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摘要近年来,针对蔬菜品质安全问题,许多大中城市纷纷开展蔬菜生产基地土壤环境及蔬菜中重金属风险评估分析。在对同一样品多个样本的分析过程中,大多数采用算术平均值来表征蔬菜中重金属含量,并评价其品质等级。然而,这种评价方法往往会削弱蔬菜中重金属超标样本对本品种样品的影响,特别是重金属含量最大的样品对该品种蔬菜品质的影响,因而无法正确评价其对人体健康带来的风险。以蔬菜对重金属的吸收与富集规律为基础,深入分析了蔬菜中重金属风险评估的放法及研究进展。
关键词蔬菜;重金属;风险评估
中图分类号 R151.41 文献标识码A文章编号 1007-5739(2010)08-0371-02
随着现代工业的发展,环境污染加剧,工业“三废”的排放及城市生活垃圾、污泥和含重金属的农药、化肥的不合理使用,导致蔬菜中重金属污染加剧,而蔬菜中重金属又可通过食物链进入人体危害人体健康。因此,开展蔬菜中重金属风险评估的研究,具有重要的现实意义。
1蔬菜对重金属的吸收与富集规律
随着工业的进步,汽车工业的繁荣以及含重金属的化肥、激素、农药等广泛应用,土壤中重金属含量增加,蔬菜通过根系从土壤中吸收并富集重金属,有时也可通过叶片从大气中吸收气态或尘态的Pb等重金属,使得蔬菜中重金属含量不断增加。但是蔬菜中富集重金属的量与重金属在土壤中的形态以及蔬菜自身品种是有差异的,同一种蔬菜对不同重金属元素的吸收和富集能力不同,不同种类的蔬菜对同一种重金属元素的吸收、富集能力也不同。
有研究表明,在不同蔬菜中,叶菜类对Cu、Zn、Cd、Pb的吸收富集均大于果菜类和根菜类。研究还发现,叶菜类中以苋菜、小白菜的富集作用较强,包菜较弱。楼根林等对成都土壤和几种蔬菜中重金属累积规律的研究结果显示,供试蔬菜品种一般以根部吸收富集Cd的能力最强,而叶大于茎,萝卜则叶大于根,青椒果实和豆荚中Cd的残留量少于其他部位。不同土壤中蔬菜对重金属的吸收与富集不同[1]。调查发现,不同土壤对重金属富集的顺序为:灰菜园土>红菜园土>潮菜园土,灰菜园土对重金属的吸收和化学固定作用最强。
夏增禄等对北京地区重金属在土壤中的垂直分布和迁移的研究表明,重金属进入土壤后,由于土壤的固定,不易向下迁移,多集中分布在表层。在旱作农田中,重金属一般集中分布在耕作层,向下迁移的深度大约在20~60 cm。由于无机胶体及有机胶体对阳离子的吸附、代换、络合,大部分被固定在耕作层,这就对蔬菜的生长及卫生品质带来了不利影响[2]。
土壤中Pb、Cd、Cu、Zn等重金属均以有效态和结合态形式存在。有效态重金属能被植物直接吸收,结合态则不能。一般而言,土壤重金属元素的有效含量与蔬菜中重金属元素含量之间有较好的相关性。有研究表明,蔬菜中重金属元素积累量与土壤中重金属元素的有效态百分率一致,相关系数r=0.963 7(P<0.01)。
2蔬菜中重金属的风险评估
蔬菜的重金属污染主要有Cu、Cd、Cr、Pb、Hg、As等。其污染的特性是在水体中不易被微生物降解,而且由于价态的变化,会发生各种化学反应,产生分散和富集作用。蔬菜主要是通过根系从土壤中富集重金属,也可以通过叶片从大气中吸收气态的Pb、Hg等元素。重金属元素进入人体后的主要危害是降低酶的活性,破坏人体酶的正常活动,对人体生理造成严重的影响。土壤中的重金属污染程度不同,蔬菜重金属积累也有差异,如杭州市郊区蔬菜调查发现,甘蓝中砷的含量高低差异主要与污染源的分布及垃圾的使用量有关。不同种类的蔬菜对重金属的吸收富集能力不同,一般叶菜类如菠菜、芹菜等对重金属有较强的富集能力[3]。
2.1重金属危害鉴定
重金属的危害鉴定就是确定人体暴露在重金属下,重金属对人体的有害健康效应。但是这部分研究比较困难,因为一般来说,人群的重金属暴露量不是很高,所以很少有人或政府愿意资助广泛的重金属毒性实验研究。因此,重金属危害鉴定所遵循的原则是:尽可能利用所获得的有效信息资料,来确定所需要的数据。例如对于甲基汞的危害鉴定主要就是通过3个人类流行病学研究(Faroes研究,Seyehelles研究和NewZealand研究)来进行的。1994年,在日本水仅市(居民甲基汞中毒城市)进行了大规模体检,其中神经学方面的症状很多,比如感觉迟钝和手脚颤抖等,由此确定了甲基汞的神经毒性[4]。
