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Ebonyi州Ishiagu和Uburu社区铅锌环境污染风险评价

*通信:

Oje OA， Ndufu Alike Ikwo联邦大学(FUNAI)科学与技术学院化学/生物化学/分子生物学系，尼日利亚，埃邦尼州，电话:+ 234-803-643-1336;电子邮件: (电子邮件保护)

摘要

这项调查旨在评估从采矿或采石地点获得的食用蔬菜所涉及的风险。从不同的农场收集了可食用蔬菜样本，并对Ishiagu和Uburu社区的土壤和水样本进行了铅锌浓度评估。生物积累因子(BAF)、转移因子(TF)和抗氧化活性健康计算风险指数作为环境风险指数。结果表明，与铅和锌的允许限量相比，蔬菜样本中的铅和锌含量更高。调查的大多数蔬菜都显示出较高的BAF和TF值，不同蔬菜的BAF和TF值不同。这种变化可能是由于水和土壤中金属浓度、植物蒸腾速率、金属的性质或化学形式以及植物的年龄的差异。的健康两种金属在两个社区的风险指数均小于1，表明环境可被认为是安全的。尽管研究表明没有健康食用来自这些环境的蔬菜会带来风险，在食用这些蔬菜时应谨慎，因为这些金属会在长时间内产生生物积累。

关键字

LULC;粮食安全;土地转换;城市扩张;生物多样性。

简介

重金属污染是当今环境学家面临的主要问题之一。的影响重金属毒性对人体的影响再怎么强调也不为过，因为它们会影响人体最重要的器官。重金属是造成环境(空气、水、土壤、植物等)污染的成分之一。[1］．这些重金属，例如铅和锌，已经被认为会导致一些健康从血液学问题到神经学问题[2］．微量的铅对身体有害，因为它几乎可以影响身体的所有器官。它同时诱导小细胞和低色素贫血［3.］．根据Zenz [4),贫血可能是由于几个因素，其中包括:(a)抑制(限制)正常血红素合成[5]， (b)对球蛋白合成的干扰，(c)对铁与红细胞前体结合的干扰，以及(d)铅缩短红细胞寿命[6］．锌是一种含量丰富的元素，约占地球物质的0.004% [7］．锌也是所有生物，包括人类所必需的元素。含锌的蛋白质和酶参与新陈代谢的各个方面，包括复制遗传物质的翻译[8］．从所有植物中鉴定出近200种含锌酶物种［9]，包括;碳酸酐酶，天冬氨酸酶，氨基氨基酰基酶和乙醇脱氢酶。在较高浓度时，锌可能是有毒的，从而导致细胞分裂率降低，解耦细胞分裂光合作用[10，11］．

高浓度锌也可使动物出现锌中毒症状[12]可能表现为以下症状;增重率和采食量降低、关节炎、腋窝大出血、胃炎、卡他性肠炎、肠系膜充血和出血[13］．铅和锌在土壤和植物中的积累越来越受关注，因为潜在的人类活动健康与之相关的风险。重金属不能生物降解，但可以转移，在某些程度上，它们会产生毒性，并倾向于沿着食物链积累，而人类是食物链的最后一环[14，15］．人类接触重金属的来源有很多。植物有能力通过根部从土壤中吸收养分和微量养分，并将其输送到植物的其他部位[16，17］．通过这些过程，重金属也可以从土壤和水环境中吸收到植物中。生长在受污染土壤上的粮食作物对金属吸收的增加影响了食用此类作物的食品质量和安全[18］．

