贵州东南部某汞矿区农作物重金属含量及健康风险评价*

刘荣相　张朝晖

(1.黔东南民族职业技术学院；2.贵州师范大学生命科学学院)



贵州东南部某汞矿区农作物重金属含量及健康风险评价*

刘荣相1张朝晖2

(1.黔东南民族职业技术学院；2.贵州师范大学生命科学学院)

摘要为了解贵州东南部某汞矿区农作物重金属含量及其健康风险，测定了农作物食用部分中Hg、As、Cu、Zn、Cd 和Pb等重金属元素的含量。采用目标危害系数评价了食用该矿区农作物对儿童和成人的健康风险。单一重金属健康风险目标危害系数(THQ)和多种重金属健康风险目标危害系数(TTHQ)分析显示，农作物中Hg 、As和Cd的潜在健康风险大，Pb的健康风险较小，Cu和Zn没有健康风险；TTHQ值均大于23，表明该汞矿区农作物具有多种重金属摄入的健康风险；对比儿童和成人摄入农作物的健康风险，儿童受到重金属暴露的风险更大。

关键词汞矿农作物重金属健康风险

汞因其毒性大，在环境中潜伏期长，能沿食物链富集，最终对人类健康构成威胁，从而备受社会关注[1]。贵州东南部某汞矿有近500 a汞冶炼历史[2-3]。通过前期的研究，该汞矿区土壤的Hg、As和Cd含量分别超过我国土壤环境质量标准(GB 15618—1995)三级土标准的67.28、6.53和1.16倍，表明该汞矿区土壤受重金属污染严重[4]。于萍萍[5]等研究表明，该矿区稻谷受汞污染严重。张倩[6]等对该矿区周边农田蔬菜的污染情况进行过研究。至于该矿区汞矿废渣特殊生态环境中农作物的重金属含量及其健康风险评价却鲜见报道。本研究拟通过系统随机抽样，初步评价了该汞矿区农作物可食用部分中Hg、As、Cu、Zn、Cd 和Pb的含量并对其健康风险进行了评价，旨在为指导居民饮食安全和矿区的生态修复提供参考资料。

1研究区概况

贵州东南部某汞矿的开采时间可追溯到1550年前后，20世纪60年代进入鼎盛时期，年产汞750余t；1980年后，因汞矿资源的枯竭，产汞量逐年减少，至1991年停产[2-3]。研究区地理坐标位于东经107°50′，北纬26°01′，平均海拔680 m，最高气温40 ℃，最低气温-5.5 ℃，年均降雨量1 400 mm；约180 km2矿区含汞固废堆积量约 186万t[2，5]，堆场面积大、地势平，居民在废渣上种植有旱生类农作物。

2试验材料与方法

2.1样品的采集与前处理

农作物样品采集于2010年9月下旬，为种植在汞矿废渣上长势较好的农作物大豆、甘薯和芝麻，食用部分分别是豆荚、甘薯块茎和甘薯叶、芝麻籽粒。为保证采集农作物样品间具有可比性，在汞矿废渣区中部设置50 m×50 m样地，样地内再设若干1 m×1 m小样方，在样方内随机采摘同种农作物3株，带回实验室的农作物样品经除杂，将根、茎、叶、果实等部分分开，在自来水中冲洗至农作物体表无杂物，再用去离子水反复漂洗。样品标号后置于101A型干燥箱内烘48 h(温度保持在60 ℃以下，以防汞挥发)。烘干后研磨过80目筛后置于干燥箱中干燥48 h，取出后保存于干燥器中备测。

2.2重金属分析的消解及测定方法

农作物样品消解方法参照文献[4]进行。Cd、Cu、Pb、Zn用A Analyst800原子吸收光谱仪测定，其中Zn和Cu用火焰原子吸收法测定，Cd和Pb用石墨炉原子吸收法测定；Hg和As用AF-640原子荧光光谱仪冷原子法测定。分析过程中采用平行双样，以国家标准样品控制测定质量，且回收率在 95%～98%。

2.3重金属健康风险分析方法与指标参数取值

健康风险分析采用目标危害系数(THQ)法。该此方法是依据美国环境保护署提出的按成人及儿童平均体重建立的风险分析方法[7-8]。THQ法可同时评价单一重金属的健康风险和多种重金属复合暴露的健康风险。该方法假定污染物吸收剂量等于摄入剂量,以人体摄入污染物剂量与参考剂量的比值作为评价标准[9]。

单一重金属健康风险

(1)

多种重金属复合健康风险

(2)

式(1)中各参数符号名称和取值见表1，THQ>1，表明污染物可引起人体的健康风险，THQ值越大则表明污染物对人体健康风险越大。式(2)中，n为检测的重金属种类。如果TTHQ≤1.0，表明没有潜在的健康影响；TTHQ>1.0，表明对人体健康产生负面影响的可能性很大；当TTHQ>10.0时，表明存在慢性毒性效应[10]。