2.2评价剂量和效应曲线
剂量—效应关系(dose-effectrelationship)是指不同剂量的重金属在个体中引起生物学改变,推算出一种重金属剂量水平,当摄入量等于或小于这种剂量时,就不会出现可观察到的健康效应,这种以量效应来表示这种生物学改变大小之间的关系。由于重金属在体内的半衰期长,对重金属建立每周耐受量(PTWI)(有时也采用每日耐受量TDI,如有机锡),即通过剂量—效应关系曲线确定未产生有害效应的最高剂量(NOAEL)或基准剂量(BMD),考虑不确定因子,最后以NOAEL或BMD除以不确定系数(价)得出最大PTWI。血液和尿液中金属形态常作为金属的毒理学生物标志物。
2.3重金属膳食暴露量估计
重金属膳食暴露量估计主要采取总膳食研究(TDS),取样分析主要膳食来源的农产品中的重金属,获得这些农产品中重金属含量的一般水平,即以某种农产品中重金属浓度乘以该种农产品的消费量得出单项农产品所导致的重金属摄入量,最后对所有单项农产品导致的重金属摄入量进行相加。该方法估计人群摄入量的精确度取决于被分析的农产品能否作为某重金属的重要膳食来源,即该重金属是否广泛存在于该农产品中,且在该农产品中富集严重。如Cd和Pd存在于多类农产品中,而甲基汞和有机锡基本上只存在于鱼类产品中,所以对不同的重金属,TDS食品项目的规定不同。
2.4风险特征描述
农产品重金属风险特征是农产品重金属暴露评估结果和重金属PTWI或TDI相比较,综合评价农产品中该重金属的风险。例如2004年,欧洲食品安全局(EFSA)鱼和海产品中甲基汞和有机锡的风险评估结论是:一部分常吃大型肉食性鱼的人群和儿童,他们甲基汞的摄入量容易超过PTWI;鱼类、海产品中有机锡的每日暴露量是0.083μg/(kg·bw),约占TDI值的7%,但是在港口和一些船航线区域里生产的海产品和鱼,如被大量食用,则暴露量可能会超过TDI[5]。目前,农产品中Pb风险评估结论主要是1998年英国的风险评估结果:平均膳食暴露量为0.028 mg/d,处于TDI=0.025 μg/(kg·bw)范围左右。
3 农产品中重金属风险评估手段的发展
当前国内外进行综合污染指数计算最常用的方法就是内梅罗指数法。此计算公式中含有评价参数中最大的单项污染分指数,突出了污染指数最大的污染物对环境质量的影响和作用,克服了平均值法各个污染物分担的缺陷。采用内梅罗指数对同一种蔬菜不同样本的重金属含量进行表征,突出了超标样品的危害程度,符合蔬菜品质安全评价的特点,较采用算术平均值法表征的重金属含量更为准确。同时,常用于污染土壤评价的综合污染指数法也同样能有效地反映蔬菜中多种重金属对其食用安全性的影响。由于风险评估过程中所涉及到的诸多不确定性,最近,模型方法如随机模拟模型、模糊理论模型以及基于GIS技术的评估模型等被越来越多地用于风险评估中,其中随机模型仍是最常用的方法,主要是通过蒙特卡罗模拟来实现不确定性分析。进入21世纪,风险评估更加注重定量化和减小评估过程中的不确定性,所以在农产品重金属风险评估中,Monte Carlo模拟亦发挥了有效作用。其原理是利用食品消费数据和残留浓度数据,对每一个人的食品消费数据乘以所有浓度数据产生出多个摄入量的可能,消费数据都经过这样的上千次运算,得出摄入量分布曲线,曲线上分布的频率就被认为是摄入量的发生率。例如2000年美国在进行鱼类甲基汞暴露评估时就运用了Monte Carlo模拟[6];日本亦应用Montie Carlo模拟了不同大米福标准对暴露的影响[7]。
4参考文献
[1] 姚春霞,陈振楼,张菊,等.上海市浦东新区土壤及蔬菜重金属现状调查及评价[J].土壤通报,2005,36(6):884-887.
[2] 李秀兰,胡雪峰.上海郊区蔬菜重金属污染现状及累积规律研究[J].化学工程师,2005,116(5):36-38.
[3] 师荣光,赵玉杰,高怀友,等.天津市郊蔬菜重金属污染评价与特征分析[J].农业环境科学学报,2005,24(Z1):169-173.
[4] 唐书源,李传义,张鹏程,等.重庆蔬菜的重金属污染调查[J].安全与环境学报,2003,3(6):74-75.