这些重金属进入植物的速率可以通过计算转移因子(TF)和生物积累因子(BAF)来评估。不同植物吸收金属的效率是通过植物对金属的吸收或土壤对植物的转移因子来评估的[19］．转移因子倾向于评价植物体内金属浓度与土壤中金属浓度的比值，而生物积累因子倾向于评价植物体内金属浓度与水中金属浓度的比值。影响TF和BAF的因素包括:金属的化学形态、植物的年龄、土壤质地等[20.，21］．蔬菜是人类饮食的重要组成部分，也是重要的营养物质和功能性食品成分的来源(通过贡献蛋白质、维生素和矿物质)健康影响(22］．生长在受重金属污染土壤中的蔬菜比生长在未受污染土壤中的蔬菜积累更多的金属[23］．在健康风险评估，有必要识别环境中潜在的风险源-因子，并估计与人类环境接触的风险源-因子的数量。LD乐动体育官网确定健康暴露的后果也是非常必要的[24］．关于危险化学品，经济合作与发展组织(经合发组织)、欧洲联盟(欧盟)和美国环境保护署(环保署)概述了危险化学品的程序和条例风险评估［25-27］．根据国家研究委员会[28，风险分析分为四个步骤:1.风险分析;2.危害识别;3.暴露评估;4.剂量-反应评估;风险描述。

然而，关于人体对金属的吸收、积累和评估的研究健康与采矿和采石环境有关的风险仍然需要。因此，本研究旨在利用转移和生物积累因子作为污染的指标来获取污染水平健康目前正在进行采矿和采石的埃邦伊州Ishiagu社区和尼日利亚埃邦伊州的传染性城镇Uburu的蔬菜摄入或消费相关的风险指数，该城镇有大量的铅矿床，但采矿已暂停30多年。

实验部分

样品位置

两个城镇被用作研究地点。石竹是伊沃的一个铅矿小镇当地政府位于尼日利亚埃邦尼州的地区，位于东南部大草原带的平原上。它位于北纬5°57′n，东经7°34′e。乌布鲁是奥霍扎拉的一个非采矿/采石城镇当地政府地区在埃邦尼州仍然在东南部草原带的平原上。它位于北纬6°2′，东经7°46′。两个社区之间的距离约为23.98公里(图1)．

植物材料

本研究中使用的植物材料取自距离矿区约500米的农田。这项研究使用的是已经成熟的植物材料。研究收集了10种可食用蔬菜，其中包括;西竹、苋菜、头水门、羊草、水稻、玉米、黄薯蓣、山药、羊草,芋耐．(仅使用植物的可食用部分进行分析)。采集样本，放入聚乙烯袋，带到实验室，在4℃的温度下保存在冰箱中，直到重金属分析。

土壤样品

本研究中使用的土壤样本来自三(3)个不同的农场，这些农场收集了植物。使用螺旋钻收集表层土壤(10厘米- 20厘米深)，并将其放入聚乙烯袋中，与植物材料处于相同的条件下。土壤样品在研钵中研磨并风干。用2mm的筛子进行筛分，以达到土壤颗粒的均匀性，并去除一些可能影响结果的其他物质(如植物碎片和根)。

水样

水样取自农田周围的水体(溪流和挖井水)，距离现场约100米至200米。水样先用几滴四氧硫酸钠(vi)酸化，然后装在样品瓶中送到实验室，样品瓶之前用稀释的四氧硫酸钠(vi)清洗和漂洗并干燥。

铅、锌原子吸收光谱分析用食用植物部位的制备

用Adrian、[29]，详情如下;样品(植物和土壤)样品用蒸馏水清洗，风干后放入烤箱烘干，研磨成粉末(注:土壤样品不清洗)。取1克样品称入烧杯。10厘米^3.1:1稀释的浓缩HNO_3.蒸馏水混合后盖上一块手表玻璃。将溶液放在热板上回流10至15分钟，不煮沸(土壤样品为1小时)。让烧杯冷却2厘米^3.蒸馏水和3厘米^3.30% H₂O₂添加，盖上手表玻璃，放在一个热板上。泡腾消退后，将溶液取出并冷却。盐酸(5厘米^3.)及10厘米^3.加入蒸馏水，然后再加热15分钟，不煮沸。然后将溶液转移到100厘米处^3.烧杯和用去离子水制成标记，用于铅和锌的原子吸收光谱分析。

