents of soils

采用單項污染指數法評價土壤重金屬污染情況，各市未見明顯的重金屬污染（表3）。竹筍主產區土壤重金屬污染表現為鉛>鎘>鉻>銅>總砷>總汞。內梅羅綜合污染指數法結果表明，各城市采樣點土壤的污染等級均為安全或警戒線內；其中福州市、龍巖市和漳州市采樣點土壤的污染水平均屬于清潔水平，南平市、三明市和寧德市采樣點土壤的污染水平均屬于尚清潔水平。

表3 土壤重金屬污染指數Tab.3 Heavy metal pollution indexes of soils

2.2 竹筍重金屬含量與安全性評價

各城市采樣點中，竹筍鉛含量為0.038～0.095 mg/kg，鎘含量為0.005～0.009 mg/kg，總砷含量為0.001～0.002 mg/kg；竹筍重金屬平均含量表現為鉛（0.078 mg/kg）>鎘（0.008 mg/kg）>總砷（0.002 mg/kg）（表4）。依據GB 2762—2022[22]，374 批次竹筍中總砷、鎘含量均未超出國家標準規定；鉛含量總體均值低于國家標準規定，僅個別批次超標，未呈現普遍分布趨勢，總體處于安全水平。

表4 竹筍重金屬含量Tab.4 Heavy metal contents of bamboo shoots (mg/kg)

2.3 土壤與竹筍重金屬相關性分析

相關性分析表明，土壤鉛含量與鎘含量呈極顯著正相關（P<0.01），銅含量與鉻含量呈極顯著正相關（P<0.01），總砷含量與銅、鉻和總汞含量均呈極顯著正相關（P<0.01）（表5）。竹筍鎘含量與土壤總砷含量呈極顯著負相關（P<0.01）；總砷含量與土壤鉛含量呈極顯著正相關（P<0.01），與土壤鉻含量呈極顯著負相關（P<0.01）。

表5 土壤與竹筍重金屬相關性分析Tab.5 Correlation analysis among heavy metal contents in bamboo shoots and soils

2.4 竹筍重金屬健康風險評估

竹筍重金屬含量對成人和兒童造成的目標風險系數均較低，高危系數均小于1（表6）。重金屬含量對兒童造成的健康風險稍高于成人。通過計算發現，各城市采樣點的成人每日攝入竹筍量超過4 564 g時，高危系數值才大于1，遠超竹筍每日攝入量，成人可放心食用竹筍；兒童每日攝入竹筍超過691 g 時，高危系數值才大于1，遠超竹筍每日攝入量，兒童亦可放心食用。

表6 竹筍重金屬目標風險系數和高危系數Tab.6 Target hazard quotients and hazard indexes of heavy metals in bamboo shoots

3 結論與討論

3.1 竹筍與竹林土壤污染情況

本研究中，各城市采樣點土壤重金屬平均含量表現為鉛>鉻>銅>總砷>總汞>鎘，僅個別批次土壤鉛或鎘超標。單項污染指數及綜合污染指數表明福建省竹筍主產區土壤整體處于安全水平。本研究中，土壤鉛、鎘含量超標的采樣點均位于礦產資源較為豐富的區域。王友生等[23]對長汀縣稀土礦廢棄地進行重金屬污染研究，發現鎘、鉛和鋅均存在不同程度污染。本次檢測土壤重金屬含量偏高可能與其分布在礦區有關。

本研究中，各城市采樣點重金屬在竹筍中的含量表現為鉛>鎘>總砷，374 批次竹筍鎘與總砷含量均未超出限量標準，僅個別批次竹筍出現鉛含量超標現象，但未呈普遍分布趨勢，總體仍處于安全范圍內。

相關性分析結果表明，土壤鉛含量與鎘含量呈極顯著正相關，銅含量與鉻含量呈極顯著正相關，砷含量與銅、鉻和總汞含量均呈極顯著正相關，表明兩種元素間存在協同富集作用，與顏明娟等[24]研究結論一致。竹筍總砷含量與土壤鉛含量呈極顯著正相關，表明兩者間存在協同富集作用；竹筍鎘含量與土壤總砷含量呈極顯著負相關，總砷含量與土壤鉻含量呈極顯著負相關，說明竹筍鎘含量受土壤總砷含量的負影響，總砷含量受土壤鉻含量的負影響。岳晉軍等[9]研究表明，綠竹鎘含量與土壤鎘含量呈顯著相關性。本研究中，不同種的竹筍對土壤重金屬的吸收能力可能存在差異，重金屬離子之間的相互拮抗、促進會影響竹筍對重金屬離子的吸收。

3.2 竹筍安全風險評價

綜合考慮重金屬含量、暴露時間和日常攝入量等相關因素，能更準確判斷重金屬是否對人體產生慢性損傷。本研究中，竹筍對成人和兒童造成的目標風險系數均小于1，高危系數均小于1，說明食用主產區竹筍對人體不存在健康風險。

目標風險系數評價法是基于重金屬總量的安全性評價，參與評價的重金屬種類越多，評價越準確。對于不同化學形態下毒性不同的重金屬，需要進行針對性分析。Ma 等[25]在安全評價過程中針對性考慮毒性更大的無機砷濃度；Wang 等[26]發現植物可將具有毒性的Cr(Ⅵ)轉化為無毒的Cr(Ⅲ)。在后續竹筍安全風險評價中，可增加重金屬種類、細化金屬價態，做出更加詳細的安全評價。