彭州市某蔬菜基地蔬菜中重金屬含量特征及健康風(fēng)險評價

劉家琴，劉恒豪，鄭鈺釧，譚自龍，鄧小敏，王歐平

(西華大學(xué) 理學(xué)院，四川 成都 610000)

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彭州市某蔬菜基地蔬菜中重金屬含量特征及健康風(fēng)險評價

劉家琴，劉恒豪，鄭鈺釧，譚自龍，鄧小敏，王歐平

(西華大學(xué) 理學(xué)院，四川 成都 610000)

摘要：采集5種不同品種共14個蔬菜樣品，以70%硝酸和30%過氧化氫為消解液，140 ℃消解3～4 h，采用ICP-MS法測定樣品中鉻(Cr)、銅(Cu)、砷(As)、鎘(Cd)、鉛(Pb)等5種重金屬元素的含量，并討論了蔬菜中重金屬的含量差異和富集特征；采用單項污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對蔬菜中重金屬污染進(jìn)行評價；采用美國環(huán)保署(USEPA)于2000年發(fā)布的目標(biāo)系數(shù)危害法對蔬菜食用安全性進(jìn)行評價.結(jié)果表明：5種重金屬平均濃度大小為Cu >Cr >Cd >As >Pb，除Cu外，其他重金屬均存在不同程度的污染；THQ(目標(biāo)危害系數(shù))計算結(jié)果表明，Cu，As，Pb對成人和兒童存在的健康風(fēng)險不明顯；土豆中Cr，Cd對人體存在一定健康風(fēng)險；Cd在14種蔬菜中超標(biāo)率最高，且 Cd對兒童的健康危害大于成人.

關(guān)鍵詞：彭州市；重金屬；蔬菜；健康風(fēng)險評價

蔬菜會富集來自于土壤和環(huán)境中的重金屬，通過食物鏈危及人類健康.由于農(nóng)藥的濫用、工廠污染物的排放、生活垃圾的肆意丟棄，環(huán)境重金屬污染日益嚴(yán)重，蔬菜重金屬污染方面的研究日益增多[1-11]，研究結(jié)果可為土壤修復(fù)以及在某土壤中種植適宜的蔬菜種類提供一定的依據(jù).

彭州市位于成都市北郊，擁有全國無公害蔬菜生產(chǎn)示范基地，蔬菜及其加工產(chǎn)品銷售遍及全國30多個省、區(qū)、市，300多個市(縣)，并遠(yuǎn)銷日本、韓國、俄羅斯及東南亞等國家和地區(qū).而近年來針對于彭州市蔬菜重金屬污染的研究還未見報道.本研究以彭州市鳳霞村蔬菜基地為研究對象，采集了5種不同蔬菜中共14個樣品，測定了不同蔬菜中重金屬含量，參照GB2762-2012 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)《食品中污染物限量》[12]，應(yīng)用單項污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對蔬菜中重金屬污染進(jìn)行評價；采用美國環(huán)保署2000年發(fā)布的目標(biāo)系數(shù)危害法對蔬菜食用安全性進(jìn)行評價.

目前常用的測定蔬菜重金屬離子含量的方法有原子熒光光譜法(AFS)、原子吸收分光光度法(AAS)、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)[13-14].因ICP-MS具有檢出限低，靈敏度高、干擾較少、準(zhǔn)確度好等特點，本研究采用ICP-MS法測定金屬離子濃度.

1材料與方法

1.1儀器與試劑

儀器：ICP-MS(安捷倫7700型)、超純水機(jī)(優(yōu)普VLVP-Ⅳ型)、恒溫干燥箱、密封消解罐(聚四氟乙烯材料特制).

試劑：HNO3(分析純)、H2O2(分析純)、超純水.

1.2樣品的采集

蔬菜樣品采自彭州市鳳霞村，通過資料收集與實地考察，對鳳霞村蔬菜基地實行近似網(wǎng)絡(luò)布點，分別采集了新鮮成熟期的空心菜(4份)、芹菜(4份)、萵苣(3份)、蘿卜(2份)、土豆(1份)5種蔬菜共14個樣品，每個蔬菜樣品采集可食部分，所取重量不少于500 g，將所取得的蔬菜樣品裝入聚乙烯袋中密封，以防水分蒸發(fā)，并編號1～14號.