3研究结果与分析

3.1农作物食用部分的重金属含量

不同农作物食用部分重金属含量见表2。

表2　各农作物食用部分的重金属含量　mg/kg

注：“-”表示数据缺失。

表2显示：豆荚中重金属含量的大小关系是Zn>Cu>Hg>As>Pb>Cd，甘薯块茎是Zn>As>Cd>Cu>Pb>Hg，甘薯叶是Zn>Cu>As>Hg>Cd>Pb，芝麻籽粒是Zn>Cu>Cd>Hg>Pb。由此可见，该矿区农作物体内重金属含量最多的均是Zn。该矿区土壤受到Hg、As和Cd的严重污染，Hg含量最高的是甘薯叶，其次是芝麻籽粒和豆荚，含量最低的是甘薯块茎；As在甘薯块茎中含量最高，其次为甘薯叶，再次为豆荚；Cd在芝麻籽粒中含量最高，其次是甘薯块茎、含量较少的是甘薯叶和豆荚。As和Cd在豆荚中含量均最少。

3.2农作物的重金属健康风险评价

利用式(1)和式(2)分别计算成人和儿童通过农作物摄入重金属的THQ值和TTHQ值，结果见表3。

从单一重金属的健康风险评价上看，大部分农作物的Hg、As和Cd的THQ较大，且砷的平均危害系数甚至均大于10，提示该矿区的Hg、As和Cd可引起人的健康风险；Pb仅在芝麻籽粒的THQ大于1，提示仅芝麻存在Pb的健康风险；Cu和Zn在成人中THQ均小于1，提示Cu和Zn不会对成人产生健康风险。综上所述，该矿区Hg、As和Cd的单一重金属健康风险大，而Pb的健康风险较小，Cu和Zn没有健康风险。

表3　农作物中重金属健康风险的THQ和TTHQ值

从TTHQ看，该矿区所有农作物对儿童和成人的健康风险系数均大于23，表明该矿区农作物对人均有极大的健康风险，甚至存在慢性中毒效应。因此，该矿区农作物不宜食用。

4讨论

本研究Zn是汞矿区农作物含量最多的重金属。李如忠[10]研究有色矿业周边蔬菜，表明蔬菜的中Zn含量最高；唐文杰[13]等研究锰矿区农作物污染情况，同样表明Zn是农作物中含量最高的重金属；栗利曼[14]等研究包头工业区农作物重金属污染情况，也表明Zn是农作物中含量最高的重金属。Zn作为植物生长发育必需的微量元素，具有消除自由基危害、构成代谢中酶的成分、维持植物体生物膜及构成锌指蛋白等功能[15]。田路明[16]等认为锌指蛋白因具有指状结构特征且能结合Zn2+，逆境胁迫相关的锌指蛋白基因在目标植物中过量表达，对植物起到增强抗逆性的作用。因此，农作物中Zn的含量对其适应重金属的环境胁迫有进一步探究的意义。

多种重金属的健康风险系数表明该汞矿区农作物具有极强的潜在健康风险，甚至存在慢性毒性效应。儿童食用农作物的TTHQ均高于成人，显示儿童受到重金属暴露的风险更高。李如忠[10]、唐文杰[13]、郑娜[17]、李江燕[18]等多位研究者对矿区周边农作物健康风险评价和儿童摄入的风险分析均显示，农作物具有潜在健康风险，儿童摄入的风险较成人高，与本研究结果一致。但王北洪[11]、王晓波[19]、钱翌[20]等分别研究北京、广州、青岛等城市蔬菜的重金属污染及健康风险评价，结果表明，这些蔬菜大部分未受污染，且不会对人健康构成威胁。就上述文献对比发现，矿区及周边农作物一般会受到重金属的污染，且具有一定潜在的健康风险。因此，为保障矿区周边人民的食物摄入安全，有关部门应采取积极有效的措施，改善和修复矿区周边环境。

5结论

(1)贵州西南某汞矿区农作物食用部分重金属含量最多的是Zn；Hg在甘薯叶中含量最高，而在豆荚和甘薯块茎中含量较少；As在甘薯块茎中含量最高，在豆荚中含量较少；Cd在芝麻籽粒中含量最高，在豆荚中含量较少；As和Cd在豆荚中含量均最少。

(2)单一重金属健康风险分析显示农作物Hg、As和Cd的潜在健康风险大，而Pb的健康风险较小，Cu和Zn没有健康风险。TTHQ均大于23，表明该矿区农作物有潜在的健康风险。儿童食用农作物的TTHQ均高于成人，显示了儿童更容易受到重金属暴露的风险。

参考文献

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(收稿日期2016-04-05)

Heavy Metal Content and Health Risk Assessment of Corps in Mercury Mine in Southeast of Guizhou Province

Liu Rongxiang1Zhang Zhaohui2

(1.Qiandongnan National Vocational Technical Institute;2.College of Life Science, Guizhou Normal University)

AbstractTo evaluate the heavy metals content and health risks of corps in mercury mine area of southeastern Guizhou Province, Hg, As, Cu, Zn, Cd and Pb content in corps for eating were analyzed. Target Hazard Quotients (THQ) method was use to evaluate the health risk on both children and adults of eating the crops in the area. The single heavy metals health risks THQ and the multiple synthetical heavy metals health risks Target Hazard Quotients (TTHQ) analysis indicated that Hg, As, and Cd has great potential health risks, health risks of Pb is relatively smaller, Cu and Zn has no health risks; TTHQ average value is higher than 23, crops of this mercury mine area has health risks by variety heavy metals. Children are more easily exposed by heavy metals by comparison of consume corps of children and adults.

KeywordsMercury mine, Corps, Heavy metals, Health risk

*国家自然科学基金(编号：30860025)。

刘荣相(1983—)，男，讲师，硕士，湖北省武汉市洪山区。