戈壁设施蔬菜重金属污染特征及健康风险评估

李瑞琴　于安芬　许文艳　徐瑞　徐美蓉　焦洁

摘 要：目的：了解戈壁设施蔬菜铅、镉、总汞和总砷污染物状况，并评估健康风险，为保障戈壁设施蔬菜绿色生产和食用安全提供依据。方法：采用生产基地随机抽样方法，于2019—2020年在甘肃省河西走廊戈壁设施蔬菜产区采集蔬菜样品，采用电感耦合等离子体质谱法（HPLC-ICP-MS）和原子荧光光谱法测定蔬菜样品中铅、镉、总汞和总砷含量，根据 GB 2762—2017 《食品安全国家标准 食品中污染物限量》评价蔬菜重金属污染状况，采用目标风险系数法评估摄入蔬菜中重金属的健康风险。结果：共采集141份蔬菜样品，铅、镉和砷含量的中值分别为0.005、0.002、0.007mg/kg，总汞含量均低于检出限。戈壁设施蔬菜铅、镉和总砷含量均未超标，检出率分别为 4.26%、23.40% 、87.23%。蔬菜重金属污染指数均低于0.6，属于清洁水平。通过膳食途径摄入蔬菜中的重金属风险由高到低依次为总砷、铅、镉，不同种类蔬菜的风险由高到低依次为黄瓜、辣椒、番茄；儿童、中老年和青壮年摄入蔬菜中重金属的风险依次递减。结论：戈壁设施蔬菜中铅、镉、总汞和总砷的含量均未超标，通过膳食途径摄入戈壁设施蔬菜中重金属的健康风险低。

关键词：戈壁设施蔬菜；重金属；污染特征；膳食摄入风险评估

在蔬菜為人体提供多种营养物质的同时，蔬菜本身在生长过程中也能累积环境中特别是栽培基质或栽培土壤中的有害物质[1-2]。已有研究表明，目前影响蔬菜质量安全的重要因素是农药残留和重金属蓄集[3]，这些有害物质的污染和累积不仅会对人体健康造成较大危害，而且还会严重影响农业的绿色生产和经济的可持续发展[4-6]。甘肃戈壁农业，充分利用了河西走廊丰富的荒漠资源，依据现代设施农业“多采光、少用水、新技术、高效益”的发展思路，破解了发展设施农业受耕地制约的关键“瓶颈”[7]。河西走廊昼夜温差大、光照充足、灌溉水来自祁连山纯净的雪水、空间隔离条件好、生产区域远离城市和污染源，近几年甘肃戈壁设施农业的发展势头强劲，新建1.867万hm2生态农业产业园[8-9]。采取设施种植模式的蔬菜，不论是栽培土壤的背景值，还是基质的配比和类型都会影响蔬菜重金属的富集，食用后也会给人体带来一定的健康风险[10-12]。由于戈壁农业设施栽培使用的基质，有的是就地取材的戈壁砂石和与畜禽粪便发酵生产的有机基质，有的是基质厂家利用专门生产的蔬菜专用基质，这无疑增大了使用基质栽培的蔬菜重金属蓄积的风险[13-15]。因此针对戈壁农业设施基质栽培的果菜类蔬菜黄瓜、番茄、辣椒等（当地菜农习惯性的把不需要熟制、可以直接生食的蔬菜称为果菜，如黄瓜、番茄、辣椒等），专项开展重金属累积状况及其健康风险的科学评估是保障蔬菜产品绿色生产和居民健康的重要环节之一。本研究通过采集甘肃省河西走廊戈壁农业设施基质栽培蔬菜的代表样品，检测分析蔬菜中重金属含量，揭示不同种类蔬菜中重金属的蓄积水平及污染特征，提出健康风险建议，为食品安全风险评估提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 取样地点与方法

于2019年11月—2020年4月，在甘肃省河西走廊戈壁设施蔬菜主产区的4个市9个县区17个乡镇19个基地，依据《农、畜、水产品污染监测技术规范》（NY/T 398-2000）中蔬菜产品样品采集方法采集蔬菜样品[16]，样品种类为黄瓜、辣椒、番茄，每种蔬菜在成熟期，按照五点取样法随机抽取 3 kg，48 h 内送回实验室，切碎留取鲜品 500 g，贴上标签置于-18℃冰箱中保存备用。

1.2 仪器与试剂

电感耦合等离子体三重四极杆质谱联用仪（HPLC-ICP-MS，自编号YQ435）；原子荧光光度计（自编号YQ036）。铅、镉、汞、砷等单元素标准物质均购自中国计量科学研究院。硝酸、盐酸、氢氧化钠、硫脲均为优级纯，硼氢化钾、抗坏血酸为分析纯，均购自国药集团化学试剂公司。

1.3 样品前处理

样品前处理采用微波消解法。取约0.5 g冷冻后的蔬菜样品，放入微波消解罐中，加入5.00 mL 硝酸，盖好安全阀后，将消解罐放入微波消解仪中，消解完全，冷却后取出，在加热板上100℃ 赶酸至0.5～1.0 mL，用少量去离子水冲洗消化罐 3～4 次，洗涤液也一并转移入容量瓶. 用超纯水定容至 25 mL，过 0. 45 μm 滤膜后于 4℃ 保存，待测。

