凤凰单枞—土壤系统铊生物有效性及其茶叶暴露风险评估

发布时间：2017-12-02 18:19

  本文关键词：凤凰单枞—土壤系统铊生物有效性及其茶叶暴露风险评估

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【摘要】：铊是环境中对动植物及人类毒性最强的典型重金属污染物之一,对于哺乳类动物而言毒性危害甚至高于镉、铅等致癌性重金属。但由于地球化学特征的稀散特性,长期以来铊污染未能引起足够的重视。土壤作为重金属污染物的最终归宿,其危害程度不仅仅取决于重金属的总量,更主要是由重金属在土壤中的存在形态所决定的。存在形态决定了重金属在环境中的迁移转化能力,在一定程度上决定其在植物-土壤系统中的生物有效性及在食物链终端的富集水平,从而影响人类健康。重金属的生物有效性直接反映土壤重金属的污染程度,及对生态系统和人体健康的危害程度,其研究结论可为重金属污染土壤的修复和农业生产污染控制、及食品重金属暴露风险评估提供理论依据。本论文以广东潮州凤凰单枞茶树土壤、茶树树叶、成品茶叶样品为研究对象,通过建立总量、形态含量分析方法,测定样品中重金属铊的含量;分析重金属铊在植物-土壤系统中的分布及富集特征,分别以富集系数CF、土壤活性比例系数MF、活性富集系数MCF表征铊的生物有效性,并与其他重金属(铜、铅、锌、镉、铬、镍)比较得出铊生物有效性特征,同时以相关性分析验证结果置信程度;并借鉴美国EPA的风险评估模型对食用铊暴露凤凰单枞茶叶的健康风险进行评估。结合前人的研究成果,得到以下五点结论:1.以微波消解法处理生物样品、以湿法混酸消解法处理土壤样品、以改良BCR连续提取法提取土壤各形态重金属,在优化条件下以ICP-OES、ICP-MS分析样品中铊等重金属含量的分析方法:检出限满足痕量分析要求,精密度高,准确度高,结果可满足生物有效性研究。2.凤凰单枞茶树土壤铊含量范围为506~1098μg·kg-1,均值768μg·kg-1,土壤铊含量属于正常范围;所有茶树树叶中铊全部检出,新叶铊含量范围为30.1~177μg·kg-1,均值为88.6μg·kg-1;老叶铊含量范围为33.7~547μg·kg-1,均值为180μg·kg-1,茶树树叶铊含量浓度水平较高,与铊矿区表生植物叶片铊含量相当;土壤铊形态分析结果:F1酸可提取态均值10.4μg·kg-1,占比1.4%;F2可还原态均值40.2μg·kg-1,占比5.3%;F3可氧化态均值2.79μg·kg-1,占比0.4%;F4残渣态均值711μg·kg-1,占比93.0%。形态分析结果表明:茶树土壤未受外源铊污染,铊绝大部分(87.2%)存在于植物无法利用的残渣态中。3.土壤铊总量与植物铊含量没有显著相关性,以土壤总量计算得到的富集系数CF表征其生物有效性的置信度较低;凤凰单枞茶树土壤铊的活性比例系数MF范围为0.038~0.124,土壤铊的活性比例系数MF与茶树铊老叶含量在P0.05的置信水平上呈显著相关(R=0.667*),但由于MF未能体现影响生物有效性的内部因素-生物效应,土壤铊活性系数mf不能全面地表征其生物有效性;土壤中铊f1(酸可提取态)+f2(可还原态)与茶树老叶铊含量在p0.05的置信水平上呈显著相关(r=0.650*),其中f1与老叶铊含量在p0.01的置信水平上呈显著相关(r=0.712**),说明茶树老叶中铊的量与土壤中f1、f2的铊含量密切相关,尤其是f1。基于相关性分析结果,以土壤中f1、f2两态含量计算凤凰单枞茶树树叶对土壤中铊的活性富集系数mcf范围为0.83~7.29,均值为2.65。虽然不同种单枞茶树的活性富集系数差异较大,但通过对比11种凤凰单枞茶树对其他重金属的活性富集系数特征得知:铊虽然是植物生长的非必需元素,但铊mcf(2.65)只低于铜(5.09)和镍(3.60),高于锌(1.16)、镉(1.05)、铬(0.328)、铅(0.025)。表明茶树叶片铊相对土壤的活性铊部分(f1+f2)均有富集,以活性富集系数mcf表征重金属铊的生物有效性程度较高。4.土壤重金属的活性含量与茶树中该元素含量,在较高置信水平上有较显著的相关性,表明植物中重金属的含量与其在土壤中活性含量密切相关。在表征凤凰单枞茶树-土壤系统重金属的生物有效性时,活性富集系数mcf比富集系数cf,具有更高的置信程度。在比较凤凰单枞茶树-土壤系统中不同重金属的生物有效性差异时,活性富集系数mcf更优于富集系数cf和土壤活性比例系数mf。mcf可较全面地表征生物有效性,同时可以较明显区分茶树对不同重金属的富集特征。5.凤凰单枞成品茶叶中铊的含量范围20.5~197μg·kg-1,均值为78.5μg·kg-1;凤凰单枞茶叶铊的溶出率范围24.5~38.5%,均值为33.1%,溶出率较高,仅次于镍(51.9%);若按日均直接摄水量1.125l·day-1全部以茶水形式摄入、消耗茶叶10g计算:茶汤中铊的浓度范围0.045~0.404μg·l-1,均值为0.196μg·l-1高于《生活饮用水卫生标准》(gb/t5749-2006)、《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)中铊允许限值(0.1μg·l-1);借鉴了美国环保总局(u.s.epa)推荐的健康风险评价模型,对饮用铊暴露茶水的健康风险进行了评价,以产生两种铊的毒性效应的参考剂量(rfd)候选值作比较,饮用铊暴露凤凰单枞茶水产生的非致癌风险评价结果分别为:基于动物出现毛囊萎缩(hairfollicleatrophy)毒性效应:hq=0.3641,没有风险;基于人类临床观察出现秃头症(alopecia)毒性效应:hq=1.211,有低风险。但鉴于参考剂量(rfd)为候选值,评价结果存在一定不确定度。凤凰单枞茶树树叶对土壤重金属铊有较高的活性富集能力,作为茶树生长非必需元素,铊具有较高的生物有效性,高于土壤重金属污染危害潜在风险较大的镉、铅等有毒重金属。土壤作为环境污染物的最终归宿,建议对茶产区土壤重金属铊的含量进行监控。同时鉴于茶叶中铊的溶出比例较大,且对人体具有高毒性,建议对于成品茶叶中铊含量水平进行监管。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53;X820.4

【参考文献】

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本文编号：1245848