太空蓮各器官中鎘含量特征及其健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)*

朱如熠，賀湘怡，肖洪波，劉佳琪，楚文喜，趙文玉

(長沙理工大學(xué)水利與環(huán)境工程學(xué)院，湖南 長沙 410114)

籽蓮是我國重要的水生經(jīng)濟(jì)作物，屬于睡蓮科。它營養(yǎng)豐富、用途廣泛、渾身是寶，不僅具有食用價(jià)值，還具有良好的藥用價(jià)值[1]。湖南是種植籽蓮的主要產(chǎn)地之一。近年來，隨著國家工業(yè)化和科技化的進(jìn)步與發(fā)展，大量的化學(xué)肥料和農(nóng)藥投入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，加上土壤中已有的背景值，更提高了蓮子等農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)[2]。鎘是重金屬污染的主要元素之一，其容易被作物吸收，通過土壤-作物運(yùn)輸系統(tǒng)對人體造成嚴(yán)重的健康風(fēng)險(xiǎn)[3]。參照國家食品安全大米類的標(biāo)準(zhǔn)，蓮子內(nèi)的鎘的含量應(yīng)≤0.2 mg/kg[4]。在大量種植蓮藕等水生產(chǎn)品的種植區(qū)，蓮藕中重金屬含量存在不同等級的超標(biāo)現(xiàn)象[5]，但籽蓮的相關(guān)研究尚不充分，值得我們關(guān)注和重視。

1 材料與方法

1.1 采樣地的布設(shè)和樣品采集

在對湘蓮種植地的實(shí)地勘察的基礎(chǔ)上，選取了婁底市雙峰縣荷葉鎮(zhèn)和湘潭市湘潭縣石鼓鎮(zhèn)兩個(gè)典型太空蓮種植基地作為研究區(qū)域，荷葉鎮(zhèn)和石鼓鎮(zhèn)各取5個(gè)采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)圖如圖1所示。在每個(gè)采樣點(diǎn)選取生長狀況良好且長勢、株高大致相同的4株蓮，采樣時(shí)用陶瓷刀，沿地面割下植物的地上部分，用木锨挖掘出植物的地下部分，及時(shí)帶回實(shí)驗(yàn)室[6]。

圖1 采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Distribution of sampling points

圖3 鎘在蓮各個(gè)器官的平均含量Fig.3 Average cadmium content in various organs of lotus

1.2 樣品處理與測試分析

1.2.1 植物樣品處理與測定

樣品分別用自來水和去離子水沖洗干凈，去除雜物，將蓮各部位樣品分別放入烘箱中于60 ℃烘干至恒重，用陶瓷剪刀剪碎，研缽和球磨儀磨碎，過250 μm篩，裝袋密封，注明樣品編號。用電子天平稱量0.5 g植物樣品后加10 mL硝酸加熱120 ℃進(jìn)行預(yù)消解，至黃煙殆盡取出冷卻，加蓋后微波消解半小時(shí)取出取蓋，160 ℃趕酸至糊狀，趁熱加入0.25 mL硝酸，加入純水溶解，冷卻后移入25 mL容量瓶定容，ICP-AES測定樣品的鎘含量[7]。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

ME204電子天平，北京海天友誠科技有限公司；multiwave 5000微波消解儀，上海瓦克儀器有限公司；BHW-09A45植物樣預(yù)消解和趕酸儀器，上海博通化學(xué)科技有限公司；5100VDVICP-AES電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，上海善福電子科技有限公司。

1.3 指標(biāo)計(jì)算與數(shù)據(jù)分析方法

通過對重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)能力、單因子污染指數(shù)法、健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、THQ值的計(jì)算土壤樣品中鎘的檢測值是否超過了風(fēng)險(xiǎn)篩選值以及評價(jià)湘蓮對食用者的健康風(fēng)險(xiǎn)。

重金屬富集系數(shù)(Bioaccumulation Factor)是植物對沉積物中的重金屬積累能力的反映，為了排除大田中土壤鎘含量空間分布不均勻帶來的影響，計(jì)算鎘的富集系數(shù)，方法如下：