计算铅锌浓度．

因此，测定铅和锌的浓度以湿重为基础，单位为μg/g;

Eq。(1)

仪器仪表及最佳条件

采用2380型火焰原子吸收光谱仪(FAAS)，配备单狭缝100mm的空气乙炔燃烧器-雾化器进行分析表1．

表1:显示AAS机的波长和狭缝带宽。

铅、锌生物积累因子的测定

不同样品中金属的生物积累可以用生物积累因子(BAF)来量化，BAF是植物中特定金属浓度与水中该金属浓度的比率[30.］．

(2)式。

铅锌转移因子的测定

根据Lokeshwari和Chandrappa的描述，测定了铅和锌的转移因子[31］．因此

Eq。(3)

风险评估

铅锌吸收量的测定:根据哈特等人。[32]，农村地区非洲叶菜的消费模式显示，蔬菜的平均消费量为61.5克/天^－1．

石竹地区蔬菜中铅、锌的平均浓度可计算为:

Eq。(4)

或

(5)式。

其中C_p1工厂1的金属浓度

C_p22号工厂的金属浓度

C_p33号工厂的金属浓度

Cpn =植物n中金属的浓度

N =使用的植物数量

注意:这种计算方法没有显示每种蔬菜的贡献，但这里感兴趣的是通过食用这些蔬菜可能摄入的铅和锌的平均浓度。

每天通过食用蔬菜摄入的铅或锌的量可以这样计算:

铅消耗量=植物可食用部分重金属的平均含量蔬菜食用部分平均质量(6)

消耗的铅中约90%会被排出体外，只有约10%会被血液吸收[33因此，血液中吸收的铅量就可以计算出来。我们知道血液中99%的铅在血红蛋白中，1%在血浆中[33]，也可计算血浆和血红蛋白中铅的理论浓度。

每日金属摄入量(DIM):这是由以下公式决定的:

Eq。(7)

地点:

C_金属=平均重金属含量。在植物中(mg kg^－1)金属

C_因素换算系数

D_{食物摄入量}=每天蔬菜的摄入量

0.085的换算系数是将新鲜蔬菜重量换算为干重[19］．

健康风险指数:根据每日金属摄入量(DIM)和参考口服剂量，我们得到了人体的金属摄入量健康风险指数。HRI的计算公式如下:

Eq。(8)

R_fD为该金属的食物参考剂量(mgd^－1)

如果HRI值小于1，则认为暴露人群是安全的[34］．

统计分析

对结果进行统计分析，以均数±标准差表示。采用t检验统计比较p < 0.05时的均值差异和显著性水平。

结果与讨论

测定了尼日利亚埃邦尼州Ishiagu和Uburu群落几种主要食用蔬菜中铅和锌的生物积累和转移因子。由于元素选择性、元素性质和土壤溶液积累量的不同，不同植物的生物积累和转移因子存在差异。其他因素包括蒸腾速率、土壤的性质和类型以及蔬菜的年龄。这些金属在土壤环境中的定位可能影响生物积累和转移因子。这些因素造成了不同产地同一植物的价值差异。

叶菜中铅和锌的浓度

结果是表2石竹和乌布鲁的土壤和水中铅和锌的浓度。结果表明，乌布鲁农用土壤中铅含量较高，石竹土壤中锌含量较高。石竹水样中铅、锌的浓度高于乌布鲁水样。

表2。两群落土壤和水中的金属浓度。

通过对食用植物部位中铅、锌含量的测定，可以确定植物中铅、锌的含量Amarantus spp而且Hydrophyllum capitatum从Ishiagu给出了更高的金额(图2)．铅的浓度h . capitatum在乌布鲁的含量很低然而，除了h . capitatum，现esculentus,玉米，其他植物样品中铅的浓度大致相等。铅和锌含量的变化可能是蒸腾速率增加的结果，蒸腾速率是植物叶片表面积的函数，也可能是这些金属在土壤中定位的结果[35]，这可能是该地区人为活动的结果(图3)．

