福建省宁化县稻米镉含量调查及健康风险评估

福建省宁化县稻米镉含量调查及健康风险评估
作者：黄锐敏欧阳辉吴俊刘兰英傅建炜
来源：《福建农业科技》2020年第05期
摘要：2018年在福建省三明市寧化县所辖16个乡镇共采集水稻样品120份，对稻米样品中的镉污染状况进行调查;结合我国居民大米消费量数据，采用基于Monte-Carlo模拟的概率模型法，对宁化县范围内水稻中镉的膳食暴露风险进行评估。

结果表明：宁化县水稻镉含量均值为0.0685 mg·kg-1，稻米样品总体镉污染程度很轻;参考美国环境保护署的化学污染物健康风险评估模型进行评估，结果表明不同消费人群对稻谷Cd的暴露水平总体呈现低龄高于高龄的特点，稻谷Cd暴露水平相对较高的是11岁以下人群（2～11岁）;消费人群食用宁化县种植水稻引起的镉暴露水平较低，风险较小。

关键词：水稻;镉;重金属污染;膳食暴露;风险评估
中图分类号：S511文献标志码：A文章编号：0253-2301（2020）05-0030-07
Abstract： In 2018， 120 rice samples were collected from 16 townships under the jurisdiction of Ninghua County in Sanming City of Fujian Province， in order to to investigate the cadmium
pollution in the rice samples. Based on the data of rice consumption in China， the probability model based on Monte Carlo simulation was used to evaluate the dietary exposure risk of cadmium in rice in Ninghua County. The results showed that the average cadmium content of rice in Ninghua County was 0.0685 mg·kg-1， and the cadmium pollution degree of the rice samples was very light. Based on the health risk assessment model of chemical pollutants from the United States Environmental Protection Agency， the assessment was carried out， and the results showed that the exposure level of cadmium in rice of different consumer groups was generally characterized by the fact that the younger age group was higher than the older age group， and the relatively high exposure level of cadmium in rice existed in the group under the age of 11（2-11 years old）. The level of cadmium exposure caused by the rice grown in Ninghua County was low and the risk was small.
Key words： Rice; Cadmium; Heavy metal pollution; Dietary exposure; Risk assessment
随着经济的迅速发展，相对应而来的重金属污染也随之普遍[1]。

重金属一般是指密度大于4.5 g·cm-3的金属，不能被土壤中的微生物所分解，因而会在土壤中不断积累，影响土壤性质[2]。

镉是生物体非必须且毒害性极强的重金属元素，在生态系统中具有极强的迁移能力，在人类活动影响下，随着金属冶炼、电镀工业、废弃物处置、肥料施用、化石燃料燃烧、大气沉降等过程进入水体和土壤中[3-5]。

土壤中的镉经过植物吸收、积累，通过作物可食部进入食物链进而直接或间接地积累在人体中，危害人体健康[6-7]。

镉进入水稻体内后，影响线粒体及叶绿体的功能[8-9]，抑制叶肉细胞的生长，降低叶中叶绿素的含量，最终导致叶片光合作用率下降[10-11]。

镉在水稻中的含量状况及其对人体的健康风险已受到国内外研究者的广泛关注[12-15]。

水稻是我国最主要的粮食作物，其质量安全直接关系到国家粮食安全和社会稳定。

水稻是福建省宁化县粮食生产上面积最大、产量最高、处于举足轻重地位的重要农作物。

为了提升宁化县水稻质量安全水平，结合宁化县农业生产实际情况，本研究对宁化县水稻镉的污染情况开展调查，研究不同区域水稻镉的污染水平与特点，并利用基于Monte-Carlo模拟的概率模型法对水稻中的镉进行膳食暴露评估，了解由此带来的人体健康风险，为进一步掌握宁化县水稻镉含量水平以及安全风险提供科学依据。

1材料与方法
1.1仪器和试剂
电感耦合等离子质谱仪：ICPMS2030型，日本岛津公司;微波消解仪：TOPEX型，上海屹尧仪器科技发展有限公司;可调式电热板：GT400型，上海屹尧仪器科技发展有限公司;试验用水纯水仪：Millipore DrectQ3型，苏州赛恩斯仪器有限公司;试验用水为 MilliQ 超纯水（ 18.2 MΩ ·cm）;硝酸（65%，优级纯，西陇化工）、过氧化氢（30%，优级纯，阿拉丁）;单元素标
准溶液：镉（GBW08612），溶度为1000 mg·L-1，购自于国家标准物质中心;大米粉成分分析标准物质[GBW（E）100353]。

