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【热点文章推荐】四川省Y县稻谷和农田土壤中重金属含量测定及致癌风险评价

四川省Y县稻谷和农田土壤中重金属含量测定及致癌风险评价

任婷1钟文思2赵丽娇*1曾毅1

(1. 北京工业大学生命科学与生物工程学院环境与病毒肿瘤学北京市重点实验室,北京 1001242. 佐治亚理工学院化学与分子生物工程系,亚特兰大 GA 30332,美国)

摘要


  建立并优化了高分辨连续光源原子吸收光谱法(HR-CS AAS)测定稻田土壤及水稻可食用籽粒中铬(Cr)、镉(Cd)、铅(Pb)和砷(As)含量的测定方法。4种重金属的方法检出限(LOD)分别为0.025、0.011、0.012和0.006 µg/L;土壤标准品回收率98.3%~99.3%,大米粉标准物质回收率为98.4%~99.6%。应用该方法对四川省Y县稻田土壤和稻粒样品中4种重金属元素进行了定量分析,结果表明,土壤样品中重金属平均含量均小于国标农用地土壤风险筛选值,有3.7%土壤样品中Cd超标;稻粒样品中重金属含量平均值都在国标食品中污染物的限量范围内,有15%的稻粒样品中Cr含量超标。采用美国环境保护署(USEPA)建议的致癌风险模型分别对土壤和稻粒中重金属暴露进行了致癌风险评价。结果表明,稻田土壤中重金属经各种途径暴露对人类的致癌风险均在可接受范围内。稻粒中重金属经口摄入对人类的总致癌风险指数为1.48´10-3,潜在致癌风险超出可接受范围。稻谷可食用部分的经口摄入是当地居民暴露于重金属的主要途径;可能是导致当地胃癌高发病率的重要影响因素之一。

引言

     采矿、冶炼、石化、医药、纺织、微电子和造纸等工业排放的含重金属废物,以及家庭、医疗和农业生产中使用的含重金属产品都可能造成环境中的重金属污染[1,2]。环境中广泛存在的致癌性有害重金属主要包括铬(Cr)、镉(Cd)、铅(Pb)和砷(As)等元素及其化合物[3]。通过呼吸吸入、经口摄入以及皮肤接触等不同途径暴露于有害重金属,可能会使人产生呼吸系统或消化系统不适感,严重情况下会产生哮喘、咳嗽、呼吸急促、恶心、呕吐和腹泻等症状,过度的暴露可能会引起肺、胃、肝、肾和膀胱等器官的疾病[4]。长期慢性的暴露则可能诱发胃癌、肺癌以及乳腺癌等多种恶性肿瘤[5]。根据国际癌症研究机构(IARC)的分类,As和无机As化合物、CdCd化合物和Cr(VI)化合物都是有确凿证据对人类致癌的物质(1类致癌物)Pb及其无机Pb化合物是对人类可能致癌的物质(2A2B类致癌物)[6]。因此,暴露于有害重金属所产生的致癌风险是不可忽视的。随着工业化和城市化的发展,未经良好处理的工业排放物、受污染的灌溉水源,垃圾场渗透液、施用的肥料、喷洒的农药、生物降解、废物燃烧和车辆尾气排放都可能造成农田和农作物的重金属污染[7]。粮食产品的重金属污染已成为全世界关注的公共卫生和食品安全方面的严重问题。

我国四川省Y县的胃癌发病率为108.19/105,远超全国胃癌发病率的平均值30.52/105,是全国不多的几个胃癌超高发病率地区之一。胃是较早和较长时间容纳和消化食物的器官,消化液的存在使其表现为酸性环境,使得胃粘膜组织直接暴露于重金属并受到损伤。研究表明,经口摄入重金属与胃癌的发生关系密切[8]。水稻是Y县主要种植和食用的主粮农作物。对当地种植的水稻的成熟籽粒及相应庄稼根部土壤中有害重金属含量进行定量分析并对重金属暴露所产生的致癌风险进行评价具有重要意义。



结论

本文建立并优化了HR-CS AAS测定稻田土壤及水稻可食用籽粒中CrCdPbAs含量的测定方法,经回收率、LOD和标准物质验证等方法学评价确认所建方法适用于土壤和稻粒中CrCdPbAs的定量分析。对四川省Y县采集的稻田土壤和成熟稻粒样品中有害重金属含量的测定以及相应致癌风险评价结果表明:工农业生产和其他涉及重金属排放的人类活动明显影响了四川省Y县稻田土壤的重金属含量。但是,稻田土壤中重金属的暴露对人类不构成直接致癌风险,直接的致癌风险主要来自稻谷籽粒中重金属的经口摄入。总致癌风险指数TCR1.48´10-3,相当于148/105癌症发病率的高风险。考虑到这是经口摄入的暴露,以及胃部的解剖学位置和酸性环境,可以认为谷物籽粒中的有害重金属是导致当地胃癌高发的因素之一。




目录

 实验部分

1.1  主要仪器与试剂

1.2  研究区域及样品采集

根据我国农田环境监测技术规范(HJ/T 166—2004)[9]中对农田土壤采样工作的技术规范,采样布点方法使用网格采样法,确定基础采样数量和布点数量。于2019年当地稻谷成熟季节,随机选取9块相应成熟稻田地作为采样区域,使用GPS定位进行网格采样法布点。如下图所示,选取9个小正方形作为采样区,采集稻谷根部农业土壤层样本(020 cm),同时收集采样点上生长的稻谷籽粒样本。每块采样稻田收集9份水稻籽粒样本和9份相应土壤样本,共收集162份样本。


1.3  重金属含量分析方法

1.3.1  样本处理

样品预处理:将收集到的土壤样品去除可见杂质,经2 mm筛子筛分,通过4分法称取10 g左右土壤样品,置于60 电热恒温干燥箱中干燥至恒重。

1.3.2  测定条件的优化

CrCdPbAs 4种元素的石墨炉原子吸收光谱法(GFAAS)测定条件,包括灰化温度、原子化温度、基体改进剂的选择等进行了优化。得到的最优测定条件如表1所示。


1.4  重金属的富集因子

富集因子(Enrichment factor, EF)主要用于区分土壤中的重金属来源是来自自然界还是源于人类活动,并对人类行为对土壤产生的影响程度进行评估[10]

1.5 健康风险评估

本研究采用USEPA推荐的健康风险评估方法中致癌风险评估模型分别对土壤和稻谷重金属暴露的致癌风险进行评估[12, 13]。通常,土壤中的重金属进入人体主要经过食入、皮肤接触和吸入3种方式。

 结果与讨论

2.1 重金属含量分析

四川省Y县稻田所采集的稻谷籽粒样品和相应土壤样品的重金属含量统计结果见表2


2.2  致癌风险评估

土壤和稻谷中各重金属暴露的致癌风险CR和总致癌风险值TCR如表3所示。

3  结论

引用本文任婷,钟文思,赵丽娇,等. 四川省Y县稻谷和农田土壤中重金属含量测定及致癌风险评价[J]. 化学试剂, 2020, 42(9): 1073-1077.