不同食物中铅、锌转移因子的研究

Amarantus spp石古群落中铅和锌的转移因子最高，分别为1.479±0.40和1.172±0.46。由于乌布鲁所有取样植物的铅浓度都很接近除了H。capitatum，答:esculentus,z梅斯，其他植株的转移值基本相同。

石竹不同植物部位铅和锌的转移因子(T.F)，反映了不同重金属从土壤向蔬菜的转移水平，是人类接触食物链中金属的关键组成部分之一[31］．获得了最高的铅的转移系数Amarantus spp在Ishiagu。所有的蔬菜样本，除了Amarantus spp而且h . capitatum石久的铅含量为tf> 1，而Amarantus spp而且z梅斯石竹锌的tf最高。除了这两种蔬菜外，石竹中所有其他取样植物的锌的T.F值都小于1。在Uburu,芋耐而且h . capitatum锌的T.F值最高，均大于1。

所有蔬菜样品中铅的t - F值均小于1h . capitatum价值最小的:从…中可以看出价值最小的图4而且5．T. Fs值的差异表明每种金属对不同蔬菜具有不同的植物毒作用。贝克(36]和祖等人。[37]报道了金属蓄能器中t - Fs大于1.0物种而金属排除物种类的tf一般小于1.0。T.F高于1.0表明金属从根到叶的有效运输能力，很可能是由于有效的金属运输系统[38]，也可能是金属在叶液泡和外质体中的隔离[39］．

食用植物部位铅锌的生物积累因子

在测定生物蓄积指数(BAF)时，测量从水源的蓄积也表明Amarantus spp石古铅和锌的生物积累因子最高，分别为1105.265±297.73和1204.87±475.17答:esculentus(431.58±74.43)c .耐(394.735±29.77)的铅含量最低。锌在所有样品中均表现出较高的生物积累因子答:esculentus(784±62.22);

对于Uburu的样本，h . capitatum显示最低的生物积累，而生物积累因子基本相同Oriza漂白亚麻纤维卷，苋属植物等．植物体内锌的生物累积量低于铅，表现为植物体内铅的累积量高于锌。尽管水中锌的浓度高于铅。石竹中锌的生物积累因子表明Amarantus spp而且z梅斯具有最高的生物积累因子(图6而且7)．通过比较采样的植物，发现蔬菜和谷物的重金属积累量最高，通常用于植物修复过程。

测定吸收铅和锌的量

根据哈特等人。[32]，农村地区非洲叶菜的消费模式显示，蔬菜的平均消费量为61.5克/天^－1．的表3显示了生活在农村地区的成年人血红蛋白中所能吸收的铅锌含量。结果表明:85.54 μ g和52.77 μ g日^－1在石固和乌布鲁生活的个体分别可以吸收大量的铅。

表3:显示了计算得到的吸收铅和锌的结果。

通过食用所研究的蔬菜，计算出每天食物中铅的平均摄入量约为86.92微克/天^－1不包括居住在该地区的人消耗的水、空气和其他食物。摄入的铅中约有10%会被血液吸收[33，40]，每天85.9µg^－185.05 μg与血红蛋白结合，因为根据Saeed等人的研究，[41]，血液中吸收的铅有99%附着在血红蛋白上。每天在血浆中发现的总铅负担计算为0.86µg(1%)。尽管存在这种情况，但众所周知，随着时间的推移，小剂量的这种金属的生物积累可以构成严重的健康风险(42，43］．

