廢棄煤礦周邊農(nóng)田蔬菜重金屬富集及人群健康風險評價

劉菊梅 任艷霞 司萬童 冉魚林 李維霖 李佳佳 孫暢 蘭宗寶

DOI：10.3969/j.issn.2095-1191.2023.06.022

摘要：【目的】研究廢棄煤礦周邊農(nóng)田蔬菜的重金屬污染情況及人群健康風險，為煤礦毗鄰區(qū)域蔬菜種植品種選擇及農(nóng)業(yè)資源開發(fā)提供參考依據(jù)。【方法】采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，測定渝西某廢棄煤礦周邊農(nóng)田種植的9種蔬菜（野蔥、青蒜、大蔥、白蘿卜、紅薯、油菜、普通白菜、冬葵和豌豆葉）及各蔬菜對應(yīng)根際土壤的7種重金屬［銅（Cu）、鋅（Zn）、鉛（Pb）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鎳（Ni）和錳（Mn）］含量，分析各蔬菜食用部分中重金屬元素的富集程度，并運用健康風險指數(shù)（HRI）和危害指數(shù)（HI）評估食用上述蔬菜對兒童和成人健康的潛在危害?！窘Y(jié)果】渝西某廢棄煤礦周邊蔬菜地土壤受Cu、Zn、Pb和Cd 4種重金屬元素的復(fù)合污染，其中Cd含量高出重慶土壤背景值2.2～9.1倍，Pb和Cd的地積累指數(shù)顯示已達中度污染及以上水平，普通白菜地的潛在生態(tài)風險指數(shù)最高，為302.635，具有較高的潛在生態(tài)風險。葉菜類（油菜、普通白菜、冬葵、豌豆葉）和香辛類（野蔥、青蒜、大蔥）蔬菜可食用部分中Pb、Zn、Cr和Ni含量較高，其中Pb和Ni元素單因子污染指數(shù)在各類蔬菜的累積值中是主要貢獻元素，其貢獻率分別在20.51%～48.73%和16.93%～42.59%。除野蔥外，各種蔬菜富集重金屬能力大小表現(xiàn)為葉菜類>塊根類>香辛類。除青蒜和大蔥外，食用其余7種蔬菜的HI均大于1，且HI表現(xiàn)為兒童高于成人，其中葉菜類蔬菜對兒童和成人的HI最大，Cr和Pb的HRI對HI貢獻率大，分別為40.06%～64.97%和17.15%～33.52%，食用存在一定的人體健康風險?！窘Y(jié)論】渝西某廢棄煤礦的開采加重周邊農(nóng)田土壤中的重金屬污染，導致蔬菜受重金屬污染的程度不同，以葉菜類蔬菜的食用風險較大。建議在該煤礦區(qū)周邊農(nóng)田種植蔬菜時盡量不選擇葉菜類蔬菜，以減少重金屬的攝入。

關(guān)鍵詞：煤礦；重金屬；蔬菜；健康風險

中圖分類號：S19；S151.93? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2023）06-1810-09

Enrichment of heavy metals in vegetables and risk assessment of human health in the vicinity of an abandoned coal mine

LIU Ju-mei1，2， REN Yan-xia1， SI Wan-tong1，3，4*， RAN Yu-lin1， LI Wei-lin1，

LI Jia-jia1， SUN Chang1， LAN Zong-bao5*

（1College of Chemistry and Environmental Engineering，Chongqing University of Arts and Sciences/Chongqing Key

Laboratory of Environmental Materials and Remediation Technology，Chongqing? 402160，China；2Nanjing Institute of

Environmental Science，Ministry of Ecology and Environment，Nanjing，Jiangsu? 210042，China；3Chongqing Institute of Surveying and Monitoring for Planning and Natural Resources，Chongqing? 401120，China；4Key Laboratory of Monitoring，Evaluation and Early Warning of Territorial Spatial Planning Implementation，Ministry of Natural Resources，Chongqing? 401120，China；5Agricultural Science and Technology Information Research Institute，Guangxi Academy of Agricultural Sciences，Nanning，Guangxi? 530007，China）