[5] 郭朝晖,肖细元,陈同斌,等.湘江中下游农田土壤和蔬菜的重金属污染[J].地理学报,2008,63(1):3-11.
[6] 吴新民,李恋卿,潘根兴,等.南京市不同功能城區土壤中重金属Cu、Zn、Pb和Cd的污染特征[J].环境科学,2003,24(3):105-111.
[7] 张孝飞,林玉锁,俞飞,等.城市典型工业区土壤重金属污染状况研究[J].长江流域资源与环境,2005,14(4):512-515.
关键词蔬菜;重金属;风险评估
中图分类号 R151.41 文献标识码A文章编号 1007-5739(2010)08-0371-02
随着现代工业的发展,环境污染加剧,工业“三废”的排放及城市生活垃圾、污泥和含重金属的农药、化肥的不合理使用,导致蔬菜中重金属污染加剧,而蔬菜中重金属又可通过食物链进入人体危害人体健康。因此,开展蔬菜中重金属风险评估的研究,具有重要的现实意义。
1蔬菜对重金属的吸收与富集规律
随着工业的进步,汽车工业的繁荣以及含重金属的化肥、激素、农药等广泛应用,土壤中重金属含量增加,蔬菜通过根系从土壤中吸收并富集重金属,有时也可通过叶片从大气中吸收气态或尘态的Pb等重金属,使得蔬菜中重金属含量不断增加。但是蔬菜中富集重金属的量与重金属在土壤中的形态以及蔬菜自身品种是有差异的,同一种蔬菜对不同重金属元素的吸收和富集能力不同,不同种类的蔬菜对同一种重金属元素的吸收、富集能力也不同。
有研究表明,在不同蔬菜中,叶菜类对Cu、Zn、Cd、Pb的吸收富集均大于果菜类和根菜类。研究还发现,叶菜类中以苋菜、小白菜的富集作用较强,包菜较弱。楼根林等对成都土壤和几种蔬菜中重金属累积规律的研究结果显示,供试蔬菜品种一般以根部吸收富集Cd的能力最强,而叶大于茎,萝卜则叶大于根,青椒果实和豆荚中Cd的残留量少于其他部位。不同土壤中蔬菜对重金属的吸收与富集不同[1]。调查发现,不同土壤对重金属富集的顺序为:灰菜园土>红菜园土>潮菜园土,灰菜园土对重金属的吸收和化学固定作用最强。
夏增禄等对北京地区重金属在土壤中的垂直分布和迁移的研究表明,重金属进入土壤后,由于土壤的固定,不易向下迁移,多集中分布在表层。在旱作农田中,重金属一般集中分布在耕作层,向下迁移的深度大约在20~60 cm。由于无机胶体及有机胶体对阳离子的吸附、代换、络合,大部分被固定在耕作层,这就对蔬菜的生长及卫生品质带来了不利影响[2]。
土壤中Pb、Cd、Cu、Zn等重金属均以有效态和结合态形式存在。有效态重金属能被植物直接吸收,结合态则不能。一般而言,土壤重金属元素的有效含量与蔬菜中重金属元素含量之间有较好的相关性。有研究表明,蔬菜中重金属元素积累量与土壤中重金属元素的有效态百分率一致,相关系数r=0.963 7(P<0.01)。
2蔬菜中重金属的风险评估
蔬菜的重金属污染主要有Cu、Cd、Cr、Pb、Hg、As等。其污染的特性是在水体中不易被微生物降解,而且由于价态的变化,会发生各种化学反应,产生分散和富集作用。蔬菜主要是通过根系从土壤中富集重金属,也可以通过叶片从大气中吸收气态的Pb、Hg等元素。重金属元素进入人体后的主要危害是降低酶的活性,破坏人体酶的正常活动,对人体生理造成严重的影响。土壤中的重金属污染程度不同,蔬菜重金属积累也有差异,如杭州市郊区蔬菜调查发现,甘蓝中砷的含量高低差异主要与污染源的分布及垃圾的使用量有关。不同种类的蔬菜对重金属的吸收富集能力不同,一般叶菜类如菠菜、芹菜等对重金属有较强的富集能力[3]。
2.1重金属危害鉴定
重金属的危害鉴定就是确定人体暴露在重金属下,重金属对人体的有害健康效应。但是这部分研究比较困难,因为一般来说,人群的重金属暴露量不是很高,所以很少有人或政府愿意资助广泛的重金属毒性实验研究。因此,重金属危害鉴定所遵循的原则是:尽可能利用所获得的有效信息资料,来确定所需要的数据。例如对于甲基汞的危害鉴定主要就是通过3个人类流行病学研究(Faroes研究,Seyehelles研究和NewZealand研究)来进行的。1994年,在日本水仅市(居民甲基汞中毒城市)进行了大规模体检,其中神经学方面的症状很多,比如感觉迟钝和手脚颤抖等,由此确定了甲基汞的神经毒性[4]。
2.2评价剂量和效应曲线