1.2样品采集与处理
2018年在福建省宁化县所辖16个乡镇共采集水稻样品120份。

充分考虑水稻种植面积与分布，在水稻种植主产区河龙乡等3个乡镇共安排采样点（行政村）11～13个，在湖村镇等5个乡镇各安排采样点（行政村）8～9个，在石壁镇等6个乡镇各安排采样点（行政村）6～7个，在方田乡等2个乡镇各安排采样点（行政村）3个，采样点均匀分布，每个行政村抽取连片2 hm2左右的田块1片。

水稻收获时，在连片2 hm2左右的田块，依据梅花形取样法，将每块稻田分割成5小块，然后在分割后的每小块上，避开田边按“S”形采样法采样，取代表性水稻3株左右，共15株混合为1个稻谷样品，每份稻谷样品重量保证在1 kg左右，装袋并贴上样品标签。

按照国家标准要求进行采样和运输，样品自然干燥后取出籽粒，然后分别在65℃下烘干8 h，磨粉后过100目筛，分别贮于聚乙烯瓶中备用。

所有样品均详细记录采样时间、采样地点等信息。

1.3样品前处理与测定
镉（Cd）的全量分析方法采用微波消解电感耦合等离子体质谱法，称取粉末状样品0.5 g （精确至 0.001 g ）到微波消解内罐中，加入5 mL硝酸溶液，放置过夜，再加入1 mL过氧化氢溶液，旋紧罐盖，按顺序将消解罐放入微波消解仪内，按照微波消解仪的标准操作步骤进行消解（消解条件见表1）。

仪器工作结束冷却后取出，缓慢打开罐盖排气，用少量水冲洗内盖，将消解罐取出并放在控温电热板上加热，直到溶液剩1～2 mL，放置架上冷却。

用纯水定容至25 mL混匀备用;同时做质控样品[大米粉成分分析标准物质GBW（E）100353]和空白试验。

微波消解条件见表1，ICPMS检测条件见表2。

该方法的检出限LOD为0.0014 mg·kg-1，定量限LOQ为0.0047 mg·kg-1，标准物质GBW（E）100353标准值为（480±20）μg·kg-1，测定值为（457.5±5.2）μg·kg-1。

1.4重金属污染评价方法
采用单因子指数法对研究区域稻谷中Cd的污染状况进行评价，具体计算公式如下：
式（1）中：Pi表示稻谷中重金属i的单因子污染指数;Ci为研究区重金属i的实测浓度，mg·kg-1;Si为重金属i的限量标准值，mg·kg-1。

当Pi≥1时，说明稻谷被重金属所污染;当Pi
1.5重金属膳食暴露风险评估方法
本研究采用基于Monte-Carlo模拟的概率模型法评估研究区域稻谷中Cd对人体引起的健康风险。

暴露评估与风险表征参照美国环境保护署（USEPA）发布的化学污染物健康风险评估模型，具体如下：
式（2）中：HQ表示风险墒;RfD为参考暴露剂量，mg·kg-1·d-1（Cd=0.001 mg·kg-1·d-
1;Pb=0.0035 mg·kg-1·d-1）。

当HQ
式（3）中：CDI表示某一重金属元素的日均暴露量，mg·kg-1·d-1;Cf为稻谷中重金属的实测浓度，mg·kg-1;EF为暴露频率350 d·年-1（USEPA，1997）;ED为暴露年限，取70年（USEPA，1997）;AT为平均接触时间，取70年（USEPA，1997）;IR为稻米日摄入量，数据来自于《中国居民营养与健康状况调查报告之二——2002膳食与营养素摄入状况》;BW为人体平均体重，数据来自于《中国居民营养与健康状况调查报告之三——2002居民体质与营养状况》[16-17]。

为区分人群特征，本研究将稻谷日摄入量和人体平均体重这2套数据进行整合，把目标人群分为20个性别年龄组（表3）。

1.6数据统计
本研究采用@risk软件对稻米中镉含量进行统计分析。

2结果与分析
2.1水稻中重金属镉含量总体情况
对研究区采集的每份水稻籽粒样品进行Cd含量测定，结果表明Cd元素的检出率达100%，Cd含量范围为0.0046～0.5760 mg·kg-1，平均值为0.0685 mg·kg-1，中位值为0.0570 mg·kg-1，通过描述性统计分析该元素在稻米中的分布情况，结果见图1。