富集系數(shù)=湘蓮各部位鎘含量/土壤中鎘含量

(1)

生物轉(zhuǎn)移系數(shù)(Translocation Factor)是植物轉(zhuǎn)移重金屬的能力體現(xiàn)，為了表征鎘在湘蓮體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)過程，計(jì)算其轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)[8]，方法如下：

(2)

式中：TF為轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)；CSL為湘蓮蓮芯中的鎘含量；CR為湘蓮蓮葉中的鎘含量。

采用內(nèi)梅羅單因素污染指數(shù)表征采樣土壤Cd污染狀況[9]，計(jì)算公式如下：

(3)

式中：P 為茶園土壤中Cd的單因素污染指數(shù)；C為茶園土壤中Cd實(shí)測值(mg/kg)；S為 Cd 的標(biāo)準(zhǔn)參考值(取《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)(GB15618-2018)》中Cd農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值)。

采用目標(biāo)危害系數(shù)(target hazard quotient，THQ)法計(jì)算暴露人群的健康風(fēng)險(xiǎn)．THQ 法能同時(shí)評價(jià)單一重金屬和多種重金屬復(fù)合暴露的健康風(fēng)險(xiǎn)．如果 THQ 值<1，說明暴露人群沒有明顯的健康風(fēng)險(xiǎn)，反之，則說明暴露人群存在健康風(fēng)險(xiǎn)[10]。

單一重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)：

THQ=(EF×ED×EIR×C)/(RFD×WAB×TA)×10-3

(4)

式中：ED為暴露時(shí)間，通常等于人均壽命，一般取70 a；EF為人群暴露頻率，一般設(shè)定為365 d/a；EIR為湘蓮攝入量，湘蓮攝入量參考食用菌攝入量[11]，設(shè)定為8.49 g/d；WAB為平均體重，成人設(shè)為55.9 kg；C為蔬菜中重金屬含量；TA為非致癌性平均暴露時(shí)間，取25550 d；RFD為參考劑量，Cd為0.001 mg/(kg·d)。

2 結(jié)果與討論

2.1 湘蓮植株各器官鎘積累與分布

田間條件下，10個(gè)樣點(diǎn)湘蓮各器官鎘含量見表1。從圖2與表1可以看出，不同樣點(diǎn)的湘蓮各器官鎘含量差異較大；蓮芯中鎘含量為0.11～0.44 mg/kg(均值約0.20 mg/kg)，高于其他器官；其次是蓮根，鎘含量為0.05～0.34 mg/kg(均值約0.12 mg/kg)；蓮蓬和蓮殼鎘含量接近，分別為0.01～0.18 mg/kg(均值約0.08 mg/kg)和0.05～0.13 mg/kg(均值約0.08 mg/kg)；蓮葉和蓮莖中鎘含量最低，均遠(yuǎn)低于茶葉中鎘限量標(biāo)準(zhǔn)(1 mg/kg)；總體而言，湘蓮各器官鎘含量表現(xiàn)為：蓮芯>蓮根>蓮蓬≈蓮殼>蓮肉>蓮葉>蓮莖。

表1 湘蓮各器官鎘含量Table 1 Cadmium content in organs of Xianglian (mg/kg)

表2 湘蓮各器官鎘富集系數(shù)Table 2 Cadmium accumulation coefficient in organs of Xianglian

從表 2 可以看出，不同樣點(diǎn)湘蓮?fù)徊课粚ν寥梨k富集系數(shù)差異較大，湘蓮不同器官鎘富集系數(shù)也存在很大差異。湘蓮各器官鎘富集系數(shù)總體表現(xiàn)為蓮芯>蓮根>蓮蓬≈蓮殼>蓮肉>蓮葉>蓮莖，說明不同湘蓮部位鎘的分布不均衡，其中蓮芯富集系數(shù)最高為0.27。但湘蓮不同器官對鎘的富集系數(shù)均小于1，總體富集能力均較弱。

