蔬菜；重金屬；富集系數(shù)；健康風險評價

摘要：為了解合肥市城郊農(nóng)田土壤蔬菜中重金屬污染狀況，以合肥市郊某普通農(nóng)田蔬菜地芹菜、茼蒿、白菜、萵筍、蠶豆為研究對象，考察在不同類型的蔬菜中，含有的相關(guān)重金屬的含量，例如Cd、Zn、Pb，分析它們對人體健康造成的危害。通過實驗分析可知，在不同的蔬菜中，這些重金屬的含量差別非常大，對重金的富集系數(shù)從0.021至0.585不等。五種蔬菜中，重金屬Cd的含量低于國家食品中污染物限定值；重金屬Pb的含量高于國家食品中污染物限定值4-18倍不等，對人體健康有風險。蔬菜中重金屬主要來源可能是澆灌所用的南淝河水。關(guān)鍵詞：蔬菜；重金屬；富集系數(shù)；健康風險評價Abstract:Inordertounderstandtheheavymetalpollutionstatusinthefarmland’svegetablesinthesuburbofHefei,wetakethecelery,garlandchrysanthemum,cabbage,lettuceandbroadbeanfromacommonfarmlandinthesuburbofHefeiastheobjectofourresearchtolearntheenrichmentcharacteristicsandhealthrisklevelsofheavymetalcontentofCd,ZnandPbindifferentvegetables.TheresultshowsthatthecontentofCd,ZnandPbinedibleportionsofdifferentvegetablesvarygreatly,andtheheavymetal’senrichmentcoefficientvariesfrom0.021to0.585.Amongthefivevegetables,thecontentofheavymetalCdislowerthanthenationallimitofpollutantsinfood,whilethecontentofheavymetalPbisnotthatpromising,varyingfrom4timesto18timeshigherthanthenationallimit,whichisriskytophysicalhealth.ThepossiblesourceofheavymetalinthevegetablecanbetheNanfeiRiverusedtoirrigatethevegetables.Keywords:Vegetable;Heavymetals;Accumulation;Healthriskassessment

1引言蔬菜作為人類膳食中不可或缺的組成部分，為人體提供了必須的維生素、纖維素、礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)。然而隨著工業(yè)時代的到來，經(jīng)濟社會的發(fā)展步伐不可阻擋，與此同時，重金屬對自然環(huán)境的影響已經(jīng)成為了我們無法繞開的問題之一。關(guān)于重金屬對土壤蔬菜的影響問題，前人已經(jīng)做過了大量的研究[1]。例如Cd對人體有較高的健康風險水平[25]。而如Pb這種重金屬則更是對人體有潛在的致癌性[26]、[27]。但是對于合肥市——尤其是對于位于穿城而過的南淝河兩岸的市郊蔬菜地相關(guān)問題的研究暫時空缺,故本文就針對這一空缺，對合肥市南淝河沿岸的一塊普通農(nóng)田蔬菜地產(chǎn)出的蔬菜進行實驗分析，縱橫兩向?qū)υ撧r(nóng)田產(chǎn)出的蔬菜中的重金屬Cd、Zn、Pb含量進行分析，從而得到上述重金屬在蔬菜中的分布規(guī)律，相信能夠?qū)υ搮^(qū)域內(nèi)農(nóng)田的種植和管理以及消費者的消費起到一定的指導作用。根據(jù)近年來人們對其他城市、地區(qū)的土壤及蔬菜重金屬污染問題的研究經(jīng)驗[2]、[3]、[4]，通過分析可知，相同種類的蔬菜，對不同種類的重金屬的富集能力是不相同的，同樣在不同種類的蔬菜中，對相同重金屬元素的富集能力也有可能不相同。例如楊陽等[3]對長春市城郊蔬菜—土壤系統(tǒng)重金屬分布特征的研究表明，Pb、Cd的含量情況為：葉菜類＞茄果類＞根莖類；Zn的情況為：葉菜類＞根莖類＞茄果類，總體分析可知，葉菜類的重金屬含量比其他類型的都高。合肥市作為安徽省會，地處皖中，江淮之間，南淝河穿城而過，在周圍的城市中具有較強的代表性。本研究于南淝河下游附近合肥市郊菜地采樣，將5種不同的蔬菜作為研究樣本，研究了蔬菜各部位及整株對于Cd、Zn、Pb的富集能力，并對其健康風險水平進行了評價，以期為人們選用健康蔬菜及蔬菜的種植管理提供參考依據(jù)。