从图1可知，研究结果与前人研究结果相似[14，18-19]，区域水稻籽粒中Cd含量数据呈右偏分布，中位值低于平均值，说明Cd含量较多分布在偏低的区间内，含量较高的数据相对较少。

稻谷Cd含量的25百分位点值、50百分位点值、75百分位点值和95百分位点值分别为0.029、0.0570、0.0940 mg·kg-1和0.1560 mg·kg-1，其中50百分位点值、75百分位点值和95百分位点值分别是25百分位点的1.97倍，3.24倍和5.38倍，在75百分位点到95百分位点值的变异度较大。

Cd含量在0.0060～0.1560 mg·kg-1的有108份样品，占总样品量的90%左右。

2.2水稻中重金属镉含量区域分布
不同乡镇的稻谷重金属含量分布状况如表4所示。

从分布稻谷中Cd含量的范围来看，顺序为：中沙乡>河龙乡>济村乡>淮土镇>治平畲族乡>水莤乡>石壁镇>安乐镇>安远镇>湖村鎮>方田乡>城南乡>曹坊镇>泉上镇>城郊乡。

依据国家标准（GB 2762-2017《食品中污染物限量标准》）对稻米中重金属Cd的限量（≤0.2 mg·kg-1）。

可以看出，研究区稻谷Cd超标出现在
河龙乡和中沙乡，最大值出现在中沙乡（0.5760 mg·kg-1）。

其中河龙乡超标点位出现在老河龙村，中沙乡超标点位主要出现在下沙村。

1.2样品采集与处理
2018年在福建省宁化县所辖16个乡镇共采集水稻样品120份。

充分考虑水稻种植面积与分布，在水稻种植主产区河龙乡等3个乡镇共安排采样点（行政村）11～13个，在湖村镇等5个乡镇各安排采样点（行政村）8～9个，在石壁镇等6个乡镇各安排采样点（行政村）6～7个，在方田乡等2个乡镇各安排采样点（行政村）3个，采样点均匀分布，每个行政村抽取连片2 hm2左右的田块1片。

水稻收获时，在连片2 hm2左右的田块，依据梅花形取样法，将每块稻田分割成5小块，然后在分割后的每小块上，避开田边按“S”形采样法采样，取代表性水稻3株左右，共15株混合为1个稻谷样品，每份稻谷样品重量保证在1 kg左右，装袋并贴上样品标签。

按照国家标准要求进行采样和运输，样品自然干燥后取出籽粒，然后分别在65℃下烘干8 h，磨粉后过100目筛，分别贮于聚乙烯瓶中备用。

所有样品均详细记录采样时间、采样地点等信息。

1.3样品前处理与测定
镉（Cd）的全量分析方法采用微波消解电感耦合等离子体质谱法，称取粉末状样品0.5 g （精确至 0.001 g ）到微波消解内罐中，加入5 mL硝酸溶液，放置过夜，再加入1 mL过氧化氢溶液，旋紧罐盖，按顺序将消解罐放入微波消解仪内，按照微波消解仪的标准操作步骤进行消解（消解条件见表1）。

仪器工作结束冷却后取出，缓慢打开罐盖排气，用少量水冲洗内盖，将消解罐取出并放在控温电热板上加热，直到溶液剩1～2 mL，放置架上冷却。

用纯水定容至25 mL混匀备用;同时做质控样品[大米粉成分分析标准物质GBW（E）100353]和空白试验。

微波消解条件见表1，ICPMS检测条件见表2。

该方法的检出限LOD为0.0014 mg·kg-1，定量限LOQ为0.0047 mg·kg-1，标准物质GBW（E）100353标准值为（480±20）μg·kg-1，测定值为（457.5±5.2）μg·kg-1。

1.4重金属污染评价方法
采用单因子指数法对研究区域稻谷中Cd的污染状况进行评价，具体计算公式如下：
式（1）中：Pi表示稻谷中重金属i的单因子污染指数;Ci为研究区重金属i的实测浓度，mg·kg-1;Si为重金属i的限量标准值，mg·kg-1。