Abstract：【Objective】Studying the heavy metal pollution and human health risks of farmland vegetables around abandoned coal mines would provide a reference for the selection of vegetable planting varieties in the vicinity of the coal mines and the development of agricultural resources around coal mines. 【Method】The heavy metal contents including copper （Cu）， zinc （Zn）， lead （Pb）， cadmium （Cd）， chromium （Cr）， nickel （Ni） and manganese （Mn） of Allium chrysanthum（wild onion），Allium sativum（garlic sprouts），Allium fistulosum（green Chinese onion），Raphanus sativus（white radish），Ipomoea batatas（sweet potato），Brassica napus（rape），Brassica pekinensis （Chinese cabbage），Malva verticillata（mallow），Pisum sativum（pea） leaf and corresponding rhizosphere soil were analyzed by inductively coupled plasma emission spectrometer. The pollution level of heavy metals in vegetables and their enrichment degrees were assessed，further the local vegetable potential health hazards to the public were evaluated using health risk index （HRI） and hazard index （HI）. 【Result】The soil around an abandoned coal mine in western Chongqing was mainly polluted by four heavy metals，namely Cu，Zn，Pb and Cd. The content of Cd was 2.2-9.1 times higher than the background value of Chongqing soil. The accumulation index of Pb and Cd showed that the soil was moderately polluted or above. The comprehensive ecological risk of Chinese cabbage plots was the highest （302.635），showing a high potential ecological risk. Compared with the relevant standards，the contents of Pb，Zn，Cr and Ni in edible parts of leafy vegetables （rape，Chinese cabbage，mallow and pea leaf） and aromatic vegetables （wild onion，garlic sprouts and green Chinese onion） were higher，and the single factor pollution index of Pb and Ni elements was the main contributing element in the cumulative value of all kinds of vegetables，with the contribution rates of 20.51%-48.73% and 16.93%-42.59%，respectively. Except for wild onion，the heavy metal enrichment ability of all kinds of vegetables showed the order of leaf vegetables>root tubers>spices. Except for garlic sprouts and green Chinese onion，the HIs of other seven kinds of vegetables were greater than 1，and the HIs of children were higher than those of adults. The HIs of leaf vegetables were the largest for children and adults，and the HRI of Cr and Pb were the main contributing elements of HI，with the contribution rates of 40.06%-64.97% and 17.15%-33.52%，respectively. There were certain human health risks with intaking them. 【Conclusion】The mining of an abandoned coal mine in western Chongqing aggravates the heavy metal pollution in the surrounding farmland soil，resulting in different degrees of heavy metal pollution in vegetables，thereinto consumption of leafy vegetables cause a higher risk. So，it is advised to choose not planting leafy vegetables in the farmland surrounding the coal mine area to reduce the intake of heavy metals.

Key words： coal mine； heavy metals； vegetables； health risk

Foundation items：National Natural Science Foundation of China （42103078）；Chongqing Natural Science Foundation （cstc2020jcyj-msxmX1011）； Science and Technology Research Project of Chongqing Municipal Education Commission （KJQN202001326）； Innovation and Entrepreneurship Training Project of Chongqing College Students（S202210642021）

0 引言

【研究意義】煤炭作為我國第一大能源物質(zhì)，其需求量日益增加，致使煤礦開采力度逐年增大（Qin et al.，2015）。煤炭資源開發(fā)過程中會產(chǎn)生大量廢水、廢渣和粉塵，使得煤礦區(qū)，尤其是廢棄煤礦區(qū)成為重大的環(huán)境污染源之一，引起廣泛關(guān)注（Zheng et al.，2019）。目前已有大量關(guān)于我國蔬菜重金屬污染的調(diào)查報告，尤其是某些工礦地區(qū)周圍農(nóng)田的蔬菜中重金屬含量較高（陳亮等，2021）。不同蔬菜品種對重金屬吸收累積差異明顯，對人體影響程度也有差異（Zhou et al.，2016）。因此，從蔬菜品種篩選入手，探討廢棄煤礦區(qū)土地的安全利用，對廢棄煤礦區(qū)農(nóng)業(yè)資源開發(fā)和當?shù)厥卟说那鍧嵣a(chǎn)具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】大量的重金屬通過風化、粉塵、地表徑流、滲濾等途徑排放到煤礦區(qū)及周邊的土壤中，威脅土壤和糧食安全，以及人群健康（Si et al.，2015；Hussain et al.，2019）。重金屬污染具有不易察覺和潛在危害大的特點，重金屬進入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)后會通過食物鏈富集而危害人體健康，其中糧食和蔬菜攝取是主要途徑之一（栗利曼等，2016）。土壤環(huán)境因其具有復(fù)雜的空間異質(zhì)性，致使土壤中不同重金屬的生物有效性有所不同（涂春艷等，2020），土壤—植物復(fù)合系統(tǒng)中鉻（Cr）和鎘（Cd）元素遷移能力較強（王娟等，2020）；采礦和冶煉等人為活動使得當?shù)卮蠖鄶?shù)農(nóng)作物受鉛（Pb）和Cd的污染，蔬菜可食用部分Pb與Cd的危險指數(shù)較大（陳亮等，2021）。Hussain等（2019）發(fā)現(xiàn)陜西省某礦區(qū)土壤和當?shù)胤N植糧食作物的污染水平高于限值，其中Cr、鎳（Ni）、Pb、Cd等元素的非致癌性風險均高出成人和兒童的可接受水平，給當?shù)鼐用竦娘嬍辰】祹盹L險。李武江等（2021）發(fā)現(xiàn)西南某煤礦區(qū)部分重金屬在農(nóng)作物中已達慢性中毒程度。因不同農(nóng)作物生理特性的差異性，不同種類蔬菜對重金屬富集能力有所不同，黃鐘霆等（2022）發(fā)現(xiàn)湖南某關(guān)閉錳礦區(qū)周邊農(nóng)田玉米中各超標重金屬含量均值均高于大米；相較于根塊類蔬菜，湖南銻礦區(qū)葉菜類空心菜對Cd的富集系數(shù)最大（賈艷麗等，2022）；查燕等（2022）研究葉菜類蔬菜對重金屬富集的特征，發(fā)現(xiàn)菠菜對于Cd富集能力強，莧菜對于鋅（Zn）富集能力最強?！颈狙芯壳腥朦c】目前國內(nèi)關(guān)于礦區(qū)周邊農(nóng)田蔬菜重金屬污染情況的研究主要包括污染來源、富集特征及健康風險評價等，但大多集中在對蔬菜類別的研究（李武江等，2021；賈艷麗等，2022；查燕等，2022），而未細化到品種篩選。此外，重慶地區(qū)耕地資源緊缺，受重金屬污染的農(nóng)田土壤修復(fù)過程長且成本高，有關(guān)重慶地區(qū)煤礦周邊農(nóng)田蔬菜重金屬污染的研究鮮見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以渝西某廢棄煤礦周邊農(nóng)田中9種蔬菜及其根際土壤為研究對象，測定其重金屬含量，利用單因子污染指數(shù)、地積累指數(shù)、生物富集系數(shù)、潛在生態(tài)風險指數(shù)和人群健康風險指數(shù)分析重金屬在蔬菜可食用部分和根際土壤中的污染程度及其生物富集情況，評價通過食用蔬菜攝入重金屬對當?shù)鼐用窠】翟斐傻臐撛谖：Τ潭?，為煤礦周邊區(qū)域蔬菜種植品種選擇及農(nóng)業(yè)資源開發(fā)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