2材料與方法2.1樣品的采集2018年4月于合肥市南淝河下游附近選取一塊露天種植，施用農(nóng)家有機肥并使用150m外南淝河河水澆灌的普通農(nóng)田蔬菜地，在一塊邊長15m的正方形菜地中，采集土壤和蔬菜樣品。土壤樣品為相應(yīng)耕層0-20cm的土壤，用對角線法取5個點。蔬菜樣品有芹菜、茼蒿、白菜、萵筍和蠶豆，每種蔬菜采集3-5株。在本次的研究中，土壤和蔬菜的樣品數(shù)量分別為5個、23個。具體采樣地位置如圖2-1所示。圖2-1采樣地位置示意圖2.2樣品的處理與分析在本次的研究中，將收集到的土壤樣品混合后，在室內(nèi)的陰涼處進行風干，同時需要保證環(huán)境的干燥性，風干要及時，防止發(fā)生相關(guān)的反應(yīng)，在風干處理后，將其中的雜物清除干凈，采用四分法取對角二組約1kg土樣，然后使用圓形的木棍研磨，經(jīng)過100目篩處理后，將它放置在陰涼的環(huán)境中，用于接下來重金屬含量的測定；蔬菜樣品采集后，將其送到實驗室中，使用自來水進行沖洗，去除表面泥土，再用蒸餾水沖洗多次，茼蒿、萵筍、芹菜、白菜按根、莖、葉分別處理，后文分析中所提及的“蔬菜可食用部分”均指根、莖兩部分，并各留一株完整蔬菜樣用于測定蔬菜整體重金屬含量，蠶豆按根、莖、葉、果實分類，后文蠶豆的可食用部分則指蠶豆果實，并留一株完整蔬菜樣用于測定蔬菜整體重金屬含量樣品各部分及整株樣品均自然晾干后分別置于烘箱中，105℃殺青15min，65-70℃烘干至恒重，研磨后過20目篩備用。土壤樣品采用微波消解法（WX-8000）進行消解，蔬菜各部分樣品及整株樣品亦采用微波消解法（WX-8000）分別進行消解，再將所有消解樣分別用火焰原子吸收光譜法（WFX-210）測定重金屬含量。2.3人體健康風險評價在本次的研究中，使用的是目標危險系數(shù)法（targethazardquotient，THQ）[13]。該方法首先假定，人們對污染物的吸收量等于攝入量，然后把測定的人體對污染物吸收量與參考量的比值作為評價標準，如若目標危險系數(shù)小于1,那么表明這種污染物對人體的危害性不大；如果得到的數(shù)值大于1，那么表明這種污染物對人體的危害性非常大，并且這個數(shù)值越大，說明危害性就越大[16]、[17]。結(jié)合相關(guān)的資料分析可知，相應(yīng)的計算公式，如下所示： （2-1）上述的公式中，EFr代表裸露的頻率大小，通常情況下，大小為365d·a-1；ED代表裸露的時間，通常情況下，大小為70a；FI代表蔬菜的攝取率大小，通常情況下，兒童和成人各?。?32g、345g[14]，Cm代表蔬菜中含有的重金屬的質(zhì)量分數(shù)（mg·kg-1）；RfD代表服用的對照量，Cd、Zn、Pb依次為1×10-3、3×10-1、4×10-3[15]；BW代表人體體重的平均大小，通常情況下，兒童和成人各?。?3.9kg32.7kg；AT代表非致癌的平均裸露時間，通常情況下，大小為70×365d。結(jié)合相關(guān)的資料分析可知，相應(yīng)的計算公式，如下所示： （2-2）當TTHQ≤1，那么表明這種污染物對人體的危害性不大；當TTHQ＞1，那么表明這種污染物對人體的危害性非常大；當TTHQ＞10，那么表明這種污染物對人體具有慢性的毒性效應(yīng)[18]。2.4土壤評價在本次的研究中，使用的是污染指數(shù)法，在這種方法中，主要是使用單因子指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法[21]、[22]對南淝河下游的蔬菜地進行分析，通過分析，得到相關(guān)土壤中的重金屬的含量大小[19]。結(jié)合我國的相關(guān)標準，得到土壤的PH大小，通過結(jié)合我國的相關(guān)行業(yè)標準GB15618-2018《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準（試行）》中的6.5＜pH≤7.5（表2-1）作為評價標準[19]、[20]評價蔬菜地土壤重金屬的污染狀況。表2-1土壤環(huán)境質(zhì)量標準（GB15618-2018）單位：mg·kg-1重金屬pH≤5.55.5＜pH≤6.56.5＜pH≤7.5pH＞7.5Cd0.30.30.30.6Zn200200250300Pb70901201702.4.1單因子指數(shù)法結(jié)合相關(guān)的技術(shù)資料分析可知，它的計算公式，如下所示[22]、[23]: （2-3）在上述的公式中：Pi代表i環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；Sin代表i的評價準則（mg·kg-1）。