铅锌矿采选周边土壤农产品污染状况及健康风险评价

摘要 为了解铅锌矿采选活动对下游农用地土壤生态环境的影响，以贵州某铅锌矿企业采矿点、选矿厂、尾矿堆场下游农用地为研究对象，采用随机布点法分别采集研究区A区、B区土壤和农产品样品，并测定8种重金属含量，采用单因子污染指数（Pi）和内梅罗综合污染指数（PN）对研究区农用地土壤8种重金属（Pb、Cd、Ni、As、Hg、Cu、Cr、Zn）进行污染特征分析和风险评价，采用高危商（HQ）和高危指数（HI）评价水稻玉米中重金属对成人和儿童的健康风险。结果表明，该区域农用地土壤受到不同程度重金属污染，Cd重度污染，As和Zn轻度污染；研究区A区土壤重金属综合污染指数大于B区，Cd对综合污染指数的贡献最大；该区域农产品中重金属主要是Cd含量超标，水稻Cd超标率大于玉米；研究区水稻和玉米中重金属总量与土壤中重金属总量相关性不显著；摄入该区域水稻和玉米，单一重金属Cd和As对人体健康风险大，水稻对人体产生的健康影响可能性大，且对儿童的影响明显大于成人，玉米不会对人体产生健康影响。

关键词 铅锌矿采选；重金属；农产品；污染状况；健康风险

中图分类号 X53  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）17-0046-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.17.010

Pollution Status and Health Risk Assessment of Soil and Agricultural Products Around Lead-zinc Mining and Dressing

LU Shao-yin1， XU Guang-jun2， ZENG Cong-jiang1

（1.Guizhou Academy of Environmental Science and Designing，Guiyang， Guizhou 550081;2.Guizhou Ecological Environment Monitoring Center，Guiyang， Guizhou 550081）

Abstract In order to understand the impact of lead-zinc mining and processing activities on the soil ecological environment of downstream agricultural land， taking the downstream agricultural land of a lead-zinc mining enterprise in Guizhou as the research object， and the soil and agricultural products samples in A and B areas of the study area were collected by random distribution method， and the contents of eight heavy metals were determined. The pollution characteristics and risk assessment of eight heavy metals （Pb， Cd， Ni， As， Hg， Cu， Cr， Zn） in the soil of agricultural land in the study area were analyzed by single factor pollution index （Pi） method and Nemero comprehensive pollution index （PN）. High risk quotient （HQ） and high risk index （HI） were used to evaluate the health risks of heavy metals in rice and corn to adults and children.The results showed that the soil of agricultural land in this area was polluted by different degrees of heavy metals， Cd was heavily polluted， As and Zn were slightly polluted. The comprehensive pollution index of soil heavy metals in area A was greater than that in area B， and Cd contributed the most to the comprehensive pollution index. The heavy metals in agricultural products in this area were mainly Cd content exceeding the standard， and the Cd exceeding rate of rice was greater than that of corn;there was no significant correlation between the total amount of heavy metals in rice and corn and the total amount of heavy metals in soil in the study area. Intake of rice and corn in this area， single heavy metals Cd and As had a great risk to human health. Rice had a great possibility of health impact on the human body， and the impact on children was significantly greater than that on adults. Corn did not have a health impact on the human body.

Key words Lead-zinc mining;Heavy metals;Agricultural products;Pollution status;Health risk

作者简介 吕少银（1986—），男，贵州遵义人，工程师，从事土壤重金属污染防控技术研究。通信作者，工程师，硕士，从事环境监测分析研究。

收稿日期 2024-04-02；修回日期 2024-05-10

我国土壤环境质量总体状况堪忧，部分地区污染较为严重［1］。矿产资源开发利用推动经济社会发展的同时，对周边地表植被、地下水文造成破坏，而且水体、土壤也受到污染，目前矿产开发活动是周边农用地土壤受到重金属污染的主要因素之一［2-3］。采选区流域下游农用地土壤环境质量恶化［4-5］，铅锌矿石开采、转移运输，洗选活动产生尾矿中渗滤液，以及矿井涌水被认为是流域下游土壤环境中Cd等重金属的主要污染源之一［6-7］。何绪文等［8］以湖南省某铅锌矿区土壤进行采样，测定分析土壤中重金属含量并进行评价，结果表明土壤污染水平最高的是Zn，污染指数最高的是Cd。牟力等［9］对贵州省镇远县山区谷地铅锌矿区土壤进行采样，测定分析Cd、Cr、Pb、Zn、Cu这5种重金属含量并进行评价，结果表明污染程度从大到小依次为Cd＞Zn＞Pb＞Cu＞Cr，Cd属于重度污染，Zn轻度污染。马宏宏等［10］以某铅锌矿区农田土壤和作物为研究对象，运用GIS分析重金属来源和分布，结果表明土壤As、Cd、Cu、Hg、Pb、Zn受到强烈的铅锌矿冶炼等人为扰动。周鸿斌等［11］以云南沘江沿岸农田土壤为研究对象，采样分析沿岸土壤，结果表明沘江沿岸土壤受到重金属Zn、Cd污染。综上研究结果表明，对铅锌矿采选企业周边下游区域农用地土壤和农产品重金属污染状况及风险评价具有重要意义。