以重慶某廢棄煤礦周邊農(nóng)田種植的9種蔬菜為研究對象，分別為：香辛類3種，包括野蔥（Allium chrysanthum）、青蒜（A. sativum）和大蔥（A. fistulosum）；塊根類2種，包括白蘿卜（Raphanus sativus）和紅薯（Ipomoea batatas）；葉菜類4種，包括油菜（Brassica napus）、普通白菜（Brassica pekinensis）、冬葵（Malva verticillata）和豌豆葉（Pisum sativum）。

1. 2 樣品采集

隨機采集3類蔬菜的可食用部分各3份，每份500 g，共計27份蔬菜樣品帶回實驗室，用自來水和純水依次清洗后晾干，105 ℃殺青至恒重后用石英研缽研磨，過60目篩備用。同時，采用四分法分別采集各類蔬菜根際土壤各3份，每份約500 g，共計27份土壤樣品帶回實驗室，挑出雜質(zhì)后室內(nèi)自然風干，過100目篩備用。

1. 3 重金屬測定

將處理好的蔬菜和土壤樣品進行消解，經(jīng)0.45 μm濾膜抽濾后，用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES，ICAP6000，Thermo Fisher Scientific，USA）測定銅（Cu）、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni和錳（Mn）共7種重金屬含量。每個樣品進行3次重復(fù)試驗，測量期間使用各元素的標準品（鋼研納克檢測技術(shù)股份有限公司）繪制標準曲線，并每隔9個樣品使用中間標準品溶液進行1次數(shù)據(jù)校準，當回收率在（100±10）%以內(nèi)時繼續(xù)測定，否則重新測定。

1. 4 土壤重金屬污染程度及生態(tài)風險評價

1. 4. 1 土壤重金屬污染程度評價 土壤重金屬污染程度使用地積累指數(shù)法進行評價。

Igeo=log2（[Cn1.5×BEn]）

式中，Igeo為地積累指數(shù)；Cn為測定樣品中重金屬n的含量（mg/kg）；BEn為重慶市土壤環(huán)境質(zhì)量背景值，其中，Pb為29.62 mg/kg，Cd為0.29 mg/kg，Zn為84.72 mg/kg，Cu為25.64 mg/kg，Ni為30.29 mg/kg，Cr為73.57 mg/kg，Mn為482 mg/kg（任艷霞等，2021）；常量1.5為轉(zhuǎn)換系數(shù)。Igeo<0，0級，表示無污染；0≤Igeo<1，1級，表示無—中度污染；1≤Igeo<2，2級，表示中度污染；2≤Igeo<3，3級，表示中度—強污染；3≤Igeo<4，4級，表示強污染；4≤Igeo<5，5級，表示強—極強污染；Igeo≥5，6級，表示極強污染（代靜等，2017）。

1. 4. 2 土壤重金屬污染生態(tài)風險評價 土壤重金屬污染的潛在生態(tài)風險使用生態(tài)風險指數(shù)進行評價。

RI=[inEir]=[inTir]×[CiCin]

式中，RI為土壤中多種重金屬潛在生態(tài)風險指數(shù)；n為重金屬的種類數(shù)量；[Eir]為第i種重金屬的潛在生態(tài)風險指數(shù)；Ci為單一元素實測含量；[Cin]為單一元素參比值，本研究以農(nóng)用地土壤污染風險篩選值（5.5<pH≤6.5）作為參比值；[Tir]為第i種重金屬元素的毒性系數(shù)，本研究中7種重金屬（Pb、Cd、Cr、Zn、Cu、Ni和Mn）的毒性系數(shù)分別為5、30、2、1、5、5和2。RI<150表示低潛在生態(tài)風險，150≤RI<300表示中等潛在生態(tài)風險，300≤RI<600表示較高潛在生態(tài)風險，RI≤600表示極高潛在生態(tài)風險。[Eir]<40表示低潛在生態(tài)風險，40≤[Eir]<80表示中等潛在生態(tài)風險，80≤[Eir]<160表示較高潛在生態(tài)風險，160≤[Eir]<320表示高潛在生態(tài)風險，320≤[Eir]表示很高潛在生態(tài)風險（代靜等，2017；司萬童等，2017）。

