1、南京城郊零散菜地土壤与蔬菜重金属含量及健康风险分析丁爱芳 1, 2 ，潘根兴 1*1. 南京农业大学农业资源与生态环境研究所，江苏 南京 210095；2. 南京晓庄学院，江苏 南京 210037摘要：采集南京城郊零散菜地土壤和青菜配对样品各 18 个，用原子吸收光谱仪测定了铜、锌、铅、镉的质量分数。结果表明，南京城郊零散菜地土壤中 Cu、Zn、Pb 、Cd 质量分数的变化范围分别为39.389.85、254.79 132.77、67.77 57.52、1.031.28 mg/kg；重金属质量分数在土样之间存在较大的变异性，反映了人为活动已对南京城郊土壤重金属污染产生了明显的影响。在城郊零散菜
2、地土壤上种植的青菜，其叶中 Cu、Zn 、Pb、Cd 质量分数的变化范围分别为 5.001.57、62.2116.05、5.90 3.09、0.73 0.39 mg/kg，其中 Pb、Cd 质量分数全都超过国家食品卫生标准。依据 USEPA 推荐的 RfD 值和我国居民平均食物消费结构进行计算，结果表明这些零散菜地的蔬菜重金属污染可能给食用者带来健康风险；食用其中一些污染严重的蔬菜而摄入 Pb、Cd 引起的健康风险分别高达 90.66%和 42.17%。关键词：城市化；城郊土壤；青菜；重金属；健康风险中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2003）04-0409-0
3、3在新建城区和城郊结合部存在零星、小片蔬菜地，生产自给或部分销售的蔬菜类农产品。已有的研究 13表明，城郊土壤中污染物质有积累的趋势。我们 4曾对南京市不同功能城区的土壤重金属污染进行了研究，结果表明城市商业、工业活动及人居活动对城市土壤均产生了一定程度的重金属污染；但这些零散菜地的重金属污染程度如何尚不清楚。本文随机采集了南京城郊零散菜地土壤及其上生长的青菜，测定 Cu、Zn、Pb、Cd的质量分数，并探讨重金属污染与人类摄取的健康风险的关系。1 样品的采集根据南京建城区的扩展情况，采集南京城郊零散菜地土壤，以及生长期为 3040 d 的青菜，随机采集土壤和青菜共 18 个样品。土壤采样深度为
4、015 cm，其上生长的青菜分根和叶采集。采样为3 个随机样品组成混合样品。土壤风干后磨碎，过20 目塑料筛保存备用。用四分法取部分土样进一步用玛瑙研钵研磨，过 100 目塑料筛。青菜样品用自来水冲洗、蒸馏水洗净，烘干，磨碎备用。采样点土壤性质见表 1。2 样品的处理与分析2.1 土壤与植株待测液制备土壤样品采用 HF-HClO4-HNO3消化；植株样品采用 HNO3-HClO4消化 5。2.2 重金属元素测定 选择测定 Cu、Zn、Pb、Cd 元素，待测液中重金属元素含量用原子吸收分光光谱仪（TAS-986，北京普析公司，2001）测定。以国家地球化学标准样 GBW 07603（GSV-2）
5、和 GBW 07605（GSV-4）内插法进行分析质量控制。3 结果与分析3.1 菜地土壤重金属全量的分布特征从表 2 可知，土壤中重金属含量变化很大，最高值约为最低值的 318 倍；从变异系数来看，除 Cu 元素的变异系数相对较小外，其它重金属元素均在 50%以上，镉变异系数达到 124.27%。重金属含量在土样之间存在较大的变异性反映了人为活动已对南京城郊土壤重金属污染产生了明显的影响，不同地点的重金属污染有较大的差异。城市土壤重金属污染较严重，但不同功能城表 1 供试土壤基本情况编号 pH (水提) 有机质w/(gkg-1) 侵入体 编号 pH(水提) 有机质w/(gkg-1) 侵入体1
6、 6.50 28.46 少 10 6.29 21.79 少2 6.32 29.12 少 11 6.72 30.28 少3 6.44 58.55 客土和腐熟垃圾 12 6.58 24.75 少4 6.40 29.84 少 13 6.27 21.79 少5 6.48 含大量煤渣 14 6.75 144.81 含大量河泥6 6.59 31.76 少 15 6.32 47.15 少7 6.42 29.82 建筑碎屑 16 6.45 30.52 少8 6.35 24.27 建筑碎屑 17 6.27 21.79 少9 6.12 17.03 少 18 6.50 49.27 少表 2 土壤样品重金属质量分数及
