包头黄河湿地农田高粱重金属含量分析及食用风险评估

罗玉梅　马子娇　赵鑫　李星语　李欢乐　朱娜　刘利

摘 要 为分析黄河包头段农作物中重金属含量及食用风险，于2022年对黄河湿地周边农田所产高粱（Sorghum bicolor）中重金属As、Cd、Cu、Pb、Cr含量进行分析，并根据每周可耐受摄入量（PTWI）评估其食用安全性。结果表明，所有测试样品的各重金属含量平均值均小于《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2022）规定的最低限量；高粱中Cu、Pb、Cd、Cr、As的每周摄入量占PTWI（成人）的比例分别为0.026%、3.589%、14.245%、2.985%、31.347%，其中Cu、Pb、Cr食用安全性较高，风险较小，As的食用安全性较低。

关键词 高粱；重金属；食用风险评估

中图分类号：X53 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.08.002

包头市位于内蒙古自治区西部，是内蒙古自治区最大的制造业城市，也是我国西北地区重工业基地之一。目前，包头市发展了许多优势产业，如机械制造、钢铁、有色冶金、石油化工和高新科技等。包头市环境质量受工业污染和煤烟类环境污染影响，以各种形式排放的重金属对周围环境威胁巨大[1]。重金属可以以各种形态发生迁移，不同的化学形态下，其迁移的机制和毒害程度有所不同。随着矿产资源的开发和环境污染的多样化，大量的重金属元素释放进入环境造成了严重的土壤和水体污染，并直接导致农作物重金属元素含量升高[2]。随着生活水平的提高，人们对农产品的污染通过食物链传递给人体造成危害的认识加深，对农产品质量的要求也日渐提高。目前，对重金属的环境影响及食用风险进行研究已成为一个令人瞩目的新领域，农作物的重金属污染问题因其严重威胁着消费者们的身体健康而广受关注[3]。

随着包头市重工业的快速发展，环境污染问题日益凸显，如污水排海、雾霾严重等。特别是耕地中重金属含量提高，导致农产品中重金属含量提高。少量的重金属对植株的生长发育和人的健康就会有很大的影响，当其含量超过一定限度时，将会对人体产生严重的危害，因为重金属会在人的身体中富集，而且难代谢。重金属污染对生态环境的影响也很大，因此已经引起世界各国科学家的高度重视，解决这个问题已迫在眉睫[4]。每年都有大量废水排到黄河中，对黄河水造成污染，而包头市农民引黄河水浇灌，使得农田土壤中的重金属逐年累积[5]。农田土壤中的重金属可通过高粱等农作物进入人体并影响健康[6]。因此，选择高粱作为研究对象评价当地人群饮食的健康风险，对保护当地的农业环境和保障居民饮食健康具有极其重要的意义。选取黄河包头段地区的高粱进行研究，分析高粱中重金属的来源，使用电感耦合等离子体辐射光谱仪（ICP-OES）测定元素含量，并采用每周可耐受摄入量（Provisional Tolerable Weekly Intake，PTWI）评估其食用安全性，为黄河湿地周边农田重金属防治提供基础资料。

1 材料与方法

1.1 选材介绍

重金属通过土壤-农作物-人的方式遷移至人体内，农作物是重金属进入人体的重要途径，因此农作物的重金属含量直接影响居民的身体健康。高粱是禾本科一年生草本植物，秆较粗壮，直立，基部节上有支撑根；叶鞘无毛或稍有白粉，叶舌硬膜质，先端圆，边缘有纤毛；圆锥花序疏松，主轴裸露，总梗直立或微弯曲。高粱喜温、喜光，并且有一定的耐高温特性。高粱可以用来酿酒，以曲类、酒母为糖化发酵剂，经蒸煮、糖化、发酵、酿造可制成高粱酒，而原产地高粱的品质将直接影响其系列酒的品质。高粱中Cd、Pd等重金属含量超过国家食品限量标准时，将对酒质量产生很大影响，酒中Cu、Zn等元素含量较高，会影响酒的口感，甚至不宜饮用，如当铜离子大量进入酒中会引起铜破败病，使酒产生浑浊或沉淀等现象。

1.2 样品处理

高粱样品用蒸馏水清洗干净，75 ℃下烘干至恒重。取出后，保存于密封袋中备用。接着用10 mL移液管移取酸，120 ℃加热30 min，140 ℃加热30 min，160 ℃加热1 h，加热过程要随时震荡消解管，消解至淡绿色，清澈透明。先取10 mL的冷藏管编号（测样元素，地点-样品-编号，时间），另加一组冷藏管编号，用来装过滤后的样品溶液。

称取2.5 g硫脲、1.5 g抗坏血酸，溶解后容量瓶定容至50 mL。待消解后的溶液冷却后，将样品倒入冷藏管。消解管用5%HCl润洗3次，加入1 mL硫脲抗坏血酸溶液，用5%HCl定容至10 mL。

将以上样品装入密封袋中，写好标签备用。将烘烤后的试样用研钵研磨至粉末状，装入干净的样品袋中称重并标记。称取0.2 g（精确到0.000 1 g），转移到消解管中，加入12 mL混合酸（HNO3与HClO4的体积比为3∶1），进行消解。消解至0.5 mL后用2%的硝酸定容至10 mL后待测[7]。

