尼日尔三角洲原油污染区农作物中金属与类金属的健康风险评估：对儿童膳食暴露的警示

《Scientific Reports》：Human health risk assessment of metals and metalloid in food crops harvested from crude oil impacted community in Niger Delta, Nigeria

本研究针对尼日尔三角洲原油污染区（Ibaa社区及管道走廊)种植的主要粮食作物（木薯、山药、芋头、水叶菜)中砷(As)、铅(Pb)、镉(Cd)、铜(Cu)、锌(Zn)的污染水平及健康风险进行评估。研究人员通过石墨炉原子吸收光谱法(GF-AAS)测定金属浓度，采用估计每日摄入量(EDI)、目标危害商(THQ)、危害指数(HI)和终身致癌风险(TLCR)模型进行风险评估。结果显示，管道走廊作物中Zn、Cu浓度显著升高，儿童通过食用芋头等作物暴露的HI值高达5.5，TLCR值(1.5×10-4)超过可接受限值(1×10-4)，表明存在明显的非致癌与致癌风险。本研究为原油污染区农产品安全监管与公共卫生干预提供了关键科学依据。

　　

在尼日尔三角洲这片被誉为“尼日利亚经济命脉”的土地上，原油开采在带来财富的同时，也埋下了深重的环境健康隐患。频繁的原油泄漏和非法炼油活动使得大量重金属和类金属污染物进入环境，并最终通过土壤-植物系统迁移至当地居民日常食用的农作物中。这些污染物包括众所周知的毒物如铅(Pb)、砷(As)、镉(Cd)，以及人体必需但过量则有害的铜(Cu)和锌(Zn)。它们具有生物累积性，长期通过膳食摄入，尤其对正处于生长发育关键期的儿童，可能造成不可逆的神经损伤、器官功能障碍，甚至增加患癌风险。那么，生长在这片受原油污染土地上的粮食蔬菜，究竟在多大程度上富集了这些有毒物质？当地居民，特别是儿童，每日通过餐桌暴露于多大的健康风险之下？为了回答这些紧迫的公共卫生问题，由Victoria Koshoffa Akinkpelumi、Orish Ebere Orisakwe等研究人员组成的研究团队在《Scientific Reports》上发表了他们的最新研究成果，对尼日尔三角洲Ibaa社区及其管道通行权(ROW)区域采集的主要粮食作物进行了系统的金属与类金属污染水平检测和人类健康风险评估。

本研究的关键技术方法主要包括：于2023年8月在研究区域采集木薯、山药、芋头、水叶菜等48份复合样本；采用硝酸-高氯酸(3:1)混合酸消解样本前处理；使用石墨炉原子吸收光谱法(GF-AAS)精确测定As、Pb、Cd、Cu、Zn的浓度；通过估计每日摄入量(EDI)、目标危害商(THQ)、危害指数(HI)和终身致癌风险(TLCR)模型进行健康风险评价。

3.1 管道通行权(ROW)区域农作物中砷和重金属的分布

研究人员发现，不同农作物对重金属的富集能力存在显著差异。在管道通行权(ROW)区域，块茎类作物（如山药和芋头）积累了更高浓度的铅(Pb)、镉(Cd)和锌(Zn)。其中，山药的铅浓度最高(0.0118 ± 0.0015 mg/kg)，而芋头的砷浓度最高(0.0030 ± 0.0009 mg/kg)。镉在芋头和山药中的浓度均为0.0027 mg/kg，但在水叶菜中未检出。铜(Cu)的分布相对均匀，在各作物间无显著差异。锌(Zn)的浓度最高，在山药中达到77.5107 ± 2.3589 mg/kg，且呈现出从水叶菜到山药逐渐递增的趋势。这表明块茎类作物更容易富集某些有毒重金属，可能与它们的生长特性和土壤接触方式有关。

3.2 Ibaa社区农作物中砷和重金属的分布

作为对照点的Ibaa社区，其农作物中重金属浓度总体低于ROW区域，但某些金属的污染仍不容忽视。木薯显示了最高的铅(Pb)和镉(Cd)浓度，分别为0.0055 ± 0.0014 mg/kg和0.0012 ± 0.0002 mg/kg。山药则含有最高的铜(Cu)和锌(Zn)浓度，分别为9.0097 ± 0.8327 mg/kg和81.4973 ± 1.3529 mg/kg。水叶菜在所有作物中各种金属浓度均最低。这一分布 pattern 提示，即使在没有直接原油污染的区域，农业生产活动（如农用化学品）也可能导致重金属在作物中的积累。

