《Foods》：Arsenic, Cadmium, and Lead in Soils and Cereal Grains of the Pannonian Plain (Croatia): Soil-to-Grain Transfer and Dietary Exposure Assessment
Danijel Brki?,
Jelena Marini?,
Dijana Tomi? Lin?ak,
Gordana Jurak,
Dario Lasi?,
Jasna Bo?nir and
Dalibor Brozni?
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本研究聚焦克罗地亚潘诺尼亚平原，对小麦、大麦和玉米等主要谷物及其种植土壤中的砷（As）、镉（Cd）和铅（Pb）进行了系统分析。通过测定浓度、计算土壤-谷物转移系数（TF）及评估估计每日摄入量（EDI）、危害商（HQ）和危害指数（HI），揭示出金属积累具有明显的作物特异性与地区差异性。尽管部分县土壤金属浓度高，但TF值低，而土壤浓度低时TF值反而可能较高，表明土壤总污染水平并非谷物金属暴露风险的决定性因素。确定性和概率性评估均表明，成人和儿童通过谷物摄入的非致癌健康风险较低（HQ/HI <1）。研究成果强调了土壤-植物-谷物一体化监测对食品安全评估的重要性，为东欧同类农业生态系统提供了重要数据和科学参考。
1. 引言
砷（As）、镉（Cd）和铅（Pb）是农业系统中典型的、具有持续毒性和生物累积性的无机环境污染物。它们的存在对长期实行集约化农业地区的粮食安全和公众健康构成长期挑战。在“土壤-植物-人类”食物链中，谷物是重要的膳食来源，也是人类暴露于这些金属的主要途径之一。在克罗地亚的潘诺尼亚平原，作为该国主要的“粮仓”，谷物生产至关重要，但关于该地区重金属从土壤向谷物迁移及其相关人群暴露风险的系统数据仍然有限。本研究旨在填补这一空白，通过综合评估土壤和谷物中的As、Cd、Pb浓度、计算土壤-谷物转移系数（TF）并进行膳食暴露与健康风险评估，以深入理解该重要农业生态系统中重金属的迁移行为与潜在健康风险。
2. 材料与方法
2.1. 研究区域
研究在克罗地亚的潘诺尼亚平原进行，该地区地势平坦，气候温和湿润，是克罗地亚最重要的谷物产区。研究选取了该平原内四个主要县：梅吉穆列县（R1）、斯拉沃尼亚布罗德-波萨维纳县（R2）、维罗维蒂察-波德拉维纳县（R3）和奥西耶克-巴拉尼亚县（R4）。
2.2. 样品采集
土壤和谷物样品分别于2019年和2020年的收获季采集。土壤样品取自耕作层（0-30厘米），共采集43个。谷物样品（小麦、大麦、玉米）则从四个县的农田采集，两年共收集196个样品。需要指出的是，土壤样品和谷物样品是在同一县级行政区域内独立采集的，并非严格配对的“同点”样品，这允许进行区域模式的评估，但不支持田块级别的直接对比。
2.3. 样品制备与分析
谷物样品经清洗、干燥、研磨、均质后，与土壤样品一同进行微波酸消解。使用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定消解液中的As、Cd、Pb浓度。整个分析过程执行了严格的质量控制（QA/QC），包括使用标准参考物质和加标回收实验，确保数据准确可靠。
2.4. 转移系数与健康风险评估
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转移系数：采用TF = C(plant)/ C(soil)的公式计算，其中C为金属浓度（干重）。由于样品非严格配对，计算使用了县级中位浓度，以反映区域水平的迁移特征。
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膳食暴露与健康风险评估：计算了估计每日摄入量（EDI）、危害商（HQ）和危害指数（HI）。评估针对成人和儿童两类人群，采用确定性和概率性（蒙特卡洛模拟）两种方法。评估中，对于As采用了保守假设，即总As中50%为无机砷。Cd的参考值为可耐受每日摄入量（TDI），Pb则使用基准剂量下限（BMDL）值。
3. 结果与讨论
3.1. 金属浓度的作物与区域差异
研究结果显示，金属积累存在显著的作物特异性。总体而言，小麦和大麦对Cd的积累倾向高于玉米，而谷物中As和Pb的浓度在所有研究的作物中均处于较低水平。土壤中的金属浓度在不同县之间也存在差异，例如斯拉沃尼亚布罗德-波萨维纳县（R2）的土壤Cd浓度相对较高。
3.2. 土壤-谷物转移特征
一个关键发现是，土壤总金属浓度高并不意味着向谷物迁移的风险就高，反之亦然。例如，在梅吉穆列县（R1），尽管土壤中As和Pb的浓度普遍较低，但计算出的TF值却相对较高，表明在特定的局部土壤条件下（如pH、有机质含量、质地），金属的生物有效性和向植物的迁移能力可能增强。相反，在斯拉沃尼亚布罗德-波萨维纳县（R2），较高的土壤金属浓度却伴随着较低的TF值，暗示金属的生物有效性可能有限，向谷物的转移受到抑制。这强调了除了总浓度，土壤理化性质是决定金属迁移的关键因素。
3.3. 膳食暴露与健康风险评估
无论是确定性评估还是概率性（蒙特卡洛模拟）评估，结果均一致表明，对于成人和儿童，通过消费本研究区域所产的小麦、大麦和玉米，其As、Cd、Pb的单项HQ值以及综合HI值均远低于1。这表明，在当前的消费水平和谷物金属含量下，摄入这些谷物带来的非致癌健康风险较低。概率评估进一步揭示了风险值的分布范围，确认了低风险结论的稳健性。
4. 结论
本研究对克罗地亚潘诺尼亚平原农业系统中As、Cd、Pb的环境行为与健康风险进行了首次综合性区域评估。主要结论包括：1）金属在谷物中的积累具有作物和地区特异性；2）土壤-谷物迁移效率（TF）受土壤性质强烈影响，低土壤污染水平不一定意味着低迁移潜力；3）基于现有数据的评估表明，通过谷物摄入这些重金属对当地成人和儿童构成的非致癌健康风险较低。这些发现凸显了在食品安全评估中，进行“土壤-植物-谷物”一体化系统监测的重要性，而不能仅依赖土壤污染水平做判断。该研究为潘诺尼亚平原及类似中东南欧农业区的重金属风险管理提供了重要的科学依据。