剂量—效应关系(dose-effectrelationship)是指不同剂量的重金属在个体中引起生物学改变,推算出一种重金属剂量水平,当摄入量等于或小于这种剂量时,就不会出现可观察到的健康效应,这种以量效应来表示这种生物学改变大小之间的关系。由于重金属在体内的半衰期长,对重金属建立每周耐受量(PTWI)(有时也采用每日耐受量TDI,如有机锡),即通过剂量—效应关系曲线确定未产生有害效应的最高剂量(NOAEL)或基准剂量(BMD),考虑不确定因子,最后以NOAEL或BMD除以不确定系数(价)得出最大PTWI。血液和尿液中金属形态常作为金属的毒理学生物标志物。
2.3重金属膳食暴露量估计
重金属膳食暴露量估计主要采取总膳食研究(TDS),取样分析主要膳食来源的农产品中的重金属,获得这些农产品中重金属含量的一般水平,即以某种农产品中重金属浓度乘以该种农产品的消费量得出单项农产品所导致的重金属摄入量,最后对所有单项农产品导致的重金属摄入量进行相加。该方法估计人群摄入量的精确度取决于被分析的农产品能否作为某重金属的重要膳食来源,即该重金属是否广泛存在于该农产品中,且在该农产品中富集严重。如Cd和Pd存在于多类农产品中,而甲基汞和有机锡基本上只存在于鱼类产品中,所以对不同的重金属,TDS食品项目的规定不同。
2.4风险特征描述
农产品重金属风险特征是农产品重金属暴露评估结果和重金属PTWI或TDI相比较,综合评价农产品中该重金属的风险。例如2004年,欧洲食品安全局(EFSA)鱼和海产品中甲基汞和有机锡的风险评估结论是:一部分常吃大型肉食性鱼的人群和儿童,他们甲基汞的摄入量容易超过PTWI;鱼类、海产品中有机锡的每日暴露量是0.083μg/(kg·bw),约占TDI值的7%,但是在港口和一些船航线区域里生产的海产品和鱼,如被大量食用,则暴露量可能会超过TDI[5]。目前,农产品中Pb风险评估结论主要是1998年英国的风险评估结果:平均膳食暴露量为0.028 mg/d,处于TDI=0.025 μg/(kg·bw)范围左右。
3 农产品中重金属风险评估手段的发展
当前国内外进行综合污染指数计算最常用的方法就是内梅罗指数法。此计算公式中含有评价参数中最大的单项污染分指数,突出了污染指数最大的污染物对环境质量的影响和作用,克服了平均值法各个污染物分担的缺陷。采用内梅罗指数对同一种蔬菜不同样本的重金属含量进行表征,突出了超标样品的危害程度,符合蔬菜品质安全评价的特点,较采用算术平均值法表征的重金属含量更为准确。同时,常用于污染土壤评价的综合污染指数法也同样能有效地反映蔬菜中多种重金属对其食用安全性的影响。由于风险评估过程中所涉及到的诸多不确定性,最近,模型方法如随机模拟模型、模糊理论模型以及基于GIS技术的评估模型等被越来越多地用于风险评估中,其中随机模型仍是最常用的方法,主要是通过蒙特卡罗模拟来实现不确定性分析。进入21世纪,风险评估更加注重定量化和减小评估过程中的不确定性,所以在农产品重金属风险评估中,Monte Carlo模拟亦发挥了有效作用。其原理是利用食品消费数据和残留浓度数据,对每一个人的食品消费数据乘以所有浓度数据产生出多个摄入量的可能,消费数据都经过这样的上千次运算,得出摄入量分布曲线,曲线上分布的频率就被认为是摄入量的发生率。例如2000年美国在进行鱼类甲基汞暴露评估时就运用了Monte Carlo模拟[6];日本亦应用Montie Carlo模拟了不同大米福标准对暴露的影响[7]。
4参考文献
[1] 姚春霞,陈振楼,张菊,等.上海市浦东新区土壤及蔬菜重金属现状调查及评价[J].土壤通报,2005,36(6):884-887.
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[3] 师荣光,赵玉杰,高怀友,等.天津市郊蔬菜重金属污染评价与特征分析[J].农业环境科学学报,2005,24(Z1):169-173.
[4] 唐书源,李传义,张鹏程,等.重庆蔬菜的重金属污染调查[J].安全与环境学报,2003,3(6):74-75.
[5] 郭朝晖,肖细元,陈同斌,等.湘江中下游农田土壤和蔬菜的重金属污染[J].地理学报,2008,63(1):3-11.
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[7] 张孝飞,林玉锁,俞飞,等.城市典型工业区土壤重金属污染状况研究[J].长江流域资源与环境,2005,14(4):512-515.