3.3 Ibaa社区与管道通行权(ROW)区域砷和重金属的对比分析

对比分析揭示了污染暴露的显著地理差异。与Ibaa社区相比，ROW区域的水叶菜和山药中铅(Pb)浓度分别激增1300%和2260%。芋头中的镉(Cd)浓度增加了1250%。砷(As)在木薯和山药中的浓度也分别增加了237.5%和300%。统计检验证实，除木薯中的铅和镉外，大多数作物在两地间的重金属浓度存在显著差异。这表明管道沿线地区的环境污染对农作物可食部位的重金属积累产生了实质性影响。

3.4 污染源解析

主成分分析(PCA)被用于追溯重金属的来源。分析提取了两个主成分，累计解释了71.67%的总方差。第一主成分(贡献率44.73%)与铅(Pb)和镉(Cd)高度相关，负载量分别为0.918和0.935，这指示其来源可能与石油活动相关的工业排放或车辆尾气等人为活动密切相关。第二主成分(贡献率26.94%)与铜(Cu)高度相关(负载量0.934)，暗示其可能来源于农业活动（如农药、杀菌剂的使用）。砷(As)和锌(Zn)在两个主成分上均有中等负载，表明它们可能具有混合来源，包括自然地质背景和人为输入。

3.5 估计每日摄入量(EDI)

估计每日摄入量(EDI)量化了人群通过食物摄入重金属的暴露水平。对于所有检测金属，儿童的单位体重每日摄入量均显著高于成人，这源于儿童较低的体重和相对较高的食物消费量。摄入水平总体呈现锌(Zn) > 铜(Cu) > 铅(Pb) > 砷(As) > 镉(Cd)的趋势。值得注意的是，从ROW区域采集的芋头，儿童锌的EDI高达8.7×10^-1 mg/kg/天，远超参考剂量(RfD 3.0×10^-1 mg/kg/天)。即使是污染较轻的Ibaa社区，山药中锌的儿童EDI也达到8.7×10^-1 mg/kg/天。这表明当地儿童通过传统主食摄入的锌可能已超过安全阈值。

3.6 目标危害商(THQ)与危害指数(HI)

目标危害商(THQ)用于评估单一金属的非致癌风险，而危害指数(HI)是各金属THQ值的加和，用于评估总非致癌风险。当THQ或HI大于1时，认为存在潜在健康风险。结果显示，对于儿童消费者，ROW区域芋头的HI值高达5.5，芋头的HI值为5.1，木薯的HI值为4.1，均远超过安全阈值。成人的HI值虽低于儿童，但芋头(3.2)、木薯(2.4)等作物的HI也超过了1。对HI贡献最大的金属是锌(Zn)和铜(Cu)，而非毒性更强的铅(Pb)或镉(Cd)。这表明必需元素的过量摄入在此地区构成了主要的非致癌健康风险。

3.7 终身致癌风险(LCR)与总终身致癌风险(TLCR)

终身致癌风险(LCR)评估长期暴露于致癌物（如砷、铅、镉）导致癌症的概率。总终身致癌风险(TLCR)是各致癌物LCR之和。美国环境保护署(USEPA)认为可接受的风险范围在1.0×10^-6至1.0×10^-4之间，超过1.0×10^-4则表明存在潜在健康关切。研究发现，儿童食用ROW区域的芋头，其TLCR值达到1.5×10^-4，超出了可接受上限。砷(As)是致癌风险的主要贡献者。这意味着当地儿童通过膳食长期暴露于砷，其终身患癌风险已升高至需要引起警惕的水平。

讨论与结论

本研究揭示了尼日尔三角洲原油污染社区一个严峻的现实：当地居民，尤其是儿童，通过日常饮食暴露于多种重金属的混合风险之中。尽管大多数单一重金属的浓度低于国际食品安全限值，但其联合效应（表现为高危害指数HI）以及砷等致癌物的累积暴露（表现为高终身致癌风险TLCR）构成了显著的长期健康威胁。一个尤为关键的发现是，锌和铜这两种人体必需微量元素，由于在作物中异常高的浓度，成为了非致癌风险的主要驱动因子。这提示在污染地区，即使是生命必需元素，当其摄入量远超生理需求时，也会成为健康的“隐形杀手”。

研究结论强调，居住在石油工业设施（如管道）附近的社区人群面临更高的健康风险。儿童由于其生理特性和饮食模式，是无可争议的高危人群。主成分分析指出的污染来源（石油活动相关的Pb、Cd污染和农业来源的Cu污染）为制定针对性的污染防控策略提供了方向。研究者强烈建议加强对污染区农产品的持续监测，推广土壤修复技术（如植物修复），并开展公众健康教育，鼓励膳食多样化以降低风险。这项研究为理解环境污染物如何通过食物链影响弱势群体的健康提供了重要的科学证据，尤其为资源匮乏但环境压力巨大的产油区公共卫生保护政策敲响了警钟。