1.3分析方法

1.3.1樣品的制備、前處理及重金屬含量測定

將所采集到蔬菜樣品去除明顯腐葉、根和表皮等雜物，僅保留可食部分(其中芹菜僅取其莖)，稱量各蔬菜鮮重，用自來水和去離子水反復(fù)沖洗，濾紙吸干菜樣表面的水分后，置于烘箱中 105 ℃殺青 30 min 后，將溫度調(diào)至65 ℃烘至恒重，稱量蔬菜干重并計算樣品含水量[2].烘干后用研缽研磨，分別過20目和100目塑料篩，過篩后的蔬菜樣品用磨口玻璃瓶盛裝，編號同1.2，待測.為研究同種蔬菜不同部位對重金屬的富集特征，將4個芹菜樣品的根、莖、葉分別作以上處理，并編號1*～12*.

為防止蔬菜試樣受到污染，樣品預(yù)處理中所用到的所有玻璃器皿及消解罐均用(1+4)硝酸浸泡24 h，先用清水反復(fù)沖洗后再用去離子水沖洗干凈.采用恒溫干燥箱消解試樣，用精確至0.000 1 g的分析天平稱取制備好的1～14號蔬菜樣品0.500 0 g于50 mL聚四氟乙烯消解罐中，加入4 mL 質(zhì)量濃度70%的HNO3浸泡 1 h后，再加入1 mL 質(zhì)量濃度30%的H2O2加蓋密封，放入烘箱中，調(diào)節(jié)烘箱溫度為140～160 ℃加熱3～4 h.消解結(jié)束后，將消解罐取出，待消解液冷卻后將其轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用去離子水至少沖洗消解罐內(nèi)壁3次，將容量瓶中溶液用去離子水稀釋至刻度，混勻后待測.分別編號1～14.對1*～12*樣品做相同處理，并做好編號.同時做空白試驗.

所有樣品中鉻(Cr)、銅(Cu)、砷(As)、鎘(Cd)、鉛(Pb)的濃度均在ICP-MS(安捷倫7700型)上測定.

1.3.2蔬菜重金屬污染評價方法

本文采用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對蔬菜重金屬污染進(jìn)行評價.其計算公式[15]分別如下：

① 單項污染指數(shù)法(單因子指數(shù)法)：

(1)

式中：Pi為蔬菜中重金屬污染物的單項污染指數(shù)；Ci為該污染物的實際測量濃度，mg·kg-1；Si為該污染物的參考標(biāo)準(zhǔn)，mg·kg-1.

② 綜合污染指數(shù)法(內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法)：

(2)

式中：Pz為蔬菜重金屬的綜合污染指數(shù)；(Ci/Si)ave為各單項重金屬元素污染指數(shù)的平均值；(Ci/Si)max為各單項重金屬污染指數(shù)最大值.蔬菜重金屬單因子指數(shù)和綜合污染指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)參見文獻(xiàn)[15].

蔬菜中Cr，As，Cd，Pb選用《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)》(GB2762-2012)作為評價標(biāo)準(zhǔn)，Cu限量標(biāo)準(zhǔn)參照《食品中銅限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB15199-1994)[16].蔬菜中重金屬污染物限量值見表1.

表1　蔬菜中重金屬污染物限量值 (mg·kg-1)

1.3.3蔬菜食用安全性評價方法

健康風(fēng)險評價是 20 世紀(jì) 80 年代以來新興的研究領(lǐng)域，它以風(fēng)險度作為評價指標(biāo)，定量描述環(huán)境污染對人體健康產(chǎn)生的健康危害.本文采用的目標(biāo)危害系數(shù)法由美國環(huán)保署USEPA提出，該方法根據(jù)成人及兒童的標(biāo)準(zhǔn)體重建立，計算方法如下：

單一重金屬風(fēng)險: THQ=[(EF×ED×FIR×C)/(RFD×WAB×TA)]×10-3

其中：EF為接觸頻率(以365天計)，d/年；ED為人的平均壽命(70歲)；FIR為消化食物的比率，成人和兒童分別為301.4 g/d/人和231.5 g/d/人；C為食物中的重金屬含量(采用本次調(diào)查測得的各類蔬菜中重金屬含量平均值)，mg/kg；RFD為各種金屬的參比計量 [RFD(Cr) = 3×10-3，RFD(Cu) = 4×10-2，RFD(As) =5×10-2，RFD(Cd) = 1×10-3，RFD(Pb) = 4×10-3]，mg/kg/人；WAB為人的平均體重(成人以55.9 kg計，兒童以32.7 kg計)；TA為平均接觸時間，d(以70歲計). 計算結(jié)果THQ<1 時，表明污染物對人體健康造成的影響不明顯；THQ>1 時，表明該污染物可引起人體的健康風(fēng)險，THQ值越大則表明該污染物對人體產(chǎn)生的健康風(fēng)險越大.采用 origin軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.

