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作为一种新出现的具有潜在毒性和致癌性的元素,锑的生物地球化学行为越来越被人们所关注。湖南锡矿山是世界唯一的超大型锑矿床,被誉为“世界锑都”。锑矿的开采和冶炼产生的“三废”使得锑及其伴生有毒重金属元素大量进入矿区及附近的环境介质,尤其是污染了锑矿区内的农田,不仅农作物减产,而且最终会损害农作物质量,进而通过土壤-作物-人体食物链威胁当地居民的身体健康。因此,开展对锡矿山锑矿区农用土壤和农作物中锑、砷及汞等重金属污染特征研究和进行农作物饮食风险评估,对当地土壤重金属污染控制和治理及提高当地居民生活质量具有十分重要的必要性和迫切性。
本文通过实地采样调查和对样品进行实验室分析,研究了湖南锡矿山锑矿区采矿区、冶炼区和尾矿区附近农用土壤的锑、砷及汞的污染状况。结果表明这三个区域八个采样点的农用土壤均受到这三种重金属元素较高浓度的污染,土壤中锑、砷及汞的浓度分别为:141.92-8733.26 mg/kg、14.95-363.19 mg/kg和0.16-5.68 mg/kg,均远高于湖南土壤中这三种元素的背景值,锑与砷的平均浓度是荷兰土壤中锑、砷最大允许含量的695和2.3倍,而锑矿区农用土壤中汞的平均含量与荷兰土壤中汞最大允许含量2.2 mg kg-1接近。在三个研究区域中,冶炼区的土壤中这三种元素的浓度均为最高,采矿区和尾矿区的依次减少。通过用地累积指数法评估锑矿区农用土壤中上述三种重金属污染程度发现,锑矿的开采和冶炼是矿区农用土壤受到重金属严重污染的根本原因,其中锑对土壤重金属污染的贡献最大。
矿区蔬菜可食用部分中锑平均含量为16.44 mg kg-1(干重),砷平均含量为2.58 mg kg-1(干重),汞平均含量为0.147 mg kg-1(干重),而玉米中的含量则分别为:0.30、0.34、0.013 mg kg-1(干重)。其中锑矿区蔬菜与玉米可食用部分中砷均超标,均受到严重的砷污染,而蔬菜的汞污染较小,玉米基本上不存在汞污染。而矿区作物可食用部分中的锑是对照区作物的68倍,因此,做为一种有毒元素,锑大量存在于蔬菜中会对长期食用者的健康造成潜在威胁。通过对各类蔬菜食用部分中这三种元素的含量分析发现这三种元素在各类蔬菜中含量分布顺序基本为:叶菜类>根茎类>豆类>瓜果类。而通过对农作物各器官中三种元素含量分布及对农作物对土壤中这三种元素生物-土壤富集因子的讨论,发现各种作物对这三种元素富集能力各不相同,而这三种元素,尤其是锑,多分布于作物的茎叶,而果实中含量较少。
在对上述农作物锑、砷及汞污染特征研究基础上,结合对矿区居民饮食习惯的调研对当地居民通过食用各类蔬菜和玉米可能引起的锑、砷、汞暴露风险进行了评估。结果发现,春夏季节食用蔬菜的锑暴露健康风险指数HQ值最大,为2.03,大于1,表明春夏季节通过食用蔬菜导致的锑人体健康风险最大;而食用各类蔬菜中叶菜类蔬菜导致的锑暴露量最大,为10.57μg/(kg体重·day),高于WHO推荐的锑的每日可耐受量(TDI)6μg/(kg体重·day)。当地居民长期食用这些高浓度锑的蔬菜尤其是叶菜类蔬菜会造成很高的健康风险,对其健康极为不利。在春夏季节通过食用蔬菜存在一定的砷健康风险(HQ值为0.97),但风险性较小;对于汞,则通过食用蔬菜基本上不威胁人体健康;食用粮食玉米引起的锑、砷及汞暴露基本上不会引起人体健康风险。