2.2 湘蓮的鎘轉(zhuǎn)運(yùn)能力

表3中的生物轉(zhuǎn)移系數(shù)是植物莖葉向蓮芯轉(zhuǎn)移重金屬的能力體現(xiàn)。當(dāng)TF(生物轉(zhuǎn)移系數(shù))大于1時(shí)，說明該植物對重金屬具有較強(qiáng)轉(zhuǎn)運(yùn)能力，當(dāng)其小于1時(shí)，則說明不具備較強(qiáng)轉(zhuǎn)運(yùn)能力。通過計(jì)算得出，10份樣品中有1份TF值大于10，其余9份TF值都大于1，說明蓮芯部分對鎘具有較強(qiáng)轉(zhuǎn)運(yùn)能力。

表3 湘蓮各樣品莖葉向蓮芯的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)Table 3 Transport coefficient of stem and leaf to lotus core in each sample of Xianglian

表4 湘蓮各樣品采集點(diǎn)土壤鎘污染指數(shù)Table 4 Cadmium pollution index of soil in sampling sites of Xianglian

2.3 基于單因子污染指數(shù)法對土壤鎘污染的評價(jià)

采樣點(diǎn)土壤pH值在6.62～7.55之間，平均值為6.93。由表5可知，在樣點(diǎn)土壤中Cd的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.76 mg/kg，超出了《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB15618-2018)風(fēng)險(xiǎn)篩選值(6.5

表5 湘蓮各樣品目標(biāo)鎘危害系數(shù)Table 5 Objective hazard coefficient of cadmium in samples of Xianglian

2.4 健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

籽蓮中鎘的健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果見表4。通過將單一重金屬對成人健康的潛在危險(xiǎn)進(jìn)行比較計(jì)算，無論是湘潭還是婁底樣品，鎘的THQ值均<1，這說明居民食用其暴露于鎘的風(fēng)險(xiǎn)總體處于較低水平，日常食用不會對人體造成明顯的健康危害。

3 結(jié) 論

本課題通過野外調(diào)查，研究了婁底、湘潭地區(qū)太空蓮鎘污染的情況，分析了太空蓮中各組織器官對Cd的富集及轉(zhuǎn)運(yùn)能力，以及Cd對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、人體健康可能存在的風(fēng)險(xiǎn)情況，得到的主要結(jié)論如下：

(1)蓮芯中的鎘含量高于湘蓮中其他器官。蓮芯中的鎘是通過莖葉中的韌皮部進(jìn)行傳遞，在蓮芯中被固定，不再向其余器官轉(zhuǎn)運(yùn)。本研究中蓮芯中鎘含量稍高，且植物莖葉向蓮芯轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均大于1。

鎘經(jīng)由韌皮部轉(zhuǎn)移到籽粒中一般認(rèn)為有以下兩種途怪：一是根不斷吸收鎘通過莖葉中的木質(zhì)部韌皮部的轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)而轉(zhuǎn)運(yùn)到籽粒。二是植物中的鎘首先累積在莖葉中，在籽粒發(fā)育期經(jīng)韌皮部通過再分配運(yùn)輸?shù)阶蚜?。植物體內(nèi)鎘的重新分配是籽粒中鎘積累的途徑，因此對本研究中湘蓮鎘的積累途徑有待于進(jìn)一步研究[12]。

(1)雖然土壤中的Cd有80%的檢測值超過《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB15618-2018)的風(fēng)險(xiǎn)篩選值，無論是湘潭還是婁底樣品，籽蓮鎘污染的THQ值均<1，說明不存在明顯的健康風(fēng)險(xiǎn)。另建議加強(qiáng)土壤環(huán)境監(jiān)測和農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同監(jiān)測。

綜上所述，本研究對象的湘蓮對食用者尚無明顯的健康風(fēng)險(xiǎn)，但本次采集的大部分土壤樣品中鎘的檢測值超過了風(fēng)險(xiǎn)篩選值，因此有必要進(jìn)一步明確湘蓮種植地土壤中鎘污染的來源以及湘蓮對鎘的吸收富集途徑，同時(shí)對湘蓮產(chǎn)地的鎘污染情況進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，為有效控制湘蓮中鎘含量提供重要參考以保障湘蓮類水產(chǎn)品的食品安全。