土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源，但是随着经济不断发展，工业化和城市化的进程日益加快，农田土壤和主要农产品重金属污染问题已受到人们的普遍关注^{[1, 2]}。土壤受到重金属污染主要是由于污水灌溉、农药化肥施用、采矿、冶炼、化工等工业三废的排放，使得城市和工业周边农田重金属积累，影响到农产品的安全和人体的健康^{[3, 4]}。湖南省矿产资源丰富，享有有色金属之乡的美誉。开采有色金属使得当地经济得到迅速发展，同时也对周边的农田带来一定的环境影响，导致重金属在土壤中不断积累，使当地农作物生长受到影响，也影响到居民的身体健康，土壤重金属污染越来越严重^{[5, 6, 7, 8]}。蔬菜是人们的常用食物，土壤中的重金属可以通过蔬菜进入到食物链，对人体健康造成一定的危害^{[9, 10, 11]}。研究表明，蔬菜有一定的富集重金属能力^{[12, 13, 14]}，所以蔬菜的品质直接影响人们的健康。近年来，有一些针对蔬菜品质和蔬菜中重金属含量调查评价及对人体健康风险性评估的研究报道^{[15, 16, 17, 18, 19]}，不同种类蔬菜及同一品种蔬菜的不同部位对重金属元素的富集大不相同^{[20, 21, 22]}。本研究分析湘南某矿区农田蔬菜重金属含量污染状况、评估该地区蔬菜消费带来的健康风险，主要针对农田蔬菜中Pb、Cd含量进行测定，并对不同种类蔬菜不同部位重金属含量的规律及危害进行探讨，为当地蔬菜的安全种植提供科学依据，为人们食用蔬菜提供合理建议。

研究区域位于湘南某矿区附近的一个面积大约为8—10 km²自然村(北纬25°848′，东经113°807′)，该地区重金属污染较为严重，特别是Pb、Cd污染^[23]，选取一块约0.1333公顷旱地作为实验田。在试验田中设置36个小样地，每个小样地为2 m×4 m。于2011年3—4月在36块样地中种植12种春季蔬菜(西红柿、黄瓜、南瓜、茄子、玉米、四季豆、长豆角、辣椒、苋菜、空心菜、丝瓜、苦瓜)，每种蔬菜种植重复3次，所有样方随机区组排列。春季蔬菜收获完毕后，于2011年9—10月在试验田的27块小样地中种植9种秋季蔬菜(红菜苔，香菜，生菜，白菜苔，小白菜，大白菜，大蒜，包菜，菠菜)，每种蔬菜种植重复3次，所有样方随机区组排列。由于农民提前收获，春季蔬菜中茄子和丝瓜以及秋季蔬菜中红菜苔、香菜、小白菜、大白菜均只采集到2块样地中的样品。采样是按照梅花点方式进行的，即每个土壤样方的中心点与4个角度方向的等距离点各采一个土壤样和一个蔬菜样。用取土器采集对应蔬菜的耕作层(0—20 cm)土壤样品，然后均匀混合装入样品袋里。共计采集两季蔬菜样品57个(其中春季蔬菜34个，秋季蔬菜23个)和土壤样品34个(春季蔬菜样地)。采集到的样品分别用塑料袋封装、冷藏，迅速带回实验室处理。

所有样品均于取样当日运达实验室。将蔬菜的根、茎、叶、果分开，用自来水洗去表层泥土，再用蒸馏水清洗数次，以除去表面上的农药和污染物，晾干后称鲜重；放入烘箱，在105 ℃杀青30 min，然后在70 ℃下烘干至恒重后称干重。所有蔬菜样品按不同部位用粉碎机分别粉碎，置于塑料封口袋中保存待测。土壤样品经自然风干后，剔除生物残骸、植物碎片、碎石和砾石，压碎后过100目尼龙筛，保存备用。

土壤中总Pb、Cd用王水-高氯酸消解，蔬菜植株各部位重金属总量采用硝酸-高氯酸消解^[24]。植物样品中重金属元素的浓度用石墨炉原子吸收分光光度计(日立Z-2000)测定(Pb、Cd的检测限分别为5.0 μg/L、0.1 μg/L)，土壤样品中重金属元素的浓度用火焰原子吸收分光光度计(日立Z-2000)测定(Pb、Cd的检测限分别为0.40 mg/L、0.025 mg/L)。所有样品均重复3次，同时做空白实验。土壤样品测定结果以风干重计，蔬菜样品测定结果则以鲜重计，即烘干后的蔬菜中重金属含量乘以(1-蔬菜含水率)。测定过程中用国家标准物质湖南大米(GBW-10045)和土壤(GBW(E)-070009)进行Pb和Cd分析的质量控制，回收率分别为90%—105%和90%—108%。

