朱蘭保，盛蒂，戚曉明，杜慶才，丁艷

（蚌埠學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程系，安徽蚌埠233030）

蚌埠市水稻籽粒重金屬污染及健康風(fēng)險評價

朱蘭保，盛蒂，戚曉明，杜慶才，丁艷

（蚌埠學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程系，安徽蚌埠233030）

對蚌埠市水稻籽粒重金屬質(zhì)量比進(jìn)行測試，并采用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法以及健康風(fēng)險指數(shù)法對其污染程度和健康風(fēng)險性進(jìn)行了評價。結(jié)果表明，蚌埠市水稻籽粒中重金屬Pb、Cu、Zn、Cr、Cd、As和Hg質(zhì)量比的平均值分別為0.2073、4.5061、22.7308、0.2104、0.3057、0.0802、0.0096mg·kg-1。單因子污染指數(shù)法評價結(jié)果表明，蚌埠市水稻籽粒中重金屬Cd、Pb為輕污染，其他5種元素均為清潔水平。綜合污染指數(shù)范圍為0.23～1.84，平均值為1.18，表明水稻籽粒中重金屬污染總體情況為輕污染程度。健康風(fēng)險指數(shù)評價結(jié)果表明，蚌埠市水稻籽粒中重金屬的攝入對兒童造成的健康風(fēng)險高于成人，Cd對成人和兒童健康風(fēng)險都較高，As、Cu、Zn、Cr等對兒童健康風(fēng)險較高。

水稻籽粒，重金屬，風(fēng)險評價，蚌埠市

隨著環(huán)境污染的加劇，重金屬可通過多種渠道進(jìn)入農(nóng)田土壤，而其具有毒性大、易富集的特點，對農(nóng)產(chǎn)品安全性的影響受到社會、政府和科學(xué)界的共同關(guān)注[1-3]。重金屬在土壤和水中不能被分解，但可通過食物鏈富集于動植物體內(nèi)，引起生物體蛋白質(zhì)變性，使酶失活，還可誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)致癌因子，引起頭暈、頭痛、失眠、健忘、癌癥等癥狀，尤其對消化、泌尿、神經(jīng)系統(tǒng)破壞最為嚴(yán)重[4]。水稻是我國主要的糧食作物，它對Pb、Zn、Cu、Cd等多種重金屬有較強(qiáng)的吸收特性[5]，引起了水稻的食品安全問題。目前，我國還沒有形成一個對糧食作物重金屬污染監(jiān)測的全局體系，因此，分析和評價糧食作物重金屬污染水平，對保障人們的飲食安全，促進(jìn)食品生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。地處安徽省北部的蚌埠市，近年來城市化、工業(yè)化快速發(fā)展，人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響越來越明顯，而關(guān)于該城市谷類作物重金屬污染的研究鮮有文獻(xiàn)報道。本文分析了蚌埠市水稻籽粒中Zn、Cu、Pb、Cd、Cr、As和Hg等7種重金屬元素的質(zhì)量濃度，并對其污染程度及食用健康風(fēng)險進(jìn)行了評價，以期為蚌埠地區(qū)大米生產(chǎn)的質(zhì)量控制、農(nóng)業(yè)管理和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的安全防護(hù)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

2013年10月水稻收割之前，根據(jù)蚌埠市基本農(nóng)田分布情況，共選擇了36個采樣區(qū)，144個采樣單元，在每個采樣單元按S形多點采樣，采集4～5個點位水稻籽粒，混合均勻后裝袋，作為1個樣品，采樣量約為1kg，共采集樣品144個。

TAS-990型石墨爐原子吸收分光光度計 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；AF-640A型雙道原子熒光光譜儀 北京北分瑞利分析儀器（集團(tuán)）有限責(zé)任公司；DGT型電熱鼓風(fēng)干燥箱 合肥華德利科學(xué)器材有限公司；FA2004型電子天平 上海衡平儀器儀表廠。

1.2 樣品前處理

將所采集的樣品帶回實驗室，去殼后將籽粒用自來水沖洗，然后用去離子水沖洗，瀝去水分，平攤在干凈的塑料薄膜上，放在陰涼處、室溫自然風(fēng)干，樣品風(fēng)干后用瑪瑙研缽研磨，過0.25mm（60目）孔徑的尼龍篩，備用。整個過程無外來重金屬污染。

