皖东地质高背景区土壤重金属污染分析及人体健康风险评价

江红艳 王寅

摘要 针对皖东高地质背景区不同用地类型土壤和农作物中重金属进行污染分析，并对该区域进行人体健康风险评价。结果表明，岩石风化形成的玄武岩质土壤中重金属Cr、Ni超标率已达88%和68%;协同监测农产品（水稻、花生、玉米、甘薯）中重金属污染指 数Pi均 小于1，农产品未超标。健康风险评价结果显示，花生污染指数 HI 为0.97，水稻中Cu和Pb的最大污染指数分别达0.99和0.94，虽然皖东地质高背景区土壤目前不存在多种重金属引发的人体健康风险，后期相关主管部门仍需要关注食用花生对人体健康风险以及水稻中的Cu和Pb环境质量问题，进行土壤和农产品的跟踪协同监测。

关键词 地质高背景;玄武岩风化;重金属;人体健康风险评价

中图分类号 X820.4 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2020）14-0078-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.14.021

Abstract Pollution of heavy metals in soils and crops of different land types with high geological background area in Eastern Anhui Province was analyzed， and human health risks were evaluated in this area.The results showed that the heavy metals Cr and Ni in basalt soil formed by rock weathering exceed the standard，over-standard rate reached 88%，68%.The heavy metal pollution index Pi of agricultural products （rice， peanut， corn， sweet potato） was all less than 1， and the agricultural products did not exceed the standard.At present，hazard index（ HI ）of peanut was 0.97， the biggest HI for Cu and Pb in rice reached 0.99 and 0.94 respectively.The results showed that heavy metal health risks in soil with high geological background area did not exist a variety of human health risk， but related departments still need to focus on food safety with the human health risk of peanuts and environment quality of Cu and Pb in rice for tracking and collaborative monitoring of soil and agricultural products.

Key words High geological background area; Basalt weathering; Heavy metals;Human health risk assessment

根據生态环境部2014 年发布的《全国土壤污染状况调查公报》[1]，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧。工矿业、农业等人为活动以及土壤环境背景值高是造成土壤污染或超标的主要原因[2]。全国土壤总超标率为16.1%，其中耕地土壤点位超标率为19.4%，轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为13.7%、2.8%、1.8%和1.1%，主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕和多环芳烃。耕地土壤质量是粮食安全生产的前提，研究发现[3-4]，重金属可以通过食物链在人体和其他生物体内富集，从而对人类健康产生威胁。近年来，我国由于土壤重金属污染所引发的食品安全问题也是频频发生，日渐成为广大民众关心的热点问题。如2013年5月，广州市食品相关部门在抽样检测了18个批次的大米及米制品后，发现有44.4%的大米样品中的Cd含量超标[5]。

目前，大量学者报道了关于耕地污染中人为源的重金属污染的研究[6-8]，但对于高背景值区的土壤重金属污染研究还尚未深入，耕地土壤重金属的含量与粮食安全以至于人体健康有着密切联系。因此，有必要进行地质高背景区域土壤和作物中重金属污染超标的状况评价，并评估对于人体健康的风险。

笔者基于《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618—2018）、《土壤环境监测技术规范》（HJ/T 166—2004）、《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）和《粮食（含谷物、豆类、薯类）及制品中铅、铬、镉、汞、硒、砷、铜、锌8种元素限量》（NY 861—2004）等标准规范，开展皖东高地质背景区土壤和农作物中重金属污染分析，并进行人体健康风险评价，以便为研究区农业主管部门农产品的安全利用提供科学支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况 研究区位于皖东丘陵地带，118°25′ ～ 118°30′E，32°38′ ～ 32°43′N，地貌整体属江淮波状平原区，地貌类型以丘陵、浅丘及波状平原为主，分布有以河流冲积物母质、黄土母质、变质岩类风化物母质为主的类成土母质。相对皖东地区土壤基准值Ni、Co富集特征最明显，贫As、Au、Hg、Rb、W元素。构造位置上处于苏北盆地北缘，其玄武岩年龄为0.53 ～ 0.73 Ma，为中更新世火山喷发产物，隶属于桂五组女山火山口。研究指出，女山岩石中微量元素Ni、Cr含量均在2 000 mg/kg以上[9]，该研究区为典型的地质高背景带。研究区主要种植结构为水稻-小麦轮作方式，一年两季，部分轮作玉米、花生和甘薯，周边无发达工业，未见显著的区域性人为污染。

由研究区农用地表层土壤重金属检测结果可知，调查区域内采集的59件农用地表层土壤样品中重金属（As、Pb、Cr、Cu、Zn、Cd、Hg和Ni）部分土壤样品超过其pH范围对应的风险筛选值。农用地重金属超标情况见表4，其中重金属Cd超标率为15.3%，Zn超标率为5.1%，Ni超标率为72.9%，Cr超标率为62.7%。