该研究以典型的铅锌矿开采、洗选活动较集聚区下游农用地为研究区域，对土壤、水稻、玉米中Pb、Cd、Ni、As、Hg、Cu、Cr、Zn 8种重金属含量进行采样分析，对重金属污染状况和农产品健康风险进行评价，以期为该区域农用地土壤安全利用、农作物种植结构调整和当地居民健康风险管控提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

研究区位于贵州省中部偏西北方向某铅锌矿区，该铅锌矿区是黔西北地区在早寒武系中发现较大的、典型的铅锌矿床［12］。研究区土地利用现状分类为耕地，包含水田和旱地，地表水流向为自西北向东南，是典型的山谷型，呈北部、西部、南部海拔高，东南部海拔低地貌。在研究区上游分布2个铅锌矿采矿点，采矿矿井海拔在1 270～1 290 m；1个铅锌矿选矿厂，海拔1 450 m；3个选矿弃渣尾矿库，其中尾矿库3已闭库，海拔1 423 m，另2个尾矿库海拔在1 340～1 422 m；研究区域农用地海拔在1 245～1 262 m。研究区与上游铅锌矿作业点区位分布情况如图1所示，结合实际将研究区划分为A区和B区。贯穿研究区的一溪沟是两侧水田和旱地农作物种植的主要灌溉用水。

1.2 样品采集与处理

在研究区采集常年主要栽种农产品，样品采集时间主要集中在2022—2023年，采样时针对单个小区域选择常年种植农产品相对稳定的品种进行样品采集，在每个区域随机较均匀分布采集土壤样品。依据HJ/T 166—2014和NY/T 398—2000技术规范，土壤样品每个点位采用对角线法5点混合采样，采集表层0～20 cm土壤，混合成约1 kg土壤样品；农产品采集水稻和玉米籽粒，分别混合均匀，约500 g作为一个样品。

土壤样品经自然风干、磨细过100目尼龙筛装入自封袋备用；农产品样品经烘干、脱壳或洗净、粉碎后装袋备用。

1.3 样品测试

土壤和农产品中重金属Hg、As含量采用微波消解原子荧光法测定，Pb、Cr、Cd含量采用王水提取ICP-MS（微波消解）测定，Cu、Ni、Zn含量采用原子吸收分光光度法测定。

1.4 土壤和农产品重金属污染评价方法

采集的土壤中重金属污染评价采用《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618—2018）［13］为依据，采集的农产品中重金属污染评价采用《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2022）［14］为依据，应用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法对污染状况进行评价。选用贵州省土壤环境背景值［15］作为参考质量标准。

单因子污染指数计算公式如下：

Pi=CiSi（1）

式中：Pi为单因子污染指数；Ci为土壤中重金属的实测含量；Si为土壤中重金属评价标准值，采用GB 15618—2018中pH≤5.5时农用地土壤污染风险筛选值（其他）作为限值。

内梅罗综合污染指数计算公式如下：

PN=P2i平均+P2i最大2（2）

式中：PN为内梅罗综合污染指数；Pi平均为单因子污染指数平均值；Pi最大为单因子污染指数最大值。

单因子污染指数（Pi）和内梅罗综合污染指数（PN）污染等级分级标准按照吴远航等［16］的研究进行分析。

1.5 农产品摄入的健康风险评价

摄入农产品是人体重金属最主要的暴露途径，该研究中的水稻、玉米摄入重金属健康风险采用文献提到的方法及评价模型［17-18］来进行评价，对水稻、玉米分别计算平均日摄入量（CDI）。参照相关文献［17-20］和当地百姓的饮食习惯，确定研究区成人稻米、玉米摄入量分别为334.4、150.0 g/d；青少年儿童稻米、玉米摄入量分别为150、100 g/d。

1.6 数据处理和分析

数据处理、分析和作图采用WPS Office、SPSS 27.0、Origin 22.0和ArcGIS 10.5软件。