当Pi≥1时，说明稻谷被重金属所污染;当Pi
1.5重金属膳食暴露风险评估方法
康风险。

暴露评估与风险表征参照美国环境保护署（USEPA）发布的化学污染物健康风险评估模型，具体如下：
式（2）中：HQ表示风险墒;RfD为参考暴露剂量，mg·kg-1·d-1（Cd=0.001 mg·kg-1·d-
1;Pb=0.0035 mg·kg-1·d-1）。

当HQ
式（3）中：CDI表示某一重金属元素的日均暴露量，mg·kg-1·d-1;Cf为稻谷中重金属的实测浓度，mg·kg-1;EF为暴露频率350 d·年-1（USEPA，1997）;ED为暴露年限，取70年（USEPA，1997）;AT为平均接触时间，取70年（USEPA，1997）;IR为稻米日摄入量，数据来自于《中国居民营养与健康状况调查报告之二——2002膳食与营养素摄入状况》;BW为人体平均体重，数据来自于《中国居民营养与健康状况调查报告之三——2002居民体质与营养状况》[16-17]。

为区分人群特征，本研究将稻谷日摄入量和人体平均体重这2套数据进行整合，把目标人群分为20个性别年龄组（表3）。

1.6数据统计
本研究采用@risk软件对稻米中镉含量进行统计分析。

2结果与分析
2.1水稻中重金属镉含量总体情况
对研究区采集的每份水稻籽粒样品进行Cd含量测定，结果表明Cd元素的检出率达100%，Cd含量范围为0.0046～0.5760 mg·kg-1，平均值为0.0685 mg·kg-1，中位值为0.0570 mg·kg-1，通过描述性统计分析该元素在稻米中的分布情况，结果见图1。

从图1可知，研究结果与前人研究结果相似[14，18-19]，区域水稻籽粒中Cd含量数据呈右偏分布，中位值低于平均值，说明Cd含量较多分布在偏低的区间内，含量较高的数据相对较少。

稻谷Cd含量的25百分位点值、50百分位点值、75百分位点值和95百分位点值分别为0.029、0.0570、0.0940 mg·kg-1和0.1560 mg·kg-1，其中50百分位点值、75百分位点值和95百分位点值分别是25百分位点的1.97倍，3.24倍和5.38倍，在75百分位点到95百分位点值的变异度较大。

Cd含量在0.0060～0.1560 mg·kg-1的有108份样品，占总样品量的90%左右。

2.2水稻中重金属镉含量区域分布
不同乡镇的稻谷重金属含量分布状况如表4所示。

从分布稻谷中Cd含量的范围来看，顺序为：中沙乡>河龙乡>济村乡>淮土镇>治平畲族乡>水莤乡>石壁镇>安乐镇>安远镇>湖村镇>方田乡>城南乡>曹坊镇>泉上镇>城郊乡。

依据国家标准（GB 2762-2017《食品中污染物限量标准》）对稻米中重金属Cd的限量（≤0.2 mg·kg-1）。

可以看出，研究区稻谷Cd超标出现在
龙村，中沙鄉超标点位主要出现在下沙村。

1.2样品采集与处理
2018年在福建省宁化县所辖16个乡镇共采集水稻样品120份。

充分考虑水稻种植面积与分布，在水稻种植主产区河龙乡等3个乡镇共安排采样点（行政村）11～13个，在湖村镇等5个乡镇各安排采样点（行政村）8～9个，在石壁镇等6个乡镇各安排采样点（行政村）6～7个，在方田乡等2个乡镇各安排采样点（行政村）3个，采样点均匀分布，每个行政村抽取连片2 hm2左右的田塊1片。

水稻收获时，在连片2 hm2左右的田块，依据梅花形取样法，将每块稻田分割成5小块，然后在分割后的每小块上，避开田边按“S”形采样法采样，取代表性水稻3株左右，共15株混合为1个稻谷样品，每份稻谷样品重量保证在1 kg左右，装袋并贴上样品标签。

按照国家标准要求进行采样和运输，样品自然干燥后取出籽粒，然后分别在65℃下烘干8 h，磨粉后过100目筛，分别贮于聚乙烯瓶中备用。

所有样品均详细记录采样时间、采样地点等信息。

1.3样品前处理与测定
镉（Cd）的全量分析方法采用微波消解电感耦合等离子体质谱法，称取粉末状样品0.5 g （精确至 0.001 g ）到微波消解内罐中，加入5 mL硝酸溶液，放置过夜，再加入1 mL过氧化氢溶液，旋紧罐盖，按顺序将消解罐放入微波消解仪内，按照微波消解仪的标准操作步骤进行消解（消解条件见表1）。