1.3 樣品分析與質(zhì)量控制

采用石墨爐原子吸收分光光度計測定水稻籽粒中Pb、Cu、Zn、Cr和Cd的質(zhì)量濃度，采用雙道原子熒光光譜儀測定As和Hg的質(zhì)量濃度，各元素測定方法均按照國家標(biāo)準(zhǔn)[6-12]執(zhí)行。重金屬含量測定由空白樣和加標(biāo)回收樣進(jìn)行質(zhì)量控制，加標(biāo)回收率均在90%～106%范圍內(nèi)，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均＜5%。實驗所用試劑均為優(yōu)級純，用水均為超純水，所用的器皿均在10%的硝酸中浸泡24h以上。

1.4 評價方法

1.4.1 水稻籽粒重金屬污染評價 依據(jù)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)-食品中污染物限量》（GB 2762-2012），采用單因子污染指數(shù)法[13]和綜合污染指數(shù)法[13]對水稻籽粒重金屬污染程度進(jìn)行評價。

單因子污染指數(shù)計算方法如下：

式中，Pi為某種重金屬的污染指數(shù)；Ci為重金屬的實測濃度；Si為重金屬的評價標(biāo)準(zhǔn)。

綜合污染指數(shù)法采用國內(nèi)相關(guān)研究常用的內(nèi)梅羅（Nemerow）公式計算，其兼顧了單因子污染指數(shù)平均值和最高值，突出了較重要的污染物對水稻籽粒質(zhì)量的影響，計算方法如下：

式中，P綜為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；Pi為某種重金屬的單因子指數(shù)；max（Pi）為多種重金屬單因子指數(shù)中的最大值；n為重金屬種類數(shù)。

表1 重金屬污染指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)Table.1 Classification of pollution index of heavy metals

1.4.2 農(nóng)產(chǎn)品攝入的健康風(fēng)險評價[14]對于水稻籽粒中重金屬攝入的健康風(fēng)險評價，采用臨界攝入量來評價大米的食用安全性。本研究參照US EPA暴露因子手冊，結(jié)合實地調(diào)查，確定該地區(qū)成人稻米攝入量為0.25kg·d-1，兒童稻米攝入量為0.15kg·d-1。農(nóng)產(chǎn)品攝入的健康風(fēng)險指數(shù)計算方法為：

單一重金屬健康風(fēng)險指數(shù)計算公式：

多種重金屬復(fù)合健康風(fēng)險指數(shù)計算公式：

式中，HQ為健康風(fēng)險指數(shù)；CDI為污染物經(jīng)農(nóng)產(chǎn)品攝入的平均日攝取量（mg·kg-1·d-1）；RfD為重金屬暴露參考劑量（mg·kg-1·d-1）。HQ＞1，表明該污染物可引起人體的健康風(fēng)險；HQ≤1，表明該污染物不會引起人體的健康風(fēng)險。HQ值越大表明該污染物對人體健康風(fēng)險越嚴(yán)重。

表2 水稻籽粒重金屬質(zhì)量比及分析（n=144）Table.2 Grain heavy metal mass ratios and analysis（n=144）

2 結(jié)果與討論

2.1 水稻籽粒重金屬質(zhì)量比分析

對每個水稻籽粒樣品分別進(jìn)行5次平行實驗測定其重金屬質(zhì)量比，結(jié)果見表2。從表2可知，蚌埠市水稻籽粒中重金屬Pb、Cu、Zn、Cr、Cd、As和Hg質(zhì)量比的平均值分別為0.2073、4.5061、22.7308、0.2104、0.3057、0.0802、0.0096mg·kg-1。與國家糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)相比，蚌埠市水稻籽粒中Pb、Cd的平均質(zhì)量比均高于國家標(biāo)準(zhǔn)，Cd平均質(zhì)量比為國家標(biāo)準(zhǔn)的1.53倍，Pb為國家標(biāo)準(zhǔn)的1.04倍；Cu、Zn、Cr、As和Hg質(zhì)量比均低于國家標(biāo)準(zhǔn)。從樣品重金屬質(zhì)量比的超標(biāo)率來看，Cd超標(biāo)率為13.6%，Pb超標(biāo)率為8.2%，Zn超標(biāo)率為7.7%，Cu、Cr、As和Hg在所有采樣點均不超標(biāo)。與相關(guān)研究結(jié)果[15-17]相比，蚌埠市水稻籽粒中重金屬Cd、Pb、Cr和Hg的含量均高于長江三角洲地區(qū)和浙江慈溪市水稻籽粒，Cu和As含量比其低，Zn含量相當(dāng)。與同類城市相比，蚌埠產(chǎn)水稻籽粒中Cd、Pb、Cr和Hg含量略高。

