稻谷中重金属污染的检测与风险评估

引言：

稻谷是全球重要的粮食作物之一，是许多国家和地区人们的主食。然而，近年来，由于工业“三废”排放、农业生产中不合理使用农药化肥以及污水灌溉等原因，稻谷受到重金属污染的情况愈发严重[1]。重金属如铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）、砷（As）等在稻谷中积累，不仅会影响稻谷的品质和产量，更重要的是会通过食物链进入人体，对人体健康造成潜在威胁，如损害神经系统、免疫系统、生殖系统等。准确检测稻谷中的重金属污染水平并进行科学的风险评估具有重要的现实意义。

一、稻谷中重金属污染的来源

工业生产过程中产生的废气、废水和废渣中含有大量的重金属。金属冶炼厂排放的废气中含有铅、镉等重金属，这些重金属可通过大气沉降的方式污染周边农田 [2]。工业废水若未经处理直接排放到河流、湖泊等水体中，用于灌溉农田后，重金属会在土壤中积累，进而被稻谷吸收。农业生产中使用的一些农药、化肥和农膜可能含有重金属杂质。某些磷肥中含有镉，长期大量使用会导致土壤中镉含量增加，被稻谷根系吸收 [3]。此外，一些含有重金属的农药，如有机汞农药，虽然现在已被禁止使用，但在过去的使用过程中，其残留可能仍存在于土壤中，影响稻谷生长。部分地区利用未经处理或处理不达标的污水进行农田灌溉，污水中含有的重金属如汞、砷、铅等会随着灌溉水进入土壤，被稻谷吸收积累，导致稻谷重金属污染。

二、稻谷中重金属污染的检测方法

（一）原子吸收光谱法（AAS）

原子吸收光谱法是基于气态的基态原子外层电子对紫外光和可见光范围的相对应原子共振辐射线的吸收强度来定量被测元素含量的分析方法。当光源发射的某一特征波长的光通过原子蒸气时，被原子中的外层电子选择性吸收，使透过的光强度减弱，其减弱的程度与蒸气中该元素的原子浓度成正比，通过测量吸光度即可计算出样品中该元素的含量。原子吸收光谱法具有灵敏度高、选择性好、分析速度快等优点。对于大多数重金属元素，其检测限可达 μg/L 级。缺点是一次只能测定一种元素，若要测定多种元素，需更换不同的空心阴极灯，操作相对繁琐。

（二）原子荧光光谱法（AFS）

原子荧光光谱法（AFS），作为一种在现代分析化学领域占据重要地位的光谱分析技术，其原理独特且精妙。它巧妙地介于原子发射光谱法（AES）和原子吸收光谱法（AAS）之间，通过利用原子在吸收特定波长的光能量后被激发，处于高能态的原子不稳定，随后在返回基态时会发射出荧光这一特性来进行元素分析。原子荧光光谱法具有灵敏度高、检出限低、多元素同时测定等优点。尤其对于汞、砷、硒等元素，其检测性能优异。缺点是仪器价格相对较高，对实验条件要求较为严格。常用于稻谷中汞、砷等重金属的检测。利用原子荧光光谱法可以准确测定稻谷中痕量的汞和砷，能够满足对稻谷中这些重金属的严格检测要求。

（三）电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）

电感耦合等离子体质谱法是将样品在高温等离子体中电离，然后利用质谱仪对离子进行质量分析，根据离子的质荷比和强度来确定元素的种类和含量。等离子体提供了高温环境，使样品完全电离，质谱仪则实现了对离子的高效分离和精确检测。ICP-MS 具有灵敏度极高、检测限低（可达 pg/L 级）、分析速度快、可同时测定多种元素等优点。还能够对元素的同位素进行分析，提供更丰富的信息。缺点是仪器昂贵，运行成本高，对操作人员的技术要求也较高。

三、稻谷中重金属污染的风险评估

目前常用的健康风险评估模型是基于暴露剂量的评估方法，主要包括日均

暴露剂量（ADD）和风险商值（HQ）的计算。

对于经口摄入途径，日均暴露剂量计算公式为：

其中，C 为稻谷中重金属的含量 (mg/kg) ）；IR 为日均稻谷摄入量 (kg/d) ；EF 为暴露频率（ .d/a) ）；ED 为暴露持续时间（a）；BW 为平均体重 (kg) ）；AT 为平均暴露时间（d）。

风险商值计算公式为：

其中，RfD 为参考剂量，是指人类长期暴露于该物质下，预期不产生危害的每日平均剂量。当 HQ1 时，表明风险处于可接受水平；当 HQ1 时，则表明存在潜在健康风险。

假设在某地区采集的稻谷样品中，镉含量为 0.3mg/kg 。该地区居民日均稻谷摄入量为 0.3kg/d ，暴露频率为 365d/a ，暴露持续时间为 70a ，平均体重为60kg ，镉的参考剂量RfD 为 0.001mg/kg∙d 。

首先计算日均暴露剂量（ADD）：

然后计算风险商值（HQ）：

由于 H Q=Q.51 ，表明该地区居民长期食用这种稻谷存在镉污染带来的潜在健康风险，需要进一步采取措施，如加强土壤修复、优化种植方式等，以降低稻谷中的镉含量，保障居民健康。

四、结论

稻谷中重金属污染问题严重威胁粮食安全和人体健康。准确检测稻谷中的重金属含量是评估污染状况的基础，原子吸收光谱法、原子荧光光谱法和电感耦合等离子体质谱法等为稻谷重金属检测提供了有效的技术手段。通过科学的风险评估模型，如基于日均暴露剂量和风险商值的评估方法，能够定量评估稻谷中重金属污染对人体健康的潜在风险。

参考文献：

[1] 黄奇奇 , 李丹 , 万志强 , 等 .2023 年江西省大宗饲料原料重金属污染情况调查分析 [J]. 中国饲料 ,2024,(23):407-414.DOI:10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.2024100086zk.

[2] 卓秀英 . 广东省 M 市土壤 - 水稻系统重金属污染评价 [J]. 广州化工 ,2024,52(13):112-113+132.

[3] 董振杰 . 稻虾连作土壤与水稻重金属空间变异特征与质量安全评价研究 [D]. 扬州大学 ,2024.DOI:10.27441/d.cnki.gyzdu.2024.000764.

[4] 刘淼淼 , 孙倩倩 , 张波 , 等 . 稻谷重金属检测和去除方法的研究进展[J]. 中国粮油学报 ,2022,37(12):259-268.DOI:10.20048/j.cnki.issn.1003-0174.000482.