2.4.2內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法在本次研究中，使用這種方法，能夠準確的分析出不同類型的污染物，對土壤造成的相關(guān)影響，這種方法[22]、[23]的計算公式如下所示： （2-4）在上述的公式中：P綜代表綜合的污染指數(shù)；Pmax代表污染指數(shù)的最大值；Pave代表污染指數(shù)的平均值。在本次的研究中，評價標準如表2-2所示，具體如下所示[22]、[23]。表2-2蔬菜質(zhì)量分級標準等級劃分綜合污染指數(shù)污染程度污染水平1P≤0.7安全清潔20.7＜P≤1警戒級尚清潔31＜P≤2輕度污染蔬菜已經(jīng)開始受污染42＜P≤3中度污染蔬菜已經(jīng)受到中度污染5P＞3重度污染蔬菜已經(jīng)受污染相當嚴重3結(jié)果與分析3.1不同種蔬菜可食用部分中重金屬含量樣品烘干后測得，茼蒿、萵筍、芹菜、白菜、蠶豆的含水率分別為77.5%、89.1%、76.2%、90.2%、80.6%，土壤含水率為19.1%。如圖3-1所示，不同種蔬菜中重金屬全量有相同的大小規(guī)律，均為Pb＞Zn＞Cd。這與賈麗[4]等對濟南市蔬菜調(diào)查出的蔬菜中重金屬全量規(guī)律不一致。這是由于農(nóng)田附近水源南淝河中重金屬Pb污染較嚴重[5]，而本實驗所選取的菜地的灌溉用水正是南淝河的河水。蔬菜中Cd含量分布在0.006mg·kg-1-0.07mg·kg-1，其中Cd含量最大的是芹菜，最小的是蠶豆；蔬菜中Zn含量分布在0.677mg·kg-1-0.931mg·kg-1，其中Zn含量最大的是茼蒿，最小的是萵筍；蔬菜中Pb含量分布在1.210mg·kg-1-12.611mg·kg-1，其中Pb含量最大的是茼蒿，最小的是蠶豆。蔬菜可食用部分重金屬含量與蔬菜重金屬全量相比，有明顯降低。蔬菜可食用部分中，Cd含量分布在0.003mg·kg-1-0.040mg·kg-1，均低于《食品中污染物限量》[7]中規(guī)定的限量值,其中Cd含量最大的是芹菜，最小的是蠶豆；Zn含量分布在0.168mg·kg-1-0.603mg·kg-1，含量較低，印證了我國孕婦和兒童普遍缺鋅的現(xiàn)象[6]，其中Zn含量最大的是白菜，最小的是萵筍；Pb含量分布在0.831mg·kg-1-3.611mg·kg-1，均高于《食品中污染物限量》[7]中規(guī)定的限量值，其中Pb含量最大的是茼蒿，最小的是萵筍。圖3-1不同種蔬菜中重金屬含量3.2不同種蔬菜可食用部分富集重金屬能力通過分析富集系數(shù)的大小，能夠有效的判定出土壤中富集的污染物的大小。因此，常常使用它表示蔬菜抵抗污染的能力大小。通常情況下，它的數(shù)值越大，那么說明土壤具有更強的吸收重金屬的能力；相反，則越弱。具體如圖3-2所示可知，Cd的富集系數(shù)最大，說明Cd的移動能力最大，其中富集度的大小依次為Cd＞Zn＞Pb。通過分析可知，每種類型的蔬菜的富集能力依次為：芹菜＞茼蒿＞白菜＞萵筍＞蠶豆。由此可見蠶豆重金屬富集系數(shù)最小，則抗重金屬污染能力最強，芹菜富集能力最大，抗重金屬污染能力最弱。各種蔬菜可食用部分富集重金屬Cd能力大小為芹菜＞茼蒿＞白菜＞萵筍＞蠶豆，各種蔬菜可食用部分富集重金屬Zn能力大小為白菜＞茼蒿＞芹菜＞蠶豆＞萵筍，各種蔬菜可食用部分富集重金屬Pb的能力大小為茼蒿＞芹菜＞白菜＞蠶豆＞萵筍。在相同重金屬含量的土壤條件下，重金屬在萵筍和蠶豆可食用部位的積累較少，因此在對應(yīng)重金屬污染較嚴重的農(nóng)田中可種植萵筍和蠶豆，其可食用部分的重金屬不易超標。在選擇種植蔬菜品種時，應(yīng)根據(jù)土壤重金屬污染狀況選擇相應(yīng)重金屬富集能力較差的蔬菜品種，或采用輪種、間種的方法，能夠有效的降低重金屬的影響作用。圖3-2不同種蔬菜對Cd、Zn、Pb的富集系數(shù)及平均富集系數(shù)3.3蔬菜重金屬健康風險評價如圖3-3所示，單一種金屬的THQ最高的是Pb，其次是Cd，最低的是Zn，并且Pb的THQ大于1，這表明長期食用這些蔬菜的人群會因為Pb而引起潛在的風險健康，而其他金屬則對人體沒有明顯的健康風險。復合目標風險系數(shù)大于1，表明樣本蔬菜有很大可能對人體健康產(chǎn)生負面影響，但是復合目標風險系數(shù)小于10，表明樣本蔬菜對人體健康不存在慢性毒害作用。THQ：兒童超出成人30.83%-42.86%，由深入的分析可知，主要是因為，兒童的發(fā)育不夠健全，因此身體解毒的能力比較弱，對于重金屬更敏感，所以相對于成人來說，兒童更具有健康風險。可以看出，同一種重金屬對于兒童和成人的影響基本相同；但是當三種進行混合作用時，Pb的作用最大。圖3-3