由研究区林地土壤重金属检测结果可知，调查区域内采集的50件林地土壤样品中重金属（As、Pb、Cr、Cu、Zn、Cd、Hg和Ni）部分土壤样品超过其土壤pH对应的风险筛选值，重金属超标情况见表4，其中重金属Cd超标率为6%（超标样品数3件），Zn超标率为6%，但Ni超标率高达88%，Cr超标率高达68%。

由表4可知，农田土壤重金属超标元素中Ni和Cr的最大污染指数及超标率较大，Ni为4.42和72.9%，Cr为4.47和62.7%。同时林地土壤重金属超标元素中Ni和Cr的最大污染指数及超标率仍较大，Ni为4.16和88.0%，Cr为3.76和68%。

综上，无论是农田土壤还是林地土壤，岩石经过风化后表层土壤中Ni和Cr含量仍较高，且林地土壤重金属超标情况整体大于农田土壤样品。

2.2 不同用地类型土壤重金属污染的相关性分析

研究区内109件表层土壤样品中有59件样品为农用地土壤，50件样品为林地土壤，农用地和林地土壤中Ni的超标率分别为72.9%和88%，农用地和林地土壤中Cr的超标率分别为62.7%和76.0%。由此可知，不同用地类型中重金属Ni、Cr的超标率表现为林地>农用地。

根据样品的分析检测结果，通过ArcGIS 10.2软件分析，绘制出研究区内重金属Ni和Cr的浓度超标倍数分级。由图2可知，Ni、Cr含量较高的区域分布于地势较高的山体之上，在村民聚居、地势较低的区域Ni、Cr含量相对较低。该地质高背景区农田表层土壤是属于玄武岩风化较高区域，林地土壤是位于岩石集中、风化程度越小的山体区域，其重金属Ni、Cr含量较农田土壤高。

综上，玄武岩作为具有高Cr、Ni地质背景的火成岩，其风化形成的玄武岩质土壤中仍具有高的Cr、Ni含量。相对风化程度越小的区域，土壤中的重金属含量越高。

2.3 地质高背景区农产品重金属污染指数分析

按照土壤尽可能均匀布设且与表层土壤监测点位并点布设的原则，在研究区农用地采集19件农产品。农产品与表层土壤监测点位并点设置，采集的不同农产品（水稻、玉米、花生、甘薯）中重金属单因子污染指数和综合污染指数评价结果见表5。由表5可知，不同作物中重金属的最大污染指数均小于1，表明农产品未超标，质量安全。综合污染指数评价结果显示，水稻和甘薯中最大综合污染指数分别为0.77和0.74，属于0.7< P综 ≤1.0，农产品污染等级为尚清洁，其他作物综合污染指数均小于0.7，农产品污染等级为清洁（安全）。

综上，无论是单因子污染指数法还是综合污染指数法，结果均显示该区域采集的农产品污染评价结果为未超标，尚未产生污染风险。但研究发现水稻中Cu和Pb的最大污染指数分别达0.99和0.94，甘薯中Pb的最大污染指数达0.95，仍需关注该区域农产品的安全问题。

2.4 高地质背景区农产品的人体健康风险评价

采用美国环保局（EPA）综合风险信息系统创建的非致癌评价方法对地质高背景区食用农产品（水稻、玉米、甘薯、花生）的人体健康风险进行了评价，结果见表6。不同农产品中As、Pb、Cr、Cu、Zn、Cd和Hg的风险系数HQ值和总风险指数HI值均小于1，说明居民摄食该地质高背景区的农产品没有明显的负面健康风险影响。对于居民主要的粮食作物水稻而言，水稻中不同重金属的风险系数HQ表现为Cu>Pb>Zn>As>Cd>Cr>Hg，Cu和Pb的风险系数相对其他几种重金属较高，该健康风险评价的结果与前述水稻重金属环境质量评价结果一致。但农产品中花生的总风险指数HI为0.97，风险指数较高，目前未见明显的负面影响，但后期仍需加强跟踪监测。

3 结论

（1）地质高背景使农田土壤重金属Cr、Ni普遍超标，林地土壤和农田土壤都表现出高含量的Cr、Ni，相对风化程度越小的区域，土壤中的重金属含量越高，超標情况总体表现为林地>农用地。

（2）不同作物中重金属的单因子污染指数均小于1，农产品未超标。水稻和甘薯中最大综合污染指数分别为0.77和0.74，0.7< P 综≤1.0，农产品污染等级为尚清洁，其他作物综合污染指数均小于0.7，农产品为清洁（安全）。

（3）水稻中Cu和Pb的最大污染指数分别达0.99和0.94，且不同重金属的风险系数HQ结果显示，表现为Cu>Pb>Zn>As>Cd>Cr>Hg，说明环境质量评价与人体健康风险评价的结果一致。

（4）皖东地质高背景区农产品目前不存在多种重金属引发的人体健康风险，建议后期相关主管部门仍需要关注食用花生对人体的健康风险，水稻中Cu和Pb环境质量问题，进行土壤和农产品的跟踪协同监测。

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