7、变异系数最低值 最高值 平均值 标准差 变异系数元素w/(mgkg-1) /%Cu 18.52 56.63 39.38 9.85 25.01Zn 81.44 591.97 254.79 132.77 52.08Pb 33.69 291.76 67.77 57.52 84.87Cd 0.32 6.01 1.03 1.28 124.27区之间存在明显的差异。污染强度以矿冶工业区最高，其次是城市中心的商业区和老工业区，风景区和市民广场污染较轻 4。与南京市不同功能城区土壤重金属含量相比，本研究表明，城郊结合部零散菜地土壤重金属污染程度比矿冶区、老居民区和商业区低，但高于风景区和市民广场。与南京农区蔬
8、菜基地土壤相比，城郊结合部零散菜地土壤中铅、镉平均质量分数分别是其的 2.5 倍和17.2 倍 6。某些零散菜地由于靠近厂矿、交通干线等污染源，土壤重金属污染十分严重。例如，与南京镀锌厂距离仅 100 m，毗邻交通干道的一块菜地，由于受工厂生产与过往车辆的影响，其土壤中锌、铅、镉质量分数分别达到 591.97 mg/kg、291.76 mg/kg、6.01 mg/kg；尤其是对人体健康影响极大的铅、镉，其质量分数分别是南京市自然土壤背景值的 11.76 倍和 31.63 倍，此类土壤已属于严重污染的土壤 7, 8。3.2 蔬菜重金属含量的比较近年来，许多城市对蔬菜基地生产的蔬菜的重金属含量进行
9、了监测，结果表明，蔬菜中重金属元素虽有一定程度的积累，但一般很少超出食品卫生标准 912。而本研究的结果显示，蔬菜中的重金属含量有较大的差异，部分已达到了较高的残留水平，有的甚至超过了食品卫生标准。表 3的数据表明了青菜叶中重金属质量分数的差别，Cu 和 Zn 质量分数最高值约为最低值的 23 倍，Cd 质量分数最高值约为最低值的 7 倍，Pb 达到15 倍；变异系数在 25%54%之间。在所有青菜样品叶中，铜质量分数都未超过国家食品卫生标准；大部分样品锌质量分数超标，但幅度小，大多在20%30%之间；所有样品铅、镉质量分数都超标，最高分别达到 12.82 mg/kg 和 1.70 mg/kg
10、，远远超过了国家食品卫生标准 13。国内外对重金属在植物体内各器官的分布已进行了大量的研究。对于大部分植物而言，根中的含量大于地上部分 14。但也有一些植物地上部分的含量大于根，例如，对镉在作物体内的蓄积研究表明，黄瓜与西红柿中的镉的含量分布为叶茎 根 果；萝卜为地上部 根 15。本研究对青菜叶和根中的重金属含量比较表明，对于Cu、Zn、Cd 而言，尽管有个别叶中的质量分数低于根中的质量分数，但从平均值来看都是叶高于根，所有青菜样品中铅质量分数都是叶高于根。这可能有两方面的原因，一方面是青菜从土壤中吸收了重金属，由于生长旺盛，有的重金属随其它营养物质被输送到地上部分；另一方面可能是富含重金属的
11、空气颗粒物落到青菜叶面上，青菜叶通过叶片气孔直接吸收了尘埃中的重金属。植物一般是通过根系从土壤中吸收重金属元素，但有研究表明有些元素还可以通过叶片从空气中吸收 1618。郑路等 16的研究表明，生长在污染空气中的蔬菜所吸收的铅，有 50%以上是通过叶片从大气中吸收的。胡勤海等 18的研究认为，重金属元素含量较高的烟尘落在蔬菜叶面上，可通过叶片组织吸收而导致重金属在蔬菜中的积累。4 零散菜地蔬菜的健康风险评价目前大部分有毒污染物的人类最大允许摄入量 RfD Reference dose, ug/(kgd)已经建立。USEPA 推荐的 Zn、Pb、Cd 的 RfD 值分别为 300 ug/(kgd
