杨 俊 吕府红 宋永伟 张敬东

(1.中南财经政法大学环境与健康研究中心，湖北 武汉 430073； 2.中南财经政法大学环境管理与政策研究所，湖北 武汉 430073； 3.Department of Business Administration,Technology and Social Sciences,Lulea University of Technology,Lulea,Norrbotten 97187)

典型重金属污染地区蔬菜中重金属含量及健康风险*

杨 俊1,2吕府红2宋永伟1,2张敬东1,2JerryBlomberg1,3

(1.中南财经政法大学环境与健康研究中心，湖北 武汉 430073； 2.中南财经政法大学环境管理与政策研究所，湖北 武汉 430073； 3.DepartmentofBusinessAdministration,TechnologyandSocialSciences,LuleaUniversityofTechnology,Lulea,Norrbotten97187)

在大冶市典型重金属污染地区，选择罗家桥街办作为污染区、茗山乡作为对照区，通过采集土壤和蔬菜样品，分析5种重金属(Cu、Zn、As、Cd、Pb)的含量，评价重金属对当地居民的健康风险，评价参数根据当地居民调查得到。结果表明，污染区土壤样品的5种重金属的平均值均高于背景值，对照区土壤样品的5种重金属的平均值与背景值差异不显著或低于背景值。污染区蔬菜样品的5种重金属的平均值也基本都高于对照区。因此，污染区土壤已经受到了重金属的污染，对照区土壤几乎未受到重金属的污染。健康风险评价结果表明，污染区人群面临着非致癌风险和致癌风险，而对照区健康风险较小。从年龄层看，对非致癌风险抵抗力最弱的是儿童，而对致癌风险抵抗力最弱的是成人。污染区最主要的风险元素是Cd和As。

重金属污染 蔬菜 健康风险评价

Abstract: In typical heavy metal contaminated area in Daye City,the content of Cu,Zn,As,Cr and Pb for soil samples and vegetable samples in contaminated area (Luojiaqiaojieban) and reference area (Mingshanxiang) were determined. Health risks of vegetable heavy metal were evaluated according to the questionnaire for local parameters. Results showed that the average concentrations of Cu,Zn,As,Cr and Pb in contaminated area soils were higher than the background level,and those in reference area were the same as or even lower than the background level. The average concentrations of Cu,Zn,As,Cr and Pb in contaminated area vegetables were almost higher than those in reference area,too. In conclusion,the contaminated area had already been polluted by heavy metals while the reference area not. Health risk assessment results showed that people in the contaminated area were suffering both non-carcinogenic risks and the carcinogenic risks. In general,people in the reference area had a little health risk. Children were vulnerable to non-carcinogenic risks and adults were vulnerable to carcinogenic risks. The most risky heavy metals were Cr and As.

Keywords: heavy metal contamination; vegetable; health risk assessment

矿产开采所引起的重金属污染是导致我国土壤环境质量恶化的重要原因[1]。重金属由于难降解、难迁移[2]，易通过农作物富集而进入人体，进而危害人体健康[3]。研究表明，蔬菜在中国的饮食结构中占很大比例。因此，蔬菜对重金属的富集是典型重金属污染地区人群暴露于重金属污染的重要媒介[4]。

目前，蔬菜的重金属健康风险评估已成为国内外非常关注的课题之一[5-6]。关于矿业城市等典型重金属污染地区饮食摄入重金属的健康风险已有一定研究[7]。但对于健康风险评价模型所涉及的人群暴露参数，往往直接引用有关暴露参数手册的数据[8-9]，对当地人群暴露参数进行实地调查的研究鲜有报道[10-12]。

湖北省大冶市有3 000多年的矿业开采历史，矿区农田土壤受重金属污染影响很大。大冶有色金属公司冶炼厂周边土壤中Cu、Zn、As、Cd、Pb等重金属污染非常严重。本研究以大冶有色金属公司冶炼厂周边的罗家桥街办作为污染区，以距离该冶炼厂约20 km的的茗山乡作为对照区，调查了土壤和蔬菜中Cu、Zn、As、Cd、Pb等重金属的污染状况，同时对大冶市人群进行了膳食结构调查，获得当地人群的蔬菜摄入途径暴露参数，并采用美国环境保护署(USEPA)推荐的健康风险评价模型进行致癌和非致癌风险评价，以期为防止典型重金属污染地区蔬菜等农作物富集的重金属对人体健康造成危害提供参考。

1 材料与方法

1.1 样品采集与分析

在污染区的卫王、王家庄、罗桥、长乐、团垴、春光、华井、官塘、金桥9个点位分别采集土壤和蔬菜样品；在对照区的范道、上汪、屋段、朱山、茗山、杨桥、上庄7个点位分别采集土壤和蔬菜样品。

