铅锌矿区魔芋重金属污染及健康风险评估

王艳娇

（贵州省分析测试研究院，贵阳 550016）

魔芋在中国有着悠久的种植、食用及药用历史，中国已成为全世界魔芋种植面积最大的国家，魔芋产业已成为中国西部最具成长潜力与竞争优势的地方特色资源产业［1］。然而随着矿产资源开发利用强度日益增强，越来越多的重金属污染物被排放到环境中。重金属污染物通过土壤迁移转换到魔芋中，通过食物链进入人体，对人们的健康产生潜在危害，且这种污染具有隐蔽性、长期性、不可逆性等特点［2，3］。研究表明，魔芋及其相关产品在农业、食品、医药卫生及工业等领域有着广泛的用途和发展前景［4，5］。有关魔芋的研究越来越多，主要集中于魔芋的栽培技术、病虫害防治、药用保健价值方面［4，6］，不同地区魔芋受重金属污染影响的研究较少［7］。

本研究试验田是典型的历史悠久、工艺落后的土法冶炼铅锌矿区，在生产过程中产生大量含重金属的废渣排放于自然环境中，对周边土壤环境造成了严重的污染和破坏。为探究污染区域土壤和魔芋存在的潜在安全风险，本研究采用综合污染指数评价和健康风险评价模型，研究污染区域魔芋的污染状况以及可能会给居民造成的健康风险，研究结果有助于全面了解铅锌冶炼矿区魔芋重金属的污染程度及可能存在的风险，为魔芋重金属评价及质量风险管控提供理论基础和科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与处理

研究样品采自某典型铅锌冶炼区试验田，样品采集时间为2021 年11 月魔芋收获季节。在试验田内随机采集4 个点位，每个点位2 株魔芋的可食部分，装袋，作为1 个样品，采样量约为500 g；在每个采集魔芋的点位同步采集根部土壤2 个样品。共采集魔芋样品4 个、同步采集土壤样品8 个，即共采集土壤和魔芋样品12 个。土壤样品经风干、磨细过100 目筛后装袋备用。魔芋的可食部分用自来水冲洗后，再用去离子水洗净，风干表面残留去离子水后切成小块，以粉碎匀浆机打成糊状备用。

1.2 样品分析方法

土壤样品中重金属采用HNO3-HCl-HF 微波消解后测定；魔芋中重金属采用HNO3-H2O2微波消解后测定。土壤和魔芋样品待测液中，汞采用原子荧光分光光度计（北京海光仪器有限公司）测定，其余重金属含量均使用美国安捷伦Agilent7800 电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）（安捷伦科技有限公司）测定。分析过程所用试剂均为优级纯，试验用水均为去离子水，所有器皿均在20%硝酸溶液中浸泡24 h 以上。分析过程中采用空白样、平行双样、国家标准样品进行质量保证和质量控制，且回收率在90%～110%。

1.3 土壤和魔芋重金属评价方法

1.3.1 土壤和魔芋重金属污染评价 土壤和魔芋重金属污染采用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法开展评价［3，8-10］。单项污染指数计算方法公式如下。

式中，Pi为污染物i的单项污染指数；Ci为污染物i的实测浓度，mg/kg；Si为污染物i在土壤和块根和块茎类蔬菜限值，mg/kg。当Pi＜1 时，表示土壤或魔芋未受污染；Pi＞1 时，表示土壤或魔芋受到污染，且Pi值越大，受到的污染越重。

内梅罗综合污染指数法，计算公式如下。

式中，PN为土壤或魔芋中重金属的综合污染指数；Pi均为重金属单项污染指数的平均值；Pi最大为重金属最大单项污染指数。当PN≤0.7 时，为安全等级；当0.7＜PN≤1 时，为警戒限；当1＜PN≤2 时，为轻度污染；当2＜PN≤3 时，为中度污染；当PN＞3时，为重度污染。

1.3.2 魔芋摄入的健康风险评价 采用US EPA（美国国家环境保护局）推荐的目标危险系数法（Target hazard quotient，THQ）模型评价魔芋中摄入重金属的健康风险。其中，THQ是以污染物暴露剂量与参考剂量的比值来表征非致癌风险水平，如果比值超过安全基准值1.0，说明该污染物对人体具有潜在健康风险。THQ的计算公式如下［11］。