2結(jié)果與討論

2.1鳳霞村蔬菜基地中蔬菜重金屬污染水平

鳳霞村蔬菜基地不同蔬菜中鉻、銅、砷、鎘、鉛5種重金屬檢測結(jié)果見表2，同種蔬菜不同部位中重金屬檢測結(jié)果見表3.由表2可以看出，采集的蔬菜樣品中5種重金屬濃度范圍為Cr：0.07～1.32 mg/kg；Cu：0.01～4.34 mg/kg；As：0.01～0.22 mg/kg；Cd：0.01～1.26 mg/kg；Pb：0.01～0.10 mg/kg. Cr和Cu在土豆中濃度最高；As在空心菜中濃度最高；Cd和Pb在蘿卜中的濃度最高.由表3可知，同種蔬菜的不同器官對不同的重金屬富集程度也有所差異.實驗結(jié)果顯示，芹菜的根對Cr，Cu，As，Cd，Pb的富集作用最明顯，其次為葉，芹菜莖對以上幾種重金屬的富集作用最小.

表2　鳳霞村蔬菜基地中不同蔬菜重金屬濃度(mg·kg-1)

表3　鳳霞村蔬菜基地中同種蔬菜

表2中1#～4#為空心菜；5#～8#為芹菜；9#～10#為蘿卜；10#～13#為萵苣；14#為土豆.表3中的1*、4*、7*、10*分別為表2中5～8#芹菜的根，2*、5*、8*、11*分別為以上芹菜的莖，3*、6*、9*、12*分別為以上芹菜的葉.

2.2蔬菜重金屬污染評價

以食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)為評價標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用表2和表3的數(shù)據(jù)結(jié)果，根據(jù)公式(1)和公式(2)計算蔬菜重金屬污染指數(shù)，所得不同蔬菜單項重金屬污染指數(shù)見表4，同種蔬菜不同部位單項重金屬污染指數(shù)見表5；不同蔬菜綜合污染指數(shù)見表6.

從表4的數(shù)據(jù)可以看出：土豆中Cr含量最高，屬于中度污染，13#萵苣中Cr屬于輕污染；9#蘿卜中Cd含量嚴(yán)重超標(biāo)，是國家標(biāo)準(zhǔn)限量值的12倍，5#芹菜和14#土豆中的Cd均屬于輕污染；除9#蘿卜中Pb屬于輕污染外，其他樣品中Pb，Cu含量均低于國家限量值，處于優(yōu)良水平.

由表6的數(shù)據(jù)可知：除Cu和As外，其他3種元素的狀態(tài)都不是最佳的，其中Pb處于警戒限，Cr屬于輕污染， Cd屬于重污染.

表4　不同蔬菜重金屬單項污染指數(shù)值

表5　同種蔬菜不同部位重金屬單項污染指數(shù)值

表6　不同蔬菜中重金屬綜合污染指數(shù)值

2.3蔬菜重金屬健康風(fēng)險分析

從表7可以看出，Cu，As，Pb的THQ值在14個蔬菜樣品中均小于1，說明Cu，As，Pb對成人和兒童存在的健康風(fēng)險不明顯；土豆中的Cr，CdTHQ值在成人和兒童中均大于1，說明土豆中的Cr，Cd對人體存在一定健康風(fēng)險；Cd在14種蔬菜中超標(biāo)率最高，其最大THQ值為8.92，且由表7中數(shù)據(jù)可知，Cd對兒童的健康危害大于成人.

表7　蔬菜重金屬健康風(fēng)險危害系數(shù)

2.4不確定性分析

在對彭州市鳳霞村蔬菜基地進(jìn)行風(fēng)險評價的過程中還存在著諸多不確定因素:

① 在計算蔬菜健康風(fēng)險時只考慮了5種重金屬元素的健康風(fēng)險，對于其他重金屬污染物和有機(jī)、無機(jī)污染物的影響并未作考慮，所得到的結(jié)論并不能完全代表鳳霞村蔬菜基地的總風(fēng)險值.

② 在計算蔬菜重金屬危害系數(shù)(THQ)時直接采用文獻(xiàn)中的評價模型，并未對模型進(jìn)行修正，而不同地區(qū)、不同年齡的人群會存在一定差異，因此存在較大的不確定性.