12、)、3.5 ug/(kgd)、1 ug/(kgd)19。一般情形下设重金属污染物通过土壤- 植物- 人体途径的摄取分数约为人体总实际摄入量的 50%，即取 1/2 RfD 作该摄取途径的极限。以此为依据，根据下列公式可以对南京零散菜地生产的叶菜进行健康风险评价。Q=DiCiFdiRi=(DiCiFdi)/(0.5RfD)100%式中，Q 为人类通过作物途径的污染物摄入量（mg/d） ，i 为食用作物种类， D 为每日食用量（kg/mg） ，C 为食物中污染物浓度（mg/kg DM） ，Fd为鲜质量换算为干质量的系数（其中正体 d 表示“dry ”） ，R 为食用作物而导致的污染物摄入量的贡献率
13、。根据我国平均食物消费结构，人均每年消费的蔬菜为 110 kg，则成人每天消费蔬菜 0.301 kg；这里设成人每天消耗叶菜类蔬菜为 0.150 kg，蔬菜的 Fd为 0.05。根据青菜叶重金属质量分数，计算每日食用叶菜类蔬菜对重金属摄入量的贡献率（表 4） 。表 4 的数据表明，虽然成人每日食用叶菜类蔬菜干物质量仅占日摄取作物干物质总量的表 3 青菜叶、根中重金属质量分数( 干样品)最低值 最高值 平均值 标准差元素 部位w(元素)/(mgkg -1)变异系数/%食品卫生标准 13Cu 叶 3.04 8.62 5.00 1.57 31.40 10根 0.26 7.52 2.34 1.97 8
14、4.19Zn 叶 40.54 103.13 62.21 16.05 25.80 50根 16.79 83.41 50.74 19.14 37.72Pb 叶 0.87 12.82 5.90 3.09 52.37 0.4根 0.02 2.82 1.26 0.77 61.11Cd 叶 0.25 1.70 0.73 0.39 53.42 0.1根 0.03 1.28 0.38 0.37 97.372.89%，但如果食用本研究中污染最严重的菜样则Pb、Cd 摄入量贡献率分别达到 90.66%和42.17%；在此摄入量的情况下，再加上其他方面的摄入量，很容易导致人体每日摄入量超过 RfD值，从而影响人体健
15、康。5 结论南京城郊零散菜地土壤由于受人类活动的影响，已受到不同程度的重金属污染。青菜叶中重金属积累不仅受土壤的影响，还受空气颗粒物的影响。与蔬菜基地生产的蔬菜相比，零散菜地上种植的蔬菜中的 Zn、Pb、Cd 质量分数高，尤其是Pb、Cd 质量分数大大超过国家食品卫生标准。零散菜地青菜中重金属的高质量分数可能给食用者带来健康风险。污染最严重的菜样所导致的Pb、Cd 人体摄入量贡献率分别达到 90.66%和42.17%。对位于城郊结合部的零散菜地，有关部门应加强管理。建议把此类菜地改种富集重金属能力较低的果菜类蔬菜或改种花卉。参考文献：1 马建华，张丽，李亚丽. 开封市城区土壤性质与污染的初步研
16、究J. 土壤通报，1999，30(2): 93-96.2 管东生，陈玉娟，阮国标. 广州城市及近郊土壤重金属含量特征及人类活动的影响J. 中山大学学报(自然科学版)，2001，40(4): 93-96. 3 卢瑛，龚子同，张甘霖. 南京城市土壤 Pb 的含量及其化学形态J.环境科学学报，2002，22(2): 156-160.4 吴新民，李恋卿，潘根兴, 等. 南京市不同功能城区土壤中重金属 Cu、Zn 、Pb 和 Cd 的污染特征J. 环境科学，2003，24(3): 105-111.5 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法M. 北京: 中国农业科技出版社，1999: 147-211，205-22
17、6.6 杨永岗，胡霭堂. 无公害蔬菜基地土壤中有害金属污染评价 J. 环境与健康杂志，1998，15(5): 213-214.7 中国科学院土壤背景协作组. 北京、南京地区土壤中若干元素的自然背景值J. 土壤学报，1979，16(4): 319-328.8 国家环境保护局. 中国土壤环境背景值M. 北京：中国环境科学出版社，1990: 2-3.9 许炼烽，郝兴仁，冯显湘. 城市蔬菜的重金属污染及其对策 J. 生态科学，2000，19(1): 80-85.10 梁称福，陈正法，刘明月. 蔬菜重金属污染研究进展J. 湖南农业科学，2002(4): 45-48.11 陈玉成，赵中金，孙彭寿, 等.