1.4 检测方法

蔬菜样品中的铅、镉、砷含量的测定分析采用电感耦合等离子体质谱法，依据标准为《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》GB 5009.268-2016[17]，检出限分别为0.01 mg/kg、0.004 mg/kg、0. 004 mg/kg；蔬菜样品中的总汞含量的测定分析采用氢化物原子荧光光谱法，依据标准为《食品安全国家标准食品中总汞及有机汞的测定》（ GB 5009.17—2014）[18]，检出限为 0.002 mg/kg。

1.5 重金属污染评价方法

1.5.1 污染指数评价法 依据国家标准《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762——2017），关于新鲜蔬菜中Pb、Cd、总Hg、总As的限量值分别为：0.1、0.05、0.01、0.5 mg/kg[19]，超出该限量值则为超标。同时参照行业标准《农、畜、水产品污染监测技术规范》（NY/T 398—2000）中有关规定[16]，对蔬菜中Pb、Cd、总Hg、总As的污染水平采用单因子污染指数评价和综合污染指数评价方法进行评价分析。

单因子污染指数计算公式如式（1）：

Pi=Ci/Si（1）

式（1）中，Pi为单项重金属的污染指数；Ci为单项重金属的实测值（mg/kg）；Si为重金属元素标准限量值（mg/kg）。其中重金属标准限量值依据国家标准GB 2762——2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》[19]中规定的标准取值。

综合污染指数评价方法是对样品中各重金属的污染水平进行综合评价的参数，计算公式如式（2）：

式（2）中，Pz为综合污染指数；Pmax为单项污染指数Pi的最大值;Pave为单项污染指数Pi的平均值。

蔬菜产品质量评价根据单项污染指数最终评定，质量分级标准见表1。

1.5.2 富集系数 富集系数是指蔬菜对土壤中重金属的吸收和累积能力[20]。蔬菜重金属富集系数计算公式如式（3）：

BCF=C蔬菜可食部位/C土壤（3）

式（3）中，BCF 表示重金属富集系数；C蔬菜可食部位和 C土壤分别为蔬菜和对应土壤中重金属含量。

1.6 健康风险评估

采用目前国际上常用的化学致癌物（Cd 、As） 和非致癌物（Pb ）风险评价模型，对摄入农产品中重金属引起的健康风险进行评价[21-29]。其中Cd 和 As 为化学致癌物，因此选择化学致癌物风险评价模型，其表达式为式（4）：

Ri= ADDi×SFi （4）

式（4）中，Ri为摄入重金属i的年风险值（a-1）；ADDi为重金属i 的日均暴露剂量[mg/（kg·d）]；SFi为重金属i的致癌强度系数（kg·d·mg-1）[21-23]。

重金属i 的日均暴露量计算公式为式（5）：

ADDi=（EF×ED×IR×Ci）/BW×AT（5）

式（5）中，EF为重金属的暴露频率，取 365 d·a-1；ED为蔬菜暴露年限，儿童、青壮年、中老年分别为12 a、45 a、78 a，IR为人均日消耗量，儿童、青壮年、中老年分别为0.223、0.355、0.366 kg/d，Ci为蔬菜重金属含量实测值，BW为体重，儿童、青壮年、中老年分别为24、60、59 kg，AT为蔬菜平均作用时间（d），为EF×ED。人体健康风险评价模型的参数见表2。

计算结果可以根据表3中的分级标准进行评价。

Pb不属于化学致癌物，因此选择化学非致癌物风险评价模型，其表达式为式（6）：

H=ADDi/RfD（6）

式（6）中，H 为化学非致癌物质所致个人致癌年风险，a-1；ADDi为化学非致癌物质i的日均暴露剂量，mg/（kg·d）；RfD为化学非致癌物质暴露的参考剂量，mg/（kg·d），Pb 为 0.0035 [21-25]。 分级标准：H≤1，表明化学非致癌物尚未对人体造成健康风险；H＞1，有很大可能性对人体健康产生影响；H＞10，已经对人体健康造成威胁，存在慢性毒性。

1.7 数据统计分析

采用 Excel 2010 进行数据分析，SPSS 24.0 统计软件进行统计学分析。

2 结果与分析

2.1 戈壁设施蔬菜重金属检出及分布特征

141份蔬菜样品，检出率从高到低依次为总砷、镉、铅、总汞；总砷在黄瓜中含量最高，最大检出值为0.024 mg/kg；镉在辣椒中含量最高，最大检出值为 0.012 mg/kg；铅在黄瓜和辣椒中的最大检出值均为 0.02 mg/kg；总汞在所有蔬菜中均低于检出限（表5、表6）。