以食品中Pb、Cd限量卫生标准^{[25, 26]}作为蔬菜中Pb、Cd的最大允许限量(表 1)，根据不同种类蔬菜中重金属元素含量大小来评价蔬菜重金属污染程度。

为了研究居民通过食用蔬菜而带来的健康风险，结合矿区的实际情况，评价重金属污染的土壤周围居民的健康风险时，并综合前人的研究成果和已有的研究材料，通常考虑人体通过水、食物摄入和空气吸入土壤中的污染物途径，蔬菜摄入产生的重金属平均日摄入量^{[27, 28]}计算公式。计算公式如下：

CDI_蔬菜=(C×I×10³)/BW

C×I =∑(c_i×D_i×F_d)

式中,CDI_蔬菜为重金属污染物通过蔬菜进入人体的平均日摄入量 (μg kg^-1 d^-1)；C 为蔬菜重金属浓度(mg/kg)；I为接触率(kg/d)；BW为体重(kg)，按人平均体重60 kg计算；c_i为某类蔬菜的重金属平均浓度 (mg/kg)；D_i为每日对某类蔬菜的食用量(kg)，在中国人均蔬菜的日食用量为0.3 kg/d^[29]；F_d为蔬菜鲜重折算为干重的比例，按0.1计算^[30]。

根据美国环保局(USEPA United States Environmental Protection Agency)^[31]和世界卫生组织(WHO,World Health Organization)^[32]推荐评价有毒污染物的参考暴露剂量RfD，Pb、Cd的RfD分别为3.5、1.0 μg kg^-1 d^-1，以HQ_蔬菜表征由蔬菜摄入引起的重金属暴露风险指数。HQ_蔬菜的计算公式如下：

HQ_蔬菜=CDI_蔬菜 RfD

式中,HQ为发生某种特定有害健康效应而造成等效死亡的终身危险度；RfD为化学污染物在某种暴露途径下的日参考计量(μg kg^-1 d^-1)。如果HQ_蔬菜值小于1，说明没有明显的风险；反之，如果大于或等于1，相关暴露人群就会有健康风险。

采用Excel和SPSS统计软件对数据进行相关分析和聚类分析。

由表 2中可知,各采样点(酸性)土壤中重金属Pb和Cd含量均超出我国土壤Ⅱ级标准值(GB15618—1995，pH值 < 6.5，Pb ≤ 250 mg/kg，Cd≤0.3 mg/kg；适用于一般农田和蔬菜地)，超标率达到100%，可知该地区重金属污染非常严重。根据表 1《食品中重金属卫生标准》中重金属Pb和Cd的标准限值可知，采集的57个蔬菜样品中受到重金属Pb污染的蔬菜有30个，如空心菜、苋菜、大白菜、大蒜、包菜、菠菜、香菜、生菜、小白菜、红菜苔，白菜苔和茄子；受到重金属Cd污染的蔬菜有26个，包括苋菜、空心菜、大白菜、大蒜、包菜、生菜、菠菜、香菜、小白菜、白菜苔、红菜苔和茄子。显然，当地部分蔬菜受到重金属的污染。只有苦瓜、黄瓜、玉米、丝瓜等果菜类蔬菜重金属含量未超过国家食品卫生标准。

根据对各种蔬菜可食部位Pb浓度的均值(表 2)进行层级聚类分析(图 1)，可将蔬菜分为4类：大蒜、香菜和苋菜归为Ⅰ类，其Pb浓度最高；包菜、白菜苔、大白菜、空心菜、茄子和小白菜等蔬菜的Pb浓度次之，为Ⅱ类；菠菜、生菜、红菜苔、划为Ⅲ类；四季豆、长豆角、黄瓜、丝瓜、苦瓜、南瓜、玉米、西红柿、辣椒等蔬菜Pb浓度较低，划为Ⅳ类。同理，根据蔬菜Cd浓度均值(表 2)进行层级聚类分析(图 1)，可将蔬菜分为3类：大蒜和苋菜归为Ⅰ类，香菜为Ⅱ类，大白菜、生菜、菠菜、小白菜、白菜苔、红菜苔、四季豆、长豆角、黄瓜、丝瓜、苦瓜、南瓜、玉米、西红柿、辣椒、茄子等划为Ⅲ类。由此可知，在矿区种植蔬菜时应选择重金属Pb和Cd浓度较低的蔬菜品种，比如长豆角、四季豆、丝瓜、玉米、黄瓜、辣椒等果菜类蔬菜，即使是在重金属Pb和Cd浓度相对较高的土壤上种植这些蔬菜，其可食部位也没有超标。

如表 3可知，叶菜类蔬菜中根和茎叶部位Pb含量范围分别为3.18—28.47、0.42—5.03 mg/kg，平均含量分别为11.73、1.41 mg/kg；Cd含量范围分别为0.08—5.95、0.04—2.92 mg/kg，平均含量分别为1.58、0.79 mg/kg。果菜类蔬菜中根、茎、叶、果部位Pb含量分别为2.71—13.88、0.22—2.02、0.02—4.77、NG—0.43，平均含量分别为6.36、0.86、1.30、0.10；Cd含量范围分别为0.09—1.37、0.04—0.32、0.01— 0.86、0.0003—0.29 mg/kg，平均含量分别为0.56、0.19、0. 09、0.04 mg/kg。显然，同种蔬菜不同部位重金属含量不同。综上所述，蔬菜中重金属含量顺序一般是根>茎>叶>果，或者根>叶>茎>果。