③ 本研究中所采集的蔬菜樣本僅有14個，而部分品種蔬菜僅有1個，樣本數(shù)量較少.因?qū)嶒炦^程中存在操作誤差等因素，因此存在較大不確定性.

④ 對于蔬菜中重金屬污染僅考慮了5種重金屬單獨的污染情況，多種污染物對人體的聯(lián)合作用所帶來的風(fēng)險沒有進(jìn)行研究，由于缺乏資料尚不能做出風(fēng)險評價.因此有較大的不確定性.

3結(jié)論

以食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)和食品中銅限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)為評價標(biāo)準(zhǔn)，采用污染指數(shù)法對彭州市鳳霞村蔬菜基地的蔬菜重金屬污染進(jìn)行評價.評價結(jié)果顯示：研究中所檢測的5種重金屬單項污染指數(shù)平均值大小為Cd>Cr>Pb>Cu>As，且除Cd屬于輕污染外，其他元素含量均未超過食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)，處于優(yōu)良范圍.

運(yùn)用美國環(huán)保署發(fā)布的目標(biāo)危害系數(shù)法對彭州市鳳霞村蔬菜基地的蔬菜食用安全性進(jìn)行評價.結(jié)果表明：Cu，As，Pb的健康危害系數(shù)均小于1，對人體健康存在的風(fēng)險不明顯；Cr在土豆中THQ值大于1，說明土豆對Cr的富集作用較大，應(yīng)加強(qiáng)土豆種植土地中Cr的污染治理；Cd在多種蔬菜中的THQ值均大于1，說明研究區(qū)域的蔬菜重金屬引起的健康風(fēng)險主要來自于Cd，應(yīng)對鳳霞村蔬菜基地加強(qiáng)Cd污染的治理.

研究中還發(fā)現(xiàn)，芹菜對重金屬的富集作用大小與器官有關(guān)：根>葉>莖，因此，為了食用安全，應(yīng)盡量減少芹菜根、葉的食用.

由于不同重金屬對不同蔬菜所引起的健康風(fēng)險有所差異，所以建議根據(jù)不同蔬菜采取不同的預(yù)防和治理措施，但是最根本的解決措施還在于找到污染源，有針對性地加強(qiáng)污染的治理，減少污染物的排放.

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Health risks assessment and characteristics of heavy metals concentrations of vegetables in vegetable base of Pengzhou

LIU Jiaqin, LIU Henghao, ZHENG Yuchuan, TAN Zilong, DENG Xiaomin , WANG Ouping

(School of Science, Xihua University, Chengdu 610000, China)

Abstract:In order to investigate the health risk to human beings caused by heavy metals in vegetables in the Fengxia village of Pengzhou, five kinds of vegetables in total 14 different samples were collected from Fengxia village farmland. The vegetable samples were digested by digestion solution which contain 70% nitric acid and 30% hydrogen peroxide in a thermostatic oven, keep the temperature to 140 ℃ 3～4 h. The contents of five kinds of heavy metal in the vegetable samples were determined by ICP-MS, and the differences of heavy metal contents and enrichment characteristics in vegetables were discussed as well. Single pollution index method and Nemerow pollution index method was applied to evaluate heavy metals pollution in vegetables, evaluated the vegetable safety hazards through the method published by USEPA in 2000. The results showed that concentration of five kinds of heavy metals was Ni > Zn> Cr> Pb > Cu > As > Cd in descending order. There was pollution of different degrees in heavy metals except Cu among vegetable samples; The results of THQ(Target Hazard Quotient) showed that the health risks to adults and children caused by Cu、As、Pb were not obvious; there were some risks to body health due to Cr and Cd in potatoe. The ratio of Cd over the national standards is the highest among the fourteen vegetables. Besides, Cd is more hazards to the health of children than adults.

Key words:pengzhou city; heavy metals; vegetable; health risk assessment

收稿日期：2015-12-10;修回日期：2016-01-08

基金項目：西華大學(xué)重點項目(No.Z0913305)

作者簡介：劉家琴(1967- )，女，四川內(nèi)江人，教授，理學(xué)博士，主要從事光譜分析、環(huán)境分析、食品分析等方向的研究.E-mail: liujq2015@126.com

中圖分類號：O657

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1671-9476(2016)02-0094-05

DOI：10.13450/j.cnki.jzknu.2016.02.023