通過計算變異系數(shù)[18]可知，蚌埠市水稻籽粒中重金屬Pb、Cu、Zn、Cr、Cd、As、Hg元素的變異系數(shù)依次為22.67%、20.15%、12.56%、24.71%、15.05%、48.63%、72.92%，As和Hg為強(qiáng)變異，其他5種重金屬元素均為中等變異，說明蚌埠市水稻籽粒中As和Hg含量的空間分布差異較大，來源受人為干擾比較明顯。

2.2 水稻籽粒重金屬污染評價

根據(jù)式（1）和式（2），計算出蚌埠市水稻籽粒中7種重金屬的單因子污染指數(shù)（P）i和綜合污染指數(shù)（P綜），見表3。

表3 水稻籽粒重金屬單因子污染指數(shù)（Pi）和綜合污染指數(shù)（P綜）Table.3 Grain heavy metals single factor pollution index and comprehensive pollution index

從表3可知，所調(diào)查的蚌埠市水稻籽粒中7種重金屬單因子污染指數(shù)（Pi）平均值依次為：Cd（1.53）＞Pb（1.04）＞As（0.53）＞Hg（0.48）＞Zn（0.46）＞Cu（0.45）＞Cr（0.21）。根據(jù)重金屬污染指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)（表1）可知，水稻籽粒中Cd、Pb為輕污染，其他各元素均為清潔水平。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)（P綜）為0.23～1.84，平均值為1.18，表明蚌埠市水稻受上述7種重金屬污染總體為輕污染程度。

2.3 水稻籽粒重金屬攝入的健康風(fēng)險評價

利用式（3）分別計算該地區(qū)成人和兒童通過大米攝入重金屬的CDI值和HQ值，結(jié)果見表4。

表4 水稻籽粒重金屬攝入的健康風(fēng)險Table.4 Intake health risk of heavy metals by rice grains

由表4可知，兒童的健康風(fēng)險指數(shù)值均高于成人，分別是成人的3.85（Pb）、4.00（Cu）、3.94（Zn）、3.90（Cr）、3.92（Cd）、4.33（As）、1.97（Hg）倍，表明通過食用本地水稻籽粒攝入的重金屬對兒童造成的健康風(fēng)險顯著高于成人，而且在調(diào)查的7種重金屬元素中有5種元素會對兒童造成健康風(fēng)險，這也明顯多于成人。這可能是由于兒童身體各組織器官尚未發(fā)育完全，特別是肝腎等代謝器官的解毒、排泄功能較弱，相對于成人來說，兒童更具有健康風(fēng)險。就成人而言，重金屬Cd健康風(fēng)險指數(shù)較高，達(dá)到了1.30，會引起當(dāng)?shù)爻扇说慕】碉L(fēng)險，其他各元素每日攝入量均低于US EPA的參考暴露劑量，安全性較好。對兒童來說，重金屬Cd、As、Cu、Zn、Cr、Pb、Hg的健康風(fēng)險指數(shù)分別為5.10、4.33、1.88、1.26、1.17、1.00、0.57，除Hg、Pb外，其他5種重金屬均會對兒童引起健康風(fēng)險?？傮w來說，無論對成人還是兒童，水稻籽粒中重金屬Cd對人體的健康風(fēng)險最高，這可能與當(dāng)?shù)赝寥乐蠧d背景值較高有關(guān)。