1. 5 食用蔬菜的人群健康風險評價

1. 5. 1 單因子污染指數(shù) 單因子污染指數(shù)法是一種用于評價單一重金屬元素污染程度的方法，是國內(nèi)外普遍采用的方法之一。

Pi=Ci/Si

式中，Pi為單因子污染指數(shù)，Ci為污染物i的實測濃度（mg/kg），Si為污染物i的標準值（mg/kg）（代靜等，2017）。

1. 5. 2 生物富集系數(shù)（BCF） 重金屬的BCF計算公式如下：

BCF=C作物/C土壤

式中，C作物和C土壤分別為蔬菜及其根際土壤中的重金屬含量（干重）（栗利曼等，2016）。

1. 5. 3 人群健康風險評價 健康風險指數(shù)（HRI）和危害指數(shù)（HI）量化攝入重金屬對公眾健康的潛在風險（Si et al.，2015）。根據(jù)各重金屬的口服參考劑量（RfD）評估通過食用受污染的蔬菜而產(chǎn)生的健康風險。使用HI評估多種重金屬的累積健康風險。HRI或HI<1表示暴露水平安全。

DIE=C重金屬×D進食量/B平均體重

HI=[HRI]=DIE1/RfD1+DIE2/RfD2+···+DIEi/RfDi

式中，DIE為重金屬日進食量；C重金屬為蔬菜中重金屬含量；D進食量為蔬菜日進食量，通過對當?shù)鼐用竦膯柧碚{(diào)查，得出兒童（3～12歲）和成人（18～60歲）的人均蔬菜攝入總量分別為0.2300和0.3450 kg/d，其中兒童攝入香辛類、塊根類和葉菜類比例約為0.5∶6∶3.5，分別為0.0115、0.1380和0.0805 kg/d，成人攝入香辛類、塊根類和葉菜類比例約為1∶3∶6，分別為0.0345、0.1035和0.2070 kg/d；B平均體重為不同人群的平均體重，參考第五次國民體質(zhì)監(jiān)測公報，本研究中兒童按19 kg計，成人按63 kg計；RfD是對人每日暴露量的估計，認為低于該暴露量，不太可能具有明顯的有害作用風險，Cr、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd和Mn的RfD分別為0.003、0.02、0.04、0.3、0.004、0.001和0.14 mg/（kg·d）（栗利曼等，2016；張浩等，2020；陳亮等，2021）。

1. 6 統(tǒng)計分析

采用SPSS 17.0和Excel 2010對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理和制圖。

2 結(jié)果與分析

2. 1 蔬菜根際土壤重金屬含量與地積累指數(shù)

由表1可知，渝西某廢棄煤礦周邊農(nóng)田樣地根際土壤中Cu（除油菜地）、Zn（除紅薯地和油菜地）、Pb和Cd元素含量在各樣地均超重慶土壤背景值，其中Cd含量高出重慶土壤背景值2.2～9.1倍。在普通白菜地的根際土壤中，Cd污染最嚴重，已超出農(nóng)用地土壤污染風險管制值，Cu和Pb含量顯著高于其他蔬菜地（P<0.05），且超農(nóng)用地土壤污染風險篩選值。表明重金屬元素（Cu、Zn、Pb和Cd）對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、農(nóng)作物生長或土壤生態(tài)環(huán)境存在潛在風險。

地積累指數(shù)（圖1）顯示，各蔬菜樣地土壤Pb和Cd污染均在中度污染及以上，其中普通白菜地、油菜地、冬葵地和豌豆葉地的Pd污染達強污染水平。Cu和Zn的地積累指數(shù)表現(xiàn)為無污染到中污染程度，Cr、Ni和Mn的地積累指數(shù)表現(xiàn)為無污染狀態(tài)。

2. 2 蔬菜根際土壤潛在生態(tài)風險評價結(jié)果

使用潛在生態(tài)風險指數(shù)評價各蔬菜地土壤重金屬復(fù)合污染的綜合生態(tài)風險，結(jié)果（圖2）顯示，普通白菜地的綜合生態(tài)風險最高（302.635），具有較高的潛在生態(tài)風險，大蔥地、白蘿卜地、油菜地、冬葵地和豌豆葉地為中等潛在生態(tài)風險（150≤RI<300）。