土壤样品采用随机多点采样法，采样深度为0～20 cm，多点样品混匀后用四分法取1 kg土壤作为样品，经风干，除杂，研磨后备用。按USEPA《Microwave assisted acid digestion of siliceous and organically based matrices》(Method 3052)方法进行消解。

蔬菜样品采集小白菜(BrassicacampestrisL. ssp.chinensisMakino)、紫菜苔(Brassicacampestrisvar.purpurea)、包菜(BrassicaoleraceaL. var.capitataL.)、白菜苔(BrassicaparachinensisL.)、香菜(CoriandrumsativumL.)、白萝卜(Raphanussativus)6种蔬菜的可食用部分，清洗晾干后打成匀浆，冷冻备用。采用《食品中铅、砷、铁、钙、锌、铝、钠、镁、硼、锰、铜、钡、钛、锶、锡、镉、铬、钒含量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法》(DB53/T 288—2009)进行消解。

土壤和蔬菜样品消解后用PerkinElmer NexIon350x电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析Cu、Zn、As、Cd和Pb的含量，其中As只计无机砷[13-14]。

1.2 健康风险评价模型

欧美国家的健康风险评价发展已较成熟，美国的RBCA模型和CLEA模型以及荷兰的CSOIL模型使用较为广泛[15-16]。我国健康风险评价研究起步较晚，多是引用国外成熟的评价模型进行评价，使用最广泛的是美国的RBCA模型。本研究亦采用美国RBCA模型对蔬菜样品中的5种重金属进行人体健康风险评价，主要计算公式如下：

(1)

(2)

HI=∑HQ

(3)

Risk=ADD×SF

(4)

RiskT=∑Risk

(5)

式中：ADD为日均暴露剂量，mg/(kg·d)；c为蔬菜中重金属质量浓度，mg/kg；IR为日均摄入量，kg/d；EF为暴露频率，取365 d/a[17]；ED为暴露持续时间，a；BW为体重，kg；AT为平均暴露时间，d；HQ为单种重金属的非致癌风险；RfD为参考剂量，mg/(kg·d)；HI为多种重金属的总非致癌风险；Risk为单种重金属的致癌风险；SF为致癌斜率因子，kg·d/mg；RiskT为多种重金属的总致癌风险。

对于非致癌风险，若HI≤1，多种重金属对人体造成的总非致癌风险可以忽略；若HI>1，多种重金属对人体造成的总非致癌风险不可接受。对于致癌风险，若RiskT≤10-4，多种重金属对人体造成的致癌风险可以忽略；若RiskT>10-4，多种重金属对人体造成的总致癌风险不可接受。

1.3 模型参数的选取

IR和BW根据当地的问卷调查取平均值，ED取当地居民的平均年龄。在评价致癌风险时，AT取人群预期寿命，并换算成天数，按每年365 d计，其数据来自《2012中国卫生统计年鉴》；在评价非致癌风险时，AT取(ED×365) d。本研究考虑了人群的年龄差异，分成儿童(2～6岁)、青少年(7～17岁)和成人(18岁及以上)3类，其相应的IR、BW、ED和预期寿命数据列于表1中。对于RfD，本研究只考虑经口摄食途径，Cu、Zn、As、Cd、Pb的RfD分别取0.037、0.3、0.3×10-3、1.0×10-3、4×10-3mg/(kg·d)。As、Cd、Pb的SF分别取1.5、0.38、0.008 5 kg·d/mg，Cu和Zn没有SF数据，故不作致癌风险评价[18-20]。

表1 不同人群的调查参数

2 结果与讨论

2.1 土壤中重金属含量比较分析

由表2可见，污染区土壤样品的5种重金属的平均值均高于背景值；0.05显著性水平下，Cu、Zn、Cd、Pd与背景值相比差异显著，As不显著；其中Cu和Cd的平均值超过了GB 15618—1995的二级标准，表明污染区土壤已经受到了重金属的污染。由于不同重金属在土壤中的浓度水平不同，为进一步明确不同重金属的污染程度，计算了污染指数。从污染指数来看，5种重金属的污染程度表现出Cd>Cu>Zn>Pd>As，且Zn、Pb、As的差异不显著。

单样本T检验结果表明，对照区土壤样品中Cu、Zn平均值与背景值差异不显著，As、Cd、Pd平均值显著低于背景值，说明对照区土壤未受到重金属的污染。从污染指数来看，5种重金属的污染程度也无显著差异。

表2 污染区与对照区土壤重金属含量比较

注：1)背景值来自文献[21];2)P1为单样本T检验结果，表示污染区重金属与背景值差异的显著水平；3)污染指数为质量浓度平均值与背景值的比值，用以表征污染程度，其中字母标注为多重比较结果，相同字母表示重金属污染程度在0.05显著性水平下差异不显著，不同字母表示重金属污染程度在0.05显著性水平下差异显著；4)P2为单样本T检验结果，表示对照区重金属与背景值差异的显著水平；5)P3为双样本T检验结果，表示污染区重金属与对照区重金属差异的显著水平；6)指《土壤环境质量标准》(GB15618—1995)的二级标准。