蚌埠市水稻籽粒中7種重金屬的成人和兒童的復(fù)合健康風(fēng)險指數(shù)分別為3.94和15.31，表明兒童長期食用本地產(chǎn)水稻籽粒攝入的重金屬會對兒童的身體健康造成明顯的危害。因此，兒童不宜食用。不同重金屬對復(fù)合健康風(fēng)險的貢獻(xiàn)率存在明顯差異，但同種重金屬對成人和兒童的復(fù)合健康風(fēng)險貢獻(xiàn)率是一致的，如圖1所示。重金屬的健康風(fēng)險主要由Cd和As引起，對成人的健康風(fēng)險貢獻(xiàn)率分別為32.99%和25.38%，對兒童的健康風(fēng)險貢獻(xiàn)率分別為33.31%和28.28%，健康風(fēng)險較大。

圖1 單一重金屬對人體的復(fù)合健康風(fēng)險貢獻(xiàn)率Fig.1 Contribution ratio of single heavy metal to HQ of human body in rice grain

3 結(jié)論

3.1蚌埠市水稻籽粒中重金屬Pb、Cu、Zn、Cr、Cd、As和Hg質(zhì)量比的平均值分別為0.2073、4.5061、22.7308、0.2104、0.3057、0.0802、0.0096mg·kg-1。與國家糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)相比，蚌埠市水稻籽粒中Pb、Cd的平均質(zhì)量比均高于國家標(biāo)準(zhǔn)；Cu、Zn、Cr、As和Hg質(zhì)量比均低于國家標(biāo)準(zhǔn)。從樣品重金屬質(zhì)量比的超標(biāo)率來看，Cd超標(biāo)率為13.6%，Pb超標(biāo)率為8.2%，Zn超標(biāo)率為7.7%，Cu、Cr、As和Hg在所有采樣點均不超標(biāo)。

3.2單因子污染指數(shù)評價結(jié)果表明蚌埠市水稻籽粒中Cd、Pb為輕污染，其他5種元素均為清潔水平；綜合污染指數(shù)法評價結(jié)果表明，蚌埠市水稻籽粒受7種重金屬污染總體為輕污染程度。

3.3蚌埠市水稻籽粒攝入重金屬對兒童造成的健康風(fēng)險高于成人。重金屬Cd會引起成人的健康風(fēng)險，其他6種元素安全性較好；除Hg、Pb外，其他5種重金屬均會對兒童引起健康風(fēng)險。

3.4總體來說，無論對成人還是兒童，水稻籽粒中重金屬Cd對人體的健康風(fēng)險最高，這可能與當(dāng)?shù)赝寥乐蠧d背景值較高有關(guān)。

3.5食用蚌埠本地產(chǎn)水稻籽粒能夠?qū)和鸾】碉L(fēng)險，這應(yīng)引起相關(guān)部門的高度重視，積極采取應(yīng)對措施?？梢詮囊韵聨讉€方面來考慮：a.對受重金屬污染的農(nóng)田土壤采取適當(dāng)?shù)闹卫砗托迯?fù)，傳統(tǒng)的方法如客土換土法、吸附固定法、電化學(xué)法和生物修復(fù)技術(shù)等，以減少土壤中重金屬向農(nóng)作物的富集；b.調(diào)整地區(qū)的種植產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，在重金屬含量高的土壤上種植非食用的經(jīng)濟(jì)作物，可以種植速豐林木或花卉；c.嚴(yán)格控制含有重金屬的污廢水向農(nóng)田排放；d.加強(qiáng)植物修復(fù)技術(shù)在本地區(qū)的實驗和應(yīng)用研究。

[1]趙其國.民以食為天，食以凈為本-論江蘇省農(nóng)產(chǎn)品清潔生產(chǎn)創(chuàng)新研究[J].土壤，2005，37（1）：1-7.

[2]陳君石.食品安全需要被全面科學(xué)認(rèn)識：食品質(zhì)量安全-現(xiàn)狀與趨勢[J].食品工業(yè)科技，2007，28（6）：11.

[3]何琳，江敏，戴習(xí)林，等.養(yǎng)殖魚體中重金屬污染狀況評價[J].食品工業(yè)科技，2013，34（10）：49-52，58.

[4]余正文，楊占南，張來，等.幾種黔產(chǎn)綠茶中重金屬污染分析[J].食品工業(yè)科技，2011，32（9）：425-426，460.

[5]齊雁冰，黃標(biāo)，楊玉峰，等.蘇州市不同區(qū)域水稻籽粒重金屬積累特征與健康風(fēng)險評價[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2010，29（4）：659-665.