式中，THQ为目标危险系数；EF为暴露频率（成人和青少年儿童均为365 d/年）；ED为暴露年限（成人和青少年儿童均为70 年）［11］；根据文献［11］确定研究区成人魔芋的日摄取率FIR为0.45 kg/d，青少年儿童的FIR为0.23 kg/d；RfD为重金属暴露参考剂量［Cu=4.00×10-2mg/（kg·d）、Zn=3.00×10-1mg/（kg·d）、Pb=3.50×10-3mg/（kg·d）、Cd=1.00×10-3mg/（kg·d）、As=3.00×10-4mg/（kg·d）、Ni=2.00×10-2mg/（kg·d）、Cr=3.00×10-3mg/（kg·d）、Hg=1.6×10-4mg/（kg·d）］［11-13］；BW为受体体重（成人取60 kg，青少年儿童取32 kg）；AT为平均暴露时间（ED×365）。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 和SPSSAU 软件统计处理数据。

2 结果与分析

2.1 土壤和魔芋中重金属含量及污染状况

试验田土壤和魔芋中重金属含量及污染情况统计结果见表1。对照《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618—2018）［14］风险筛选值、《食品安全国家标准食品中污染物限量》（GB 2762—2017）［15］、《食品中铜限量卫生标准》（GB 15199—1994）［16］、《食品中锌限量卫生标准》（GB 13106—1991）［17］等限值判定各重金属污染状况。研究区土壤pH 平均值为5.95，处于偏酸性水平，土壤受到Pb、Cd、Zn 严重污染（单项污染指数分别为19.4、16.6、12.1），除此外，受到铜和砷不同程度的污染（单项污染指数＞1）。魔芋中重金属单项污染指数呈Cd＞Zn＞Pb＞Cr ＞Cu＞As ＞Ni ＞Hg 的特征，魔芋除受到Cd 的严重污染外，还受到Pb、Zn 和Cr 的污染（单项污染指数＞1）。内梅罗综合污染指数评价结果表明，研究区试验土壤和魔芋样品已受到重金属的重度污染。

2.2 土壤和魔芋中重金属含量的相关性分析

研究区试验田土壤与魔芋食用部分重金属含量间相关性利用SPSSAU 软件计算分析，计算结果见表2。魔芋与土壤中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg、As 8种重金属之间P值均大于0.05，相关性不显著。有研究表明［18］，不同种类的重金属，由于其物理化学行为和生物有效性的差异，在土壤-农作物系统中的迁移转化规律明显不同。为今后更准确地开展土壤重金属污染评价，应对土壤重金属不同赋存形态进行分析，研究重金属不同形态对生物吸收的贡献程度，进而确定生物有效性大小和生物有效性评价。

2.3 经魔芋摄入的重金属污染健康风险评价

土壤中重金属可通过魔芋根系吸收进入魔芋植株内，并积累在魔芋不同部位和组织中，如果魔芋可食用部分积累大量重金属，通过食物链传递将对人体健康造成严重影响。本研究根据公式（3）及相应评价参数，分别计算废弃矿区成人和青少年儿童通过食用魔芋摄入重金属的目标危险系数（THQ），计算结果见表3。对于成人和青少年儿童来说，单个重金属Zn、Ni、Hg 风险指数（THQ）均小于1，健康风险不高；成人和青少年儿童Cd、Pb、As、Cr、Cu 的THQ在1～10 会造成潜在的健康风险，产生负面影响的可能性较大，食用研究区域魔芋对成人和青少年儿童健康存在慢性毒性效应。需要对重金属污染土壤采取适当的防治措施，以减少重金属通过土壤-魔芋系统经由摄入途径对人体健康造成的影响。

表3 食用魔芋的重金属摄入量及健康风险

3 结论

试验田土壤和魔芋均为重金属重度污染，土壤以Cd、Zn、Pb 污染最为突出，魔芋以Cd 较为严重。土壤重金属含量与魔芋食用部分重金属含量间相关性不显著。食用该污染区域魔芋，Cd、Pb、As、Cr、Cu 5 种元素对人体健康风险明显，对成人和青少年儿童身体健康存在慢性毒性效应。在农业生产中需要及时监测、防止土壤重金属污染物质的进入，对污染土壤进行适宜修复，合理划分耕作区，确保耕作土壤环境质量安全。