根据Ziegler等人，[44]和Laidlaw等人，[45]，儿童更容易受到铅中毒的影响，因为他们吸收了大约50%从食物、水和受污染的灰尘中摄入的铅。尽管维生素C(一种已知的自由基清除剂)等化合物已被证明具有一定的螯合能力，但每天85.9微克的铅摄入量相对较高[46]这种物质可能存在于水果和蔬菜中。维生素E(对膜稳定性有保护作用)有助于防止膜脂蛋白受到铅引起的氧化损伤[47］．铅可改变红血球膜的弹性，增加红血球的脆弱程度，从而增加溶血的风险[48，49]，锌(已知会与胃肠道中金属硫蛋白样转运蛋白与铅的结合竞争)也会影响铅的组织积累和铅毒性的易感性[50］．

蔬菜并不是人们摄入铅的唯一来源，换句话说，每天摄入的铅含量可能高于85.9微克^－1．人们饮用的谷物、块茎和水也导致了铅含量的增加。通过蔬菜摄入锌的量计算为13.7 mg / d^－1．男性和女性每日推荐锌摄入量为11毫克^－1每天8毫克^－1分别为(51]，说明锌的浓度在正常范围内。已知每天摄入150毫克至450毫克锌会产生毒性，可降低铜状态、改变铁功能、降低免疫功能和降低高密度脂蛋白(有益胆固醇)水平[52-54］．锌中毒还表现为心动过速、血管休克、消化不良恶心、呕吐腹泻、胰腺坏死和肝实质损伤[55］．生长在受锌污染土壤上的蔬菜也会引起严重的疾病健康由于植物中积累了高浓度的锌，对消费者有风险。人体对锌的最大耐受量健康已根据世界卫生组织为作物的可食用部分设立了[56]为100µg^－1．

风险评估

铅对动物和植物都是有毒的，尽管植物通常表现出积累大量铅的能力，而它们的外观或产量没有明显的变化。在某些植物中，铅的累积量可能高于人体所允许的最高水平阈值[57)，因此它污染了Ishiagu和Uburu社区的蔬菜。虽然根据世界卫生组织的标准，可食用植物部位铅(Pb)的最大允许限量为0.3µg g^－1谁(56］．结果是表3结果表明，与Uburu相比，Ishiagu的铅和锌蔬菜浓度更高，这可能是由于目前在Ishiagu进行的人类活动(铅矿开采)。而乌布鲁的果南瓜铅浓度高于石久的果南瓜铅浓度，这可能是重金属在环境中本地化的结果表4．

表4:显示每日金属摄入量(DIM)和健康石竹和乌布鲁铅锌危险指数

在健康任何污染物的风险测定，通过检测目标生物的暴露途径，估计其暴露水平是非常重要的[58］．人类接触有不同的途径和来源，其中食物链是最重要的途径。金属的每日摄入量是根据石固和乌布鲁居民的平均蔬菜消费量来估计的表4．根据采样地区种植的蔬菜的消费量，铅和锌的DIM值很高。

的健康如发现铅和锌的风险指数(HRI)低于1(1)，则根据综合注册资讯系统[34宣布暴露人群是安全的。同样值得注意的是，蔬菜并不是这些金属的唯一污染源。换句话说，当考虑到所有其他污染源，如水和空气中这些金属的浓度时，这些金属的污染和影响可能高于计算结果。

结论

这项研究表明，石洲的采矿和采石会增加环境中的铅和锌含量。这也与这些金属在矿区种植的蔬菜中的增加有关。结果表明，由于土壤中金属的自然沉积，两个群落中的铅和锌的浓度都高于允许的限度。但是石洲的采矿和采石活动可能是导致这些金属在食物链中浓度增加的原因。由于金属的积累取决于时间(即取决于植物的年龄)，因此可以认为植物的早期收获有助于减少植物吸收的金属量。应该鼓励这两个社区的居民食用富含维生素C和E的饮食，因为它们分别有助于金属螯合和维持膜的稳定。对环境的监测也应是一项定期进程，以便确定何时应停止采矿或采石，以防止环境恶化。

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