在所有樣點上，Cd元素污染的單因子潛在生態(tài)風險指數(shù)最高，葉菜類蔬菜普通白菜地土壤中高達293.060，表現(xiàn)為高潛在生態(tài)風險，對綜合生態(tài)風險的貢獻率最大（表2）。本研究中單因子潛在生態(tài)風險指數(shù)計算以農(nóng)用地土壤污染風險篩選值（5.5<pH≤6.5）（GB 15618—2018）作為參比值，由于目前Mn元素尚無該篩選，因此表2中無Mn的潛在生態(tài)風險指數(shù)。整體而言，葉菜類蔬菜地土壤重金屬復(fù)合污染的潛在生態(tài)風險指數(shù)較高。

2. 3 蔬菜可食用部分中重金屬含量與單因子污染指數(shù)

利用不同的衛(wèi)生標準/污染物限量對各蔬菜可食部分中的重金屬含量進行評估，結(jié)果（表3）顯示，Cu含量均低于食品中污染物的限量，而Zn（除青蒜和大蔥）、Pb、Cr和Ni均不同程度地超過對應(yīng)的衛(wèi)生標準/污染物限量，最高含量分別是對應(yīng)衛(wèi)生標準/污染物限量的3.93、11.77、9.32和17.47倍。重金屬單因子污染指數(shù)計算結(jié)果（圖3）顯示，7種重金屬單因子污染指數(shù)在各類蔬菜中的累積值表現(xiàn)為葉菜類>塊根類>香辛類（除野蔥外），其中Pb和Ni元素是主要的貢獻元素，其貢獻率分別在20.51%～48.73%和16.93%～42.59%。整體而言，野蔥和油菜是9種蔬菜中重金屬超標較嚴重的蔬菜，應(yīng)持續(xù)關(guān)注。

2. 4 蔬菜可食用部分中重金屬的BCF

BCF可反映重金屬從土壤向作物的轉(zhuǎn)移能力或作物富集重金屬能力（栗利曼等，2016）。表4顯示，Zn和Ni在蔬菜中的BCF較大，其中Zn在野蔥中的BCF最大，達0.701；由BCF平均值可知，9種蔬菜富集重金屬能力大小排序為野蔥>油菜>普通白菜>豌豆葉>冬葵>紅薯>白蘿卜>青蒜>大蔥。整體而言，除野蔥外，蔬菜富集能力表現(xiàn)為葉菜類>塊根類>香辛類。

2. 5 人群健康風險評價結(jié)果

比較各蔬菜可食用部分不同重金屬HRI對HI的貢獻率（圖4）可知，Cr和Pb元素是主要的貢獻元素，其貢獻率分別為40.06%～64.97%和17.15%～33.52%。由于兒童與成人飲食結(jié)構(gòu)和習慣不同，攝入3類蔬菜對兒童的HI表現(xiàn)為塊根類>葉菜類>香辛類，其中塊根類蔬菜中白蘿卜對兒童的HI高達16.656；而對成人的HI表現(xiàn)為葉菜類>塊根類>香辛類，其中葉菜類對成人的HI在9.672～12.352，是其他2類蔬菜的2.57～14.56倍（圖5）。整體而言，葉菜類蔬菜對兒童和成人的HI較大，且兒童均大于成人，4種蔬菜的HI排序為油菜>冬葵>普通白菜>豌豆葉；除青蒜和大蔥外，食用其余7種蔬菜的HI均大于1，表明食用當?shù)胤N植的蔬菜存在潛在人體健康風險。

3 討論

本研究結(jié)果表明，9種蔬菜地的土壤重金屬中，Cu（除油菜地）、Zn（除紅薯地和油菜地）、Pb和Cd 4種元素含量在各樣地均超重慶土壤背景值，其中土壤Cd污染最嚴重，已超農(nóng)用地土壤污染風險管制值，與任艷霞等（2021）關(guān)于渝西某煤礦區(qū)土壤受到多種重金屬復(fù)合污染的研究結(jié)果一致。Hussain等（2019）收集陜西省各地煤礦區(qū)175份土壤和各類糧食作物樣品，分析得出煤礦開采活動向土壤釋放大量的有毒元素（Cr、Cu、Ni、Pb、Cd等），并指出大部分耕地、糧食和蔬菜均受到這些有毒元素不同程度的污染?？梢娒旱V開采會對人體健康和環(huán)境安全造成很大的風險。地積累指數(shù)可判別人為活動對環(huán)境的影響，是區(qū)分人為活動影響的重要參數(shù)（司萬童等，2017）。本研究中，各蔬菜地土壤Pb和Cd的地積累指數(shù)較高，達中度污染以上，可見其與當?shù)孛旱V的開采有直接關(guān)系，與任艷霞等（2021）研究發(fā)現(xiàn)Pb在渝西某煤礦井口、煤矸石場和周邊農(nóng)田土壤中含量較高的結(jié)果一致。整體而言，蔬菜根際土壤潛在生態(tài)風險表現(xiàn)為葉菜類蔬菜地>塊根類蔬菜地>香辛類蔬菜地（野蔥除外），土壤重金屬元素的復(fù)合污染在研究區(qū)普通白菜地呈現(xiàn)最高潛在生態(tài)風險，其原因有待進一步探究。