表3 污染区与对照区蔬菜重金属含量比较

污染区与对照区比较发现，5种重金属的平均值差异均显著，污染区土壤的Cu、Zn、As、Cd、Pb平均值分别是对照区的4.5、1.6、2.5、9.7、2.6倍，与相关研究结果吻合[22-23]。

2.2 蔬菜中重金属含量比较分析

图1 蔬菜对重金属的富集系数Fig.1 Enrichment factors for heavy metals by vegetables

污染区和对照区蔬菜中重金属的平均值如表3所示。经单样本T检验分析，除了包菜的Cu、As、Pb污染区与对照区差异不显著外，污染区蔬菜中重金属平均值普遍显著高于对照区，与2.1节污染区土壤受到了重金属污染，对照区未受到重金属污染的结果一致。

不同蔬菜对重金属的富集能力不同，6种蔬菜对5种重金属的富集系数如图1所示。6种蔬菜对Cu、As、Pb的富集系数较小且差异较小。6种蔬菜对Zn和Cd的富集系数明显大于其他3种重金属，特别是对Cd的富集系数。污染区和对照区中Cd的富集系数均表现出香菜>紫菜苔>白萝卜>小白菜>白菜苔>包菜。

2.3 健康风险评价结果

非致癌风险评价结果见图2。污染区各年龄层人群遭受的总非致癌风险均超过了最大可接受值1，而对照区均未超过，说明对照区蔬菜中重金属对当地人群的非致癌风险在可接受水平之内，而污染区蔬菜中重金属对当地人群存在一定的非致癌风险。就污染区而言，总非致癌风险儿童>成人>青少年，分别为6.2、4.7、4.0，儿童抵抗风险能力最弱，青少年抵抗风险能力最强。从不同重金属对总非致癌风险的贡献率来看，Cd>As>Pd>Cu>Zn。As的污染指数虽然很低，但其对当地人群的非致癌风险却不容忽视。

图2 对照区与污染区蔬菜中重金属的非致癌风险Fig.2 Non-carcinogenic risk of heavy metals in vegetables of contaminated area and reference area

致癌风险评价结果见图3。污染区各年龄层人群遭受的总致癌风险均超过了最大可接受值10-4，对照区只有成人的总致癌风险超出了10-4。致癌风险对儿童的威胁最小，随年龄的增大可能致癌风险也增大。从不同重金属对总致癌风险的贡献率来看，污染区表现为Cd>As>Pb，其中Cd和As的贡献率分别高达51.3%、47.6%。

图3 对照区与污染区蔬菜中重金属的致癌风险Fig.3 Carcinogenic risk of heavy metals in vegetables of contaminated area and reference area

综上所述，污染区儿童、青少年和成人均遭受到较大的健康风险；而对照区仅成人的致癌风险略超出最大可接受值，健康风险较小。从年龄层看，对非致癌风险抵抗力最弱的是儿童，而对致癌风险抵抗力最弱的是成人，这是由于致癌风险具有累积性，成人暴露的时间比青少年、儿童长。污染区最主要的风险元素是Cd和As。

3 结论与建议

(1) 污染区土壤样品的5种重金属的平均值均高于背景值，其中Cu和Cd的平均值超过了GB 15618—1995的二级标准；对照区土壤样品的5种重金属的平均值与背景值差异不显著或低于背景值。污染区蔬菜样品的5种重金属的平均值也基本都高于对照区。污染区土壤已经受到了重金属的污染，对照区土壤未受到重金属的污染。

(2) 污染区各年龄层人群遭受的总非致癌风险均超过了最大可接受值，而对照区均未超过。污染区各年龄层人群遭受的总致癌风险均超过了最大可接受值，而对照区只有成人的总致癌风险略超出了最大可接受值。因此，污染区存在一定的重金属健康风险，而对照区健康风险较小，最主要的风险元素是Cd和As。

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Vegetableheavymetalcontentandhealthrisksinthetypicalheavymetalcontaminatedarea

YANGJun1,2,LYUFuhong2,SONGYongwei1,2,ZHANGJingdong1,2,JerryBlomberg1,3.

(1.InstituteofEnvironmentandHealth,ZhongnanUniversityofEconomicsandLaw,WuhanHubei430073;2.InstituteofEnvironmentalManagementandPolicy,ZhongnanUniversityofEconomicsandLaw,WuhanHubei430073;3.DepartmentofBusinessAdministration,TechnologyandSocialSciences,LuleaUniversityofTechnology,Lulea,Norrbotten97187)

杨 俊，男，1976年生，博士，副教授，主要从事环境与健康研究。

*中国博士后科学基金面上项目(No.2015M582316)；湖北省教育厅人文社科基金项目(No.17YJAZH105)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.09.005

2017-02-24)