2.2 戈壁设施蔬菜对重金属 Cd、Pb 和 As 的富集特征分析

戈壁蔬菜可食部分重金属的富集系数如表7所示，其中番茄对Cd的富集是3种蔬菜中最高的，番茄对Cd的富集系数是辣椒的4倍，辣椒对 Cd的富集系数平均为 Pb 的 100 倍和 As 的 49倍，说明番茄和辣椒对土壤环境中 Cd 的富集能力显著高于 Pb 和 As。

2.3 戈壁设施蔬菜重金属污染评价

根据《农、畜、水产品污染监测技术规范》[16]（NY/T 398-2000）中农产品质量评价方法，采用单因子污染指数法和综合污染指数法的评价方法，以 GB 2762—2017《食品中污染物限量》[19]中规定的标准限量值为参评值，计算戈壁设施蔬菜中单项污染指数和综合污染指数。由表8可看出，戈壁设施蔬菜中重金属单项污染指数和综合污染指数均小于0.6，评价结果分别为优良和安全。

2.4 戈壁设施蔬菜重金属健康风险

戈壁设施蔬菜中重金属Cd、As（致癌化学物）和Pb（非致癌化学物）对儿童、青壮年和中老年的人体健康风险值见表9。结果发现戈壁设施蔬菜中检出的 Cd 和As对儿童、青壮年和中老年的风险值均略高于最大可接受风险水平 1×10-4，说明其累积的 Cd 和As存在潜在健康风险；Pb 对儿童、青壮年和中老年的健康风险值均低于 1，表明其尚未对人体健康造成风险。戈壁设施蔬菜中 Cd 和 As 对不同年龄段人群的健康风险由大到小依次为儿童、中老年、青壮年。蔬菜中不同重金属的对人体健康风险由大到小依次依次为As、Pb、Cd。不同种类蔬菜的健康风险由高到低依次为黄瓜、辣椒和番茄。表明重金属通过蔬菜进入人体的复合污染风险较低，不存在明显的复合健康风险。

3 结论

戈壁设施蔬菜中不同重金属在不同种类蔬菜中的含量存在较大差异，其中黄瓜中的总砷含量最高，辣椒中的镉含量最高，蔬菜中的总汞含量均低于检出限，所有蔬菜中的总砷、镉、铅和总汞均未超出标准限量值，均属于安全水平；单因子污染指数和综合污染指数分析结果表明，虽然各种蔬菜中重金属污染水平较低，属于安全等级，但也应重点关注蔬菜中的无机砷和镉的污染。健康风险评价结果表明，食用戈壁設施蔬菜的重金属复合污染风险较低，不存在明显的人体复合健康风险，但是为进一步提升食用农产品的质量安全，仍需采取相应的改善措施，并加大监管力度。

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Pollution Characteristics and Dietary Intake Risk Assessment of

Heavy Metals in Facilities Vegetables in Gobi

LI Rui-qin，YU An-fen，XU Wen-yan，XU Rui，XU Mei-rong，JIAO Jie

（AnimalHusbandy，Pasture and Green Agricultural Institute，Institute of Agricultural Quality Standards and Testing Technology/

Laboratory of Quality and Safety Risk Assessment for Agro-products （Lanzhou） ，Lanzhou 730070，China）

Abstract：ObjectiveTo understand the status of lead，cadmium，total mercury and total arsenic in Gobi facility vegetables，and to assess their health risks，so as to provide evidence for ensuring the green production and food safety of Gobi facility vegetables.MethodVegetable samples were collected from the main vegetable producing area of Gobi facility in Hexi corridor of Gansu province from 2019 to 2020.The contents of Pb，Cd，Hg and As in vegetable samples were determined by HPLC-ICP-MS and Atomic fluorescence spectroscopy Inductively coupled plasma.Assessment of heavy metal pollution in vegetables according to GB 2762—2017“National standard for food safety，limits of contaminants in food”.Objective risk factor method was used to assess the health risk of heavy metals in vegetables.ResultThe median contents of Pb，Cd and As in 141 vegetable samples were 0.005 mg/kg，0.002 mg/kg and 0.007 mg/kg，respectively.The heavy metal pollution index of vegetables is lower than 0.6，which belongs to the clean level.The dietary exposure to heavy metals in vegetables ranged from high to low in the order of total arsenic，lead and cadmium，and decreased in the order of children，middle-aged and young adults.ConclusionThe contents of Pb，Cd，Hg and As in the vegetables in Gobi facilities were not over the standard，and the health risk of heavy metals in the vegetables in Gobi facilities was low.

Keywords：facilities vegetablesin Gobi;heavy metal;pollution characteristic;dietary intake risk assessment

基金项目：甘肃省农业科学院科技支撑计划项目（项目编号：2019GAAS27）；甘肃省农业农村厅科技项目（项目编号：GNKJ-2020-30）；甘肃省农业农村厅科技项目（项目编号：GNKJ-2021-45）。

作者简介：李瑞琴（1969—），女，博士，副研究员，研究方向：农业环境、农产品质量安全及农业标准制修订。

通信作者：于安芬（1965—），女，研究员，研究方向：农业环境、农产品质量安全及农业标准制修订。