1.3 样品分析

使用电感耦合等离子体辐射光谱仪（ICP-OES）对样品中的As、Cd、Cu、Pb、Cr含量进行测定。

1.4 数据分析

根据高粱重金属含量及我国居民每周高粱产品消费量，计算成人每周实际重金属摄入量，并与PTWI值比较，评价其食用安全性。计算公式为

AWI=Cn×Wc（1）

式中：AWI为成人每周摄入的重金属含量，mg；Cn为高粱中重金属的含量，mg·kg-1；Wc为人均每周高粱产品消费量，kg。根据中国疾病预防控制中心营养与健康所研究，成年人粗杂粮的每日摄入量为0.099 75 kg。PTWI值的计算公式为

PTWI（成人）=PTWI×成人体质量（2）

式中：PTWI为污染物的每周可耐受摄入量，mg·kg-1，Cu、Pb、Cd、Cr、As的数值分别为3.500 0、0.025 0、0.007 0、0.006 7、0.007 0 mg·kg-1；PTWI（成人）为成人的每周可耐受摄入量，mg；成人体质量以70 kg计。采用AWI占PTWI（成人）的百分比对高粱进行食用安全性评估，占比越高，食用安全性就越低[8]。

2 结果与分析

2.1 重金属含量

如表1所示，包头市周边地区种植的高粱中5种重金属含量平均值均小于《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2022）规定的最低限量。高粱中Cd和Cr的含量远远低于限量，Pb和As的含量均超过限量的40%，说明高粱中Pb、As含量相对较高。

2.2 高粱中重金属食用安全性评价

高粱中重金属食用安全性评价如表2所示。假定每日摄入的杂粮产品全部为高粱，Cu、Pb、Cr的AWI占PTWI（成人）比例较小，均小于10%，食用安全性较高，风险较小。As的AWI占PTWI（成人）比例为31.347%，食用安全性较低。

3 结论与讨论

高粱中5种重金属含量平均值均低于《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2022）规定的最低限量，其中Cd和Cr的含量远低于国家标准限量，Pb和As的含量超过国家标准限量的40%。高粱中Pb、As含量相对较高，间接表明包头市周边农田、灌溉水、空气中Pb、As污染相对较重。高粱中Cu、Pb、Cd、Cr、As的AWI占PTWI（成人）的比例分别为0.026%、3.589%、14.245%、2.985%、31.347%，其中Cu、Pb、Cr食用安全性较高，风险较小，As的食用安全性较低。据调查，耕地重金属污染严重的主要原因在于施肥方式不合理，未能根据当地实际情况科学施肥。因此，必须结合当地的农业基础设施，积极推广重金属拦截阻断技术，向种植户普及如何合理施用化肥和农药，在提高肥料利用率的同时，减少肥料的施用量，从而确保土地的污染程度在土壤自我净化能力的可控范围内。

包头市工业的快速发展，造成重金属污染问题加剧。特别是在河流、土壤中，重金属残留量明显增加，直接影响了农产品的品质。农产品的生长发育与其所处的环境关系密切，高粱中的重金属大部分来源于其生长环境，而生长环境的土壤重金属大部分来自成土母质、矿山开采、煤油提炼，以及未经处理的工业废物排放、农药使用和交通污染[9]。为应对这一问题，需要采取一系列防范与管理措施。1）划出农田警戒线，严禁在农田周围修建会大量产生污染物的工厂。2）引导农户将蔬菜和粮食基地建在大中城市郊区，避免在工矿企业周边种植。3）鼓励农户使用生物农药，禁止使用含有重金属的肥料、农药，以及受污染的水源灌溉农作物。4）针对被污染的土地，可以通过调节土壤的pH值，施用可以改善土壤质量的添加剂，或者通过轮作和间作的方式来减少重金屬含量。5）从科学摄入的角度，合理选择和食用农产品，以预防和控制重金属摄入带来的健康风险。

参考文献：

[1] 张花娟.包头市不同功能区土壤重金属分布特征及污染评价[D].包头：内蒙古科技大学，2015.

[2] 袁庆虹，何作顺.重金属迁移及其对农作物影响的研究进展[J].职业与健康，2009，25（24）：2808-2810.

[3] 刘金霞.我国农作物的重金属污染及防治对策[J].农村实用技术，2020（7）：75-76.

[4] 钱雯婕，袁青锋，王妙星，等.重金属污染对农作物的影响及应对措施[J].现代农业科技，2013（15）：247.

[5] SI W ， LIU J ， CAI L ，et al.Health risks of metals in contaminated farmland soils and spring wheat irrigated with Yellow River Water in Baotou， China[J].etin of mental ination and ogy，2015，94（2）：214–219.

[6] 刘白林.甘肃白银东大沟流域农田土壤重金属污染现状及其在土壤—作物—人体系统中的迁移转化规律[D].兰州：兰州大学，2017.

[7] 傅红梅，何威.原子荧光技术在农产品重金属检测中的作用分析[J].农业与技术，2021，41（4）：63-65.

[8] 杜冰，孙鲁闽，郝文博，等.台海浅滩渔场不同水产品中重金属含量与暴露风险评价[J].农业环境科学学报，2016，35（11）：2049-2058.

[9] 陈梦静，李艳，徐凯，等.农产品中重金属的来源及对策[J].甘肃农业，2019（3）：45-46.

（责任编辑：张春雨）

收稿日期：2024-03-11

基金项目：内蒙古自治区研究生科研创新项目（S20210178Z）；包头师范学院黄河流域生态保护和高质量发展研究院科研项目（BSYHY202216）；鄂尔多斯遗鸥国家级自然保护区生境变化对遗鸥影响及湿地恢复成效评估项目（30437020）；包头师范学院支持地方经济发展项目（2018-10）。

作者简介：罗玉梅（2003—），在读本科生。

*为通信作者，E-mail：996581081@qq.com。