[6]中華人民共和國衛(wèi)生部.GB/T5009.12-2010食品中鉛的測定[S].北京：中國質(zhì)檢出版社，2010.

[7]中華人民共和國衛(wèi)生部.GB/T5009.13-2003食品中銅的測定[S].北京：中國質(zhì)檢出版社，2003.

[8]中華人民共和國衛(wèi)生部.GB/T5009.14-2003食品中鋅的測定[S].北京：中國質(zhì)檢出版社，2003.

[9]中華人民共和國衛(wèi)生部.GB/T5009.123-2003食品中鉻的測定[S].北京：中國質(zhì)檢出版社，2003.

[10]中華人民共和國衛(wèi)生部.GB/T5009.15-2003食品中鎘的測定[S].北京：中國質(zhì)檢出版社，2003.

[11]中華人民共和國衛(wèi)生部.GB/T5009.11-2003食品中總砷及無機(jī)砷的測定[S].北京：中國質(zhì)檢出版社，2003.

[12]中華人民共和國衛(wèi)生部.GB/T5009.17-2003食品中總汞及有機(jī)汞的測定[S].北京：中國質(zhì)檢出版社，2003.

[13]朱立祿，閻百興，王莉霞.前郭灌區(qū)水稻籽粒重金屬含量特征及風(fēng)險評價[J].中國環(huán)境科學(xué)，2011，31（1）：144-149.

[14]楊剛，沈飛，鐘貴江，等.西南山地鉛鋅礦區(qū)耕地土壤和谷類產(chǎn)品重金屬含量及健康風(fēng)險評價[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2011，31（9）：2014-2021.

[15]肖俊清，袁旭音，李繼洲.長江三角洲地區(qū)土壤和水稻重金屬污染特征研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（19）：10206-10208，10211.

[16]楊玉峰，黃標(biāo)，齊雁冰，等.長江三角洲典型地區(qū)水稻籽粒中重金屬含量及空間分布特征[J].土壤，2009，41（1）：42-48.

[17]沈超群，胡寅俠，蔣開杰，等.慈溪地產(chǎn)大米重金屬調(diào)查及其健康風(fēng)險評估[J].中國稻米，2013，19（3）：79-81.

[18]韓亞芬，李琦.基于模糊數(shù)學(xué)的宿州市街塵重金屬污染評價[J].光譜實驗室，2012，29（4）：2300-2305.

[19]U.S.Environment protection agency.Drinking water standards and health advisories[Z].EPA 822-B-00-001，Summer，2000.

Heavy metal pollution and health risk assessment of rice grain in Bengbu city

ZHU Lan-bao，SHENG Di，QI Xiao-ming，DU Qing-cai，DING Yan
（Department of Chemistry and Environmental Engineering，Bengbu College，Bengbu 233030，China）

The concentrations of heavy metals in rice grain collected from Bengbu were measured.The method of single factor pollution index，comprehensive pollution index and health risk index were used to assess pollution levels and health risk of heavy metals in rice grain.The results showed that the average of Pb，Cu，Zn，Cr，Cd，As and Hg element’s concentrations in rice grain were 0.2073，4.5061，22.7308，0.2104，0.3057，0.0802 and 0.0096mg·kg-1，respectively.The single factor pollution index assessment showed that Cd and Pb were above the national standards and could be categorized as light pollution.However，other elements could be regarded as clean levels.The omprehensive pollution index of heavy metals in rice grain ranged from 0.23 to 1.84，with the average of 1.18，which was considered to be in the level of light pollution.The health risk index of heavy metals in rice grain collected from Bengbu for children was higher than that for adults.Moreover，Cd had an especially high risk for children and adults，and As，Cu，Zn，Cr had an especially high risk for children.

rice grain；heavy metals；risk assessment；Bengbu city

TS201.6

A

1002-0306（2014）04-0053-04

2013－11－11

朱蘭保（1979-），男，講師，研究方向：環(huán)境質(zhì)量與安全研究。

國家自然科學(xué)基金項目（41001292）；安徽高校省級自然科學(xué)研究項目（KJ2010B106，KJ2011B088）；蚌埠學(xué)院自然科學(xué)研究項目（2010ZR03）；蚌埠學(xué)院優(yōu)秀人才計劃項目；蚌埠學(xué)院重點實驗室資助項目。