本研究中，蔬菜樣地根際土壤中Cd污染嚴重，在各樣地均已超農(nóng)用地土壤污染風險管制值，而Cd在蔬菜（除油菜外）中的富集量均低于GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》；Cr和Ni（除白蘿卜地、冬葵地外）在各樣地均未超重慶土壤背景值，但在蔬菜中均已超出限值，與其生物富集能力有直接關(guān)系。本研究顯示Cd元素的BCF較小，而Zn和Ni的BCF較大。綜合因素導致葉菜類和香辛類蔬菜中的Pb、Ni和Zn含量較高。雖然Zn元素是人體必不可缺的有益元素，但攝入過多會變利為害，抑制人體對其他必需元素的吸收。BCF用于衡量土壤重金屬被蔬菜吸收的難易程度，值越小表明蔬菜吸收重金屬的能力越差，抗土壤重金屬污染的能力則越強。相關(guān)研究表明，不同的蔬菜品種由于外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)在生理生化上存在差異，包括遺傳特性、生理特性和生存因子等，使其不同部位對重金屬的富集能力出現(xiàn)差異，新陳代謝旺盛器官（根和葉）對重金屬的富集能力通常強于營養(yǎng)貯存器官（果實、籽粒和塊根）（涂春艷等，2020）；不同種類蔬菜對Cd的富集能力大小表現(xiàn)為葉菜類>塊根類（涂春艷等，2020；張浩等，2020）。本研究結(jié)果顯示，除野蔥外，蔬菜對重金屬富集能力表現(xiàn)為葉菜類>塊根類>香辛類。究其原因：一方面與煤礦區(qū)土壤重金屬的積累有關(guān)，另一方面與煤礦區(qū)空氣揚塵中污染物的大氣沉降作用有關(guān)。葉菜類蔬菜的葉片面積大、蒸騰作用強，空氣中氣態(tài)和塵態(tài)重金屬易富集于植物葉面，進而通過葉片氣孔的吸收進入蔬菜體內(nèi)（陳亮等，2021；黃鐘霆等，2022）。

人群健康風險評價結(jié)果顯示，除青蒜和大蔥外，食用其余7種蔬菜對兒童和成人的HI均遠大于1，超過人體可接受的重金屬暴露水平，且兒童高于成人，其主要原因在于兒童日進食量與平均體重的比值高于成人。值得關(guān)注的是，在相同的重金屬暴露水平下，由于兒童自身抵抗力差，發(fā)育階段組織器官承受污染物的能力和解毒能力較成人弱，重金屬的毒性效應(yīng)會更明顯（張浩等，2020；陳亮等，2021），因此應(yīng)更多關(guān)注兒童健康。本研究中，各元素的HRI對HI貢獻最大的是Cr元素，究其原因：一方面是在9種蔬菜中Cr含量明顯高于GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》，另一方面Cr被世界衛(wèi)生組織公認為毒性極強的元素之一（Munoz et al.，2005），其參考劑量［RfD=0.003 mg/（kg·d）］與其他元素相比較小，從而算得蔬菜中Cr的HRI較高，是HI的主要貢獻元素。其次是Pb，Li等（2018）在研究湖南株洲一個大型鉛鋅冶煉廠附近居民通過食用蔬菜造成的重金屬健康風險中發(fā)現(xiàn)，Pb和Cd對人體健康的危害最大，葉類蔬菜的污染通常較非葉類蔬菜更嚴重；且在冶煉廠周邊4 km范圍內(nèi)，采集的52個蔬菜樣品中超75%的Pb超標，本研究結(jié)果與之基本一致，進一步印證Cr和Pb重金屬元素在蔬菜中污染問題的緊迫性。

整體而言，在廢棄煤礦周邊農(nóng)田種植蔬菜存在一定的食品安全風險。本研究中，葉菜類蔬菜（油菜、普通白菜、冬葵和豌豆葉）的HI最大，而種植大蔥、青蒜和白蘿卜相對而言健康風險較低。各元素在不同介質(zhì)中表現(xiàn)出不同的潛在危害，應(yīng)持續(xù)關(guān)注該廢棄煤礦區(qū)農(nóng)田中Pb、Cd、Cr、Zn、Cu、Ni和Mn等重金屬元素的生態(tài)毒性效應(yīng)，尤其是Pb、Cd和Cr元素。此外，建議在廢棄煤礦區(qū)開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程中，應(yīng)綜合考慮土壤中的重金屬污染程度，以及不同蔬菜對重金屬的富集特性，優(yōu)化作物品種組合，以保障廢棄煤礦毗鄰區(qū)域農(nóng)作物的清潔生產(chǎn)和煤礦區(qū)農(nóng)業(yè)資源的合理化利用。本研究僅針對當?shù)胤N植較多的葉菜類、塊根類和香辛類蔬菜進行健康風險評價，并不是很全面，其他類別蔬菜的重金屬污染監(jiān)控也應(yīng)同步關(guān)注，如茄果類、根菜類和豆莢類等，更好地為煤礦區(qū)周邊蔬菜和其他糧食作物的清潔生產(chǎn)及居民健康風險管理提供數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié)論