仪器工作结束冷却后取出，缓慢打开罐盖排气，用少量水冲洗内盖，将消解罐取出并放在控温电热板上加热，直到溶液剩1～2 mL，放置架上冷却。

用纯水定容至25 mL混匀备用;同时做质控样品[大米粉成分分析标准物质GBW（E）100353]和空白试验。

微波消解条件见表1，ICPMS检测条件见表2。

该方法的检出限LOD为0.0014 mg·kg-1，定量限LOQ为0.0047 mg·kg-1，标准物质GBW（E）100353标准值为（480±20）μg·kg-1，测定值为（457.5±5.2）μg·kg-1。

1.4重金属污染评价方法
采用单因子指数法对研究区域稻谷中Cd的污染状况进行评价，具体计算公式如下：
式（1）中：Pi表示稻谷中重金属i的单因子污染指数;Ci为研究区重金属i的实测浓度，mg·kg-1;Si为重金属i的限量标准值，mg·kg-1。

当Pi≥1时，说明稻谷被重金属所污染;当Pi
1.5重金属膳食暴露风险评估方法
康风险。

暴露评估与风险表征参照美国环境保护署（USEPA）发布的化学污染物健康风险评估模型，具体如下：
式（2）中：HQ表示风险墒;RfD为参考暴露剂量，mg·kg-1·d-1（Cd=0.001 mg·kg-1·d-
1;Pb=0.0035 mg·kg-1·d-1）。

当HQ
式（3）中：CDI表示某一重金属元素的日均暴露量，mg·kg-1·d-1;Cf为稻谷中重金属的实测浓度，mg·kg-1;EF为暴露频率350 d·年-1（USEPA，1997）;ED为暴露年限，取70年（USEPA，1997）;AT为平均接触时间，取70年（USEPA，1997）;IR为稻米日摄入量，数据来自于《中国居民营养与健康状况调查报告之二——2002膳食与营养素摄入状况》;BW为人体平均体重，数据来自于《中国居民营养与健康状况调查报告之三——2002居民体质与营养状况》[16-17]。

为区分人群特征，本研究将稻谷日摄入量和人体平均体重这2套数据进行整合，把目标人群分为20个性别年龄组（表3）。

1.6数据统计
本研究采用@risk软件对稻米中镉含量进行统计分析。

2结果与分析
2.1水稻中重金属镉含量总体情况
对研究区采集的每份水稻籽粒样品进行Cd含量测定，结果表明Cd元素的检出率达100%，Cd含量范围为0.0046～0.5760 mg·kg-1，平均值为0.0685 mg·kg-1，中位值为0.0570 mg·kg-1，通过描述性统计分析该元素在稻米中的分布情况，结果见图1。

从图1可知，研究结果与前人研究结果相似[14，18-19]，区域水稻籽粒中Cd含量数据呈右偏分布，中位值低于平均值，说明Cd含量较多分布在偏低的区间内，含量较高的数据相对较少。

稻谷Cd含量的25百分位点值、50百分位点值、75百分位点值和95百分位点值分别为0.029、0.0570、0.0940 mg·kg-1和0.1560 mg·kg-1，其中50百分位点值、75百分位点值和95百分位点值分别是25百分位点的1.97倍，3.24倍和5.38倍，在75百分位点到95百分位点值的变异度较大。

Cd含量在0.0060～0.1560 mg·kg-1的有108份样品，占总样品量的90%左右。

2.2水稻中重金属镉含量区域分布
不同乡镇的稻谷重金属含量分布状况如表4所示。

从分布稻谷中Cd含量的范围来看，顺序为：中沙乡>河龙乡>济村乡>淮土镇>治平畲族乡>水莤乡>石壁镇>安乐镇>安远镇>湖村镇>方田乡>城南乡>曹坊镇>泉上镇>城郊乡。

依据国家标准（GB 2762-2017《食品中污染物限量标准》）对稻米中重金属Cd的限量（≤0.2 mg·kg-1）。

可以看出，研究区稻谷Cd超标出现在
龙村，中沙乡超标点位主要出现在下沙村。