图 1 基于不同蔬菜重金属Pb和Cd浓度均值的聚类分析结果 Fig. 1 Cluster analysis based on mean concentrations of Pb and Cd in different vegetables

图选项

不同蔬菜中同种重金属含量也不同。蔬菜可食部位重金属Pb、Cd含量顺序为叶菜类>果菜类，叶菜类更容易富集重金属Pb、Cd，这与其他研究结果类似^[33]。

本文采用富集系数(即蔬菜可食部位中某污染物含量与土壤中该污染物含量的比值)来评价蔬菜对重金属的富集能力^{[34, 35]}。一般来说，蔬菜对重金属的富集系数越小，表明其吸收重金属的能力越差，抗土壤重金属污染的能力较强。表 4表示，蔬菜对Pb的富集系数在0—0.0084之间，对Cd的富集系数在0—0.8952之间。大蒜对Pb和Cd的富集系数最高，分别为0.0084和0.8952；黄瓜、西红柿和四季豆等果菜类的富集系数最小，几乎为0。2类蔬菜中重金属Pb、Cd富集系数的顺序相同，叶菜类>果菜类，与图 1分析结果一致。另外，2类蔬菜对重金属Pb、Cd的富集能力大小依次为Cd > Pb，这与林君锋等的研究结果类似^[36]。

表 5表明，土壤中Pb与Cd，土壤中Pb与蔬菜中Pb、Cd之间均呈正相关；另外，蔬菜中重金属Pb和Cd之间存在极显著正相关性，说明它们之间具有同源关系或复合污染。此结论与朱书法等关于土壤与蔬菜中重金属Pb含量相关性的研究结果类似^[37]。

表 5表明，土壤中Pb与Cd，土壤中Pb与蔬菜中Pb、Cd之间均呈正相关；另外，蔬菜中重金属Pb和Cd之间存在极显著正相关性，说明它们之间具有同源关系或复合污染。此结论与朱书法等关于土壤与蔬菜中重金属Pb含量相关性的研究结果类似^[37]。

根据USEPA^[31]和WHO^[32]推荐的参考暴露剂量(RfD)，当人体平均日摄入量(CDI)超出RfD，即HQ_蔬菜> 1时，表明污染物可引起人体的健康风险；HQ_蔬菜值越大，表明该污染物对人体健康风险越大。表 6表示，对果菜类蔬菜而言，Pb和Cd的日摄入量(CDI)均小于USEPA的日参考暴露剂量RfD，Pb和Cd暴露风险指数分别为0.005和0.07，HQ_蔬菜< 1。对叶菜类蔬菜而言，Pb和Cd的日摄入量(CDI)均大于USEPA的日参考暴露剂量RfD，Pb和Cd暴露风险指数分别为1.70和3.73，HQ_蔬菜> 1。显然，食用叶菜类的重金属健康风险较高，食用果菜类蔬菜的重金属健康风险较低。此结果与杨胜香等关于蔬菜重金属健康风险评价的类似研究结论相同^[38]。根据本研究区域蔬菜和农田环境质量现状污染水平，重金属Pb和Cd通过蔬菜途径对当地居民带来的健康风险很高，可能给人体健康带来潜在危害。应该对研究区域居民食用的蔬菜予以关注，建议在当地种植一些食用部位Pb和Cd含量较低的果菜类蔬菜。

(1)湘南某矿区附近土壤中Pb和Cd均超出国家土壤Ⅱ级标准值，而且苋菜、空心菜、大蒜、生菜、白菜苔、红菜苔等叶菜类蔬菜中Pb和Cd含量超过国家食品卫生标准限值，叶菜类蔬菜Pb和Cd浓度高于果菜类蔬菜。建议在当地种植一些苦瓜、黄瓜、玉米、丝瓜等未超过国家食品卫生标准的果菜类蔬菜。

(2)同种蔬菜不同部位重金属含量不同，顺序一般为根>茎>叶>果，或者根>叶>茎>果。不同蔬菜同种重金属含量也不同，顺序一般为叶菜类>果菜类。

(3)2类蔬菜中Pb、Cd的富集系数顺序为：叶菜类>果菜类；其中大蒜的富集系数最大，黄瓜和玉米的最小。2类蔬菜对Pb、Cd的富集能力大小顺序为Cd > Pb。

(4)蔬菜中Pb和Cd之间存在极显著正相关性，说明它们之间具有同源关系或复合污染。

(5)通过计算蔬菜中重金属健康风险可知，叶菜类蔬菜的Pb和Cd的HQ_蔬菜值大于1，具有健康风险；而果菜类蔬菜的Pb和Cd均小于1，不存在健康风险。Pb和Cd通过叶菜类蔬菜途径对当地居民的健康风险较高。