渝西某廢棄煤礦的開采加重周邊農(nóng)田土壤中的重金屬污染，其中Pb和Cd的地積累作用最明顯。各蔬菜對重金屬的富集能力表現(xiàn)為葉菜類>塊根類>香辛類（除野蔥外），其中Pb和Ni的生物富集能力最強。食用當?shù)胤N植的蔬菜存在潛在健康風險，其中食用葉菜類蔬菜的健康風險最高，與Cr和Pb相關(guān)的健康危害需重點關(guān)注，建議在煤礦毗鄰區(qū)域種植蔬菜時盡量不選擇葉菜類蔬菜，以減少重金屬的攝入。

參考文獻：

陳亮，姜蘋紅，陳燦. 2021. 不同類型蔬菜中7種重金屬含量差異及人體健康風險［J］. 環(huán)境科學與技術(shù)，44（S2）：366-375. ［Chen L，Jiang P H，Chen C. 2021. The concentration and accumulation of potentially toxic elements in different vegetable types and health risk for vegetable consumption［J］. Environmental Science & Technology，44（S2）：366-375.］ doi：10.19672/j.cnki.1003-6504.2041. 20.338.

代靜，司萬童，趙雪波，劉菊梅，景雪梅，王建英，張雪峰. 2017. 稀土尾礦庫復(fù)合污染對周邊土壤肥力的影響［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，45（20）：299-303. ［Dai J，Si W T，Zhao X B，Liu J M，Jing X M，Wang J Y，Zhang X F. 2017. Effects of combined pollution of rare earth tailings pond on soil fertility［J］. Jiangsu Journal of Agricultural Sciences，45（20）：299-303.］ doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017. 20.074.

黃鐘霆，易盛煒，陳貝貝，彭銳，石雪芳，李峰. 2022. 典型錳礦區(qū)周邊農(nóng)田土壤—農(nóng)作物重金屬污染特征及生態(tài)風險評價［J］. 環(huán)境科學，43（2）：975-984. ［Huang Z T，Yi S W，Chen B B，Peng R，Shi X F，Li F. 2022. Pollution properties and ecological risk assessment of heavy metals in farmland soils and crops around a typical manganese mining area［J］. Environmental Science，43（2）：975-984.］ doi：10.13227/j.hjkx.202105019.

賈艷麗，郝春明，劉敏，張偉. 2022. 銻礦區(qū)土壤和蔬菜重金屬污染及健康風險評價［J］. 科學技術(shù)與工程，22（7）：2943-2949. ［Jia Y L，Hao C M，Liu M，Zhang W. 2022. Soil-vegetable pollution of heavy metals and health risk assessment in antimony mining area［J］. Science Technology and Engineering，22（7）：2943-2949.］ doi：10.3969/j.issn.1671-1815.2022.07.052.

李武江，朱四喜，王眾，趙斌. 2021. 西南山地煤礦區(qū)耕地土壤—農(nóng)作物重金屬富集及健康風險評價［J］. 中國無機分析化學，11（5）：22-30. ［Li W J，Zhu S X，Wang Z，Zhao B. 2021. Heavy metals enrichment and health risk assessment of cultivated soil-crops in mountainous coal mining areas of Southwest China［J］. Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry，11（5）：22-30.］ doi：10.3969/j.issn.2095-1035.2021.05.004.

栗利曼，劉菊梅，沈渭壽，蔣海明，卞曉燕，梁棟，司萬童. 2016. 包頭工業(yè)區(qū)蔬菜重金屬富集及人群健康評價［J］. 中國蔬菜，（1）：54-59. ［Li L M，Liu J M，Shen W S，Jiang H M，Bian X Y，Liang D，Si W T. 2016. Heavy metal enrichment and population health risk assessment of vegetables in Baotou industrial district［J］. China Vege-tables，（1）：54-59.］ doi：10.3969/j.issn.1000-6346.2016. 01.010.

任艷霞，周俊杰，畢捷，王瑜，盧姣姣，沈渭壽，謝宇琴，劉菊梅，司萬童. 2021. 渝西某煤礦區(qū)土壤重金屬污染程度及其特征分析［J］. 南方農(nóng)業(yè)學報，52（7）：1905-1911. ［Ren Y X，Zhou J J，Bi J，Wang Y，Lu J J，Shen W S，Xie Y Q，Liu J M，Si W T. 2021. Pollution degree and characteristics of heavy metals in soil of a coal mine area in western Chongqing［J］. Journal of Southern Agriculture，52（7）：1905-1911.］ doi：10.3969/j.issn.2095-1191.2021.07.020.

司萬童，代靜，趙雪波，劉菊梅，張川，王建英，張雪峰. 2017. 稀土尾礦庫濕地土壤重金屬污染生態(tài)風險評價［J］. 人民黃河，39（8）：71-75. ［Si W T，Dai J，Zhao X B，Liu J M，Zhang C，Wang J Y，Zhang X F. 2017. Ecological risk assessment of heavy metals pollution in the rare tailings wetland soils［J］. Yellow River，39（8）：71-75.］ doi：10. 3969/j.issn.1000-1379.2017.08.015.