18、重庆市土壤蔬菜系统中重金属的分布特征及其化学调控研究J. 农业环境科学学报，2003，22(1)：44-47.12 王多加，金肇熙，钟娇娥. 深圳市永久性菜地蔬菜重金属污染状况分析J. 广东农业科学，2000(1): 20-22.13 中国标准出版社总编室. 中国国家标准汇编 S. 北京：中国标准出版社，1994：80-81.14 刘建武，李树人，申灿杰, 等. 土壤-植物系统中重金属污染及作物富集研究进展J. 河南农业大学学报，2000，34(1): 30-34.15 李国倜，崔慧纯，郭继孝, 等. 武汉市易家墩蔬菜镉污染初步研究J. 环境科学，1986，7(3): 21-24.16 郑路，
19、常江. 合肥市菜园蔬菜和土壤的铅污染调查J. 环境污染与防治，1989，11(5): 33-37.17 ZHELJAZKOV V D，NIELSEN N E. Effects of heavy metals on peppermint and cornmintJ. Plant and Soil，1996, 178(1): 59-66.18 胡勤海，叶兆杰. 蔬菜主要污染问题J. 农村生态环境，1995，11(3): 52-56.19 潘根兴，CHANG A C，PAGE A L. 土壤作物系统污染物迁移分配与食物安全的评价模型及其应用J. 应用生态学报，2002, 13（7）: 854-858
20、.Contents of heavy metals in soils and Chinese cabbages (Brassica chinensis) from some urban vegetable fields around Nanjing and the human health risksDING Ai-fang1, 2, PAN Gen-xing11. Institute of Resources, Ecosystem and Environment of Agriculture, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095,
21、China; 2. Nanjing Xiaozhuang College, Nanjing 210037, ChinaAbstract: Increasing population is facing the environmental pollution in urban area with the urbanization in China since the last two decades. However, a portion of urban people relies on the vegetables grown in local fields around city but
22、the health risks by consuming them have been hardly discussed. In this paper, 18 paired samples both of soils and Chinese cabbages grown in urban fields were sampled and the contents of Cu, Zn, Pb and Cd were digested and determined by AAS. The soil contents of Cu, Zn, Pb and Cd varied in the range
23、of 39.389.85, 254.79132.77, 67.7757.52, 1.031.28 mg/kg respectively. Whereas, the contents in leaves of Chinese cabbages were 5.001.57, 62.2116.05, 5.903.09, 0.730.39 mg/kg，with the later two elements exceeding the national hygienic limits for foods. A calculation with the RfD values recommended by
24、USEPA showed high human health risk from consuming these Chinese cabbages under a Chinese diet. The highest rate of contribution to RfD of Pb and Cd of severely polluted vegetable samples amounted to 90.66%, 42.17% respectively. Key words: urban soil; Chinese cabbages; heavy metals; health risk 表 4 食用叶菜类蔬菜对重金属摄入量的贡献率重金属元素 Zn Pb Cd贡献率 R/% 0.250.71 6.1390.66 6.0642.17