涂春艷，陳婷婷，廖長君，曹斐姝，張超蘭，周永信，謝湉. 2020. 礦區(qū)農(nóng)田蔬菜重金屬污染評價和富集特征研究［J］. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，39（8）：1713-1722. ［Tu C Y，Chen T T，Liao C J，Cao F S，Zhang C L，Zhou Y X，Xie T. 2020. Pollution assessment and enrichment characteristics of heavy metals in farmland vegetables near a mining area［J］. Journal of Agro-Environment Science，39（8）：1713-1722.］ doi：10.11654/jaes.2019-1401.

王娟，李玉成，黃欣欣，周少奇，張學勝，高毅，劉丙祥. 2020. 銅陵礦區(qū)植物重金屬富集行為及健康風險評估［J］. 生物學雜志，37（3）：76-80. ［Wang J，Li Y C，Huang X X，Zhou S Q，Zhang X S，Gao Y，Liu B X. 2020. Enrichment of heavy metals and health risk assessment of plants in Tongling mining area［J］. Journal of Biology，37（3）：76-80.］ doi：10.3969/j.issn.2095-1736.2020.03.076.

查燕，湯婕，牛天新. 2022. 葉菜類蔬菜對重金屬富集特征研究［J］. 江西農(nóng)業(yè)大學學報，44（3）：773-782. ［Zha Y，Tang J，Niu T X. 2022. Study on enrichment characteristics of heavy metals in leafy vegetables［J］. Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis，44（3）：773-782.］ doi：10.13836/j.jjau.2022076.

張浩，王輝，湯紅妍，溫嘉偉，徐仁扣. 2020. 鉛鋅尾礦庫土壤和蔬菜重金屬污染特征及健康風險評價［J］. 環(huán)境科學學報，40（3）：1085-1094. ［Zhang H，Wang H，Tang H Y，Wen J W，Xu R K. 2020. Heavy metal pollution characteristics and health risk evaluation of soil and vegetables in various functional areas of lead-zinc tailings pond［J］. Acta Scientiae Circumstantiae，40（3）：1085-1094.］ doi：10.13671/j.hjkxxb.2019.0379.

Hussain R，Luo K L，Liang H D，Hong X P. 2019. Impact of the coal mining-contaminated soil on the food safety in Shaanxi，China［J］. Environmental Geochemistry and Health，41（3）：1521-1544. doi：10.1007/s10653-018-0233-6.

Li X Y，Li Z G，Lin C J，Bi X Y，Liu J L，F(xiàn)eng X B，Zhang H，Chen J，Wu T T. 2018. Health risks of heavy metal exposure through vegetable consumption near a large-scale Pb/Zn smelter in central China［J］. Ecotoxicology and Environmental Safety，161：99-110. doi：10.1016/j.ecoenv. 2018.05.080.

Munoz O，Bastias J M，Araya M，Morales A，Orellana C，Rebolledo R，Velez D. 2005. Estimation of the dietary intake of cadmium，lead，mercury，and arsenic by the population of Santiago （Chile） using a Total Diet Study［J］. Food and Chemical Toxicology，43（11）：1647-1655. doi：10.1016/j.fct.2005.05.006.

Qin F X，Pang W P，Liu W Z. 2015. Soil heavy metal pollution and health risk assessment of abandoned land in coal mining areas in Xingren County［J］. Meteorological & Environmental Research，6（11）：19-25.

Si W T，Liu J M，Cai L，Jiang H M，Zheng C L，He X Y，Wang J Y，Zhang X F. 2015. Health risks of metals in contaminated farmland soils and spring wheat irrigated with Yellow River water in Baotou，China［J］. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology，94（2）：214-219. doi：10.1007/s00128-014-1435-y.

Zheng L G，Liu X，Tang Q，Ou J P. 2019. Lead pollution and isotope tracing of surface sediments in the Huainan Panji coal mining subsidence area，Anhui，China［J］. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology，103（1）：10-15. doi：10.1007/s00128-019-02558-5.

Zhou H，Yang W T，Zhou X，Liu L，Gu J F，Wang W L，Zou J L，Tian T，Peng P Q，Liao B H. 2016. Accumulation of heavy metals in vegetable species planted in contaminated soils and the health risk assessment［J］. International Journal of Environmental Research and Public Health，13（3）：289. doi：10.3390/ijerph13030289.

（責任編輯 羅 麗）

收稿日期：2022-06-27

基金項目：國家自然科學基金項目（42103078）；重慶市自然科學基金項目（cstc2020jcyj-msxmX1011）；重慶市教委科學技術(shù)研究項目（KJQN202001326）；重慶市大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目（S202210642021）

通訊作者：司萬童（1986-），https：//orcid.org/0000-0001-9006-5892，博士，教授，主要從事環(huán)境生物學研究工作，E-mail：siwt02@163.com；蘭宗寶（1981-），https：//orcid.org/0000-0002-8643-3872，高級農(nóng)業(yè)經(jīng)濟師，主要從事農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟研究工作，E-mail：2448512409@qq.com

第一作者：劉菊梅（1985-），https：//orcid.org/0000-0001-7826-053X，博士，副教授，主要從事環(huán)境生物學研究工作，E-mail：liujm1225@126.com