華北典型污灌區有機氯農藥殘留特征及健康風險評價

席北斗，虞敏達,3，張媛，高如泰，張慧，李丹，檀文炳，侯浩波，余紅

1. 中國環境科學研究院 環境基準與風險評估國家重點實驗室，北京 100012 2. 中國環境科學研究院 地下水環境系統創新基地，北京 100012 3. 常州大學 環境與安全工程學院，常州 213164 4. 武漢大學 環境學院，武漢 430072

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華北典型污灌區有機氯農藥殘留特征及健康風險評價

席北斗1,2，虞敏達1,2,3，張媛1,4，高如泰1,2，張慧1,2，李丹1,2，檀文炳1,2，侯浩波4，余紅1,*

1. 中國環境科學研究院 環境基準與風險評估國家重點實驗室，北京 100012 2. 中國環境科學研究院 地下水環境系統創新基地，北京 100012 3. 常州大學 環境與安全工程學院，常州 213164 4. 武漢大學 環境學院，武漢 430072

在我國華北地區由于水資源的匱乏及農業生產的需要，采用污水灌溉與施用有機氯農藥(OCPs)結合的農業管理方式普遍存在。大量OCPs則被引入到當地環境中，進而可能對該地區的居民產生潛在的健康風險。本研究分析石家莊市汪洋溝污灌區OCPs的殘留狀況，探討污水灌溉條件下土壤-作物系統OCPs殘留對土壤質量影響，并評價經口攝入及皮膚接觸兩種暴露途徑下對人體產生的健康風險。結果表明：汪洋溝污灌區地表水、沉積物、土壤和玉米籽粒中檢出了14種OCPs，其平均殘留濃度分別為36.5 ng·L-1、62.9 ng·g-1、57.3 ng·g-1和27.0 ng·g-1，滴滴涕(DDTs)是其最主要的污染物，占OCPs的73%以上，其次是六六六(HCHs)和甲氧滴滴涕。р,р'-DDT是DDTs的最主要成分，其主要來源于污水灌溉或近期DDTs的使用。γ-HCH是環境HCHs殘留的主要成分，其主要來源于林丹的輸入和使用。此外，在該地區污灌條件下OCPs殘留對土壤中C、N循環及有機S的礦化產生一定的負面影響。研究區OCPs殘留對人體產生的非致癌風險和致癌風險均不超過控制標準，但經口攝入所引致的非致癌風險應予以關注，其中р,р'-DDT與γ-HCH為主要風險物質。

有機氯農藥；污水灌溉；殘留特征；土壤環境質量；健康風險評價

Received 19 October 2015 accepted 30 November 2015

環境和發展是當代人類社會共同關心的兩個主題，全球經濟發展帶來的環境破壞和環境污染問題日趨成為人們關注的焦點[1]。有機氯農藥(organochlorine pesticides，OCPs)是一類典型的持久性有機污染物(persistent organic pollutants，POPs)，曾作為一種廣譜殺蟲劑被廣泛生產和使用，為農林畜牧業的病蟲害防治帶來顯著成效[2]。然而其在環境中具有半揮發性、長期殘留性、高毒性和生物蓄積性，對人體健康及生態環境產生嚴重威脅。在2001年通過的《關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》中明確提出淘汰的首批12種POPs中就有9種為有機氯農藥[3]。在禁止生產和使用OCPs之前的幾十年間，我國約有40余萬噸滴滴涕和49余萬噸六六六廣泛應用于農業活動中[4]。由于這些OCPs在環境中難氧化、降解周期長、毒性大，因此其在全球環境中被普遍檢出。OCPs在環境中難降解，其可通過揮發、擴散和質體流動等途徑在不同環境介質中發生遷移轉化。進入水環境中的OCPs可與礦物質顆粒、生物殘渣及膠體結合并沉淀下來富集于沉積物，同時沉積物中OCPs也可通過再懸浮和解吸作用重新進入水體。利用含OCPs的污水進行灌溉后，OCPs會在土壤中形成結合態殘留，而在污水灌溉條件下生產的糧食作物則可以通過根系吸收轉移土壤與水體中的有機污染物，并最終通過生物富集和食物鏈對人體健康產生威脅。

華北平原是我國主要糧食生產基地之一，但由于水資源匱乏，利用附近污染河水灌溉已成為緩解農業用水短缺的有效途徑，同時OCPs作為廣譜殺蟲劑也被該地區廣泛施用。石家莊市汪洋溝流域作為典型重污染河流，流域附近農田使用此污染水體進行農業灌溉已有多年歷史。近年來，國內一些學者對汪洋溝流域土壤和農作物中重金屬和酞酸酯等污染狀況進行了大量的調查研究[5-6]，而該地區有長時間施用歷史且在環境中難以去除的OCPs，其在多種環境介質中殘留狀況卻較少關注。此外，該地區特殊的灌溉方式下環境介質中OCPs對附近居民產生的潛在健康風險及其所可能帶來的環境效應更未曾報道。因此，本文以石家莊市汪洋溝污灌區為研究對象，分別檢測分析了該地區中地表水、沉積物、土壤和玉米籽粒中OCPs殘留狀況及其可能來源。同時探討了OCPs的殘留對土壤質量及人體健康可能產生的影響。本研究結果可為污灌區的有機污染物控制提供科學依據，有助于保障污灌區的生態安全和人體健康。

1 材料與方法 (Materials and methods)

1.1 研究區概況與樣品采集

研究區位于河北省石家莊市，由于水資源匱乏，農業生產所需灌溉水96%來自于汪洋溝，其隸屬于海河流域子牙河水系，屬滏陽河支流，全長85 km，為典型城市納污河流，現主要接納石家莊市高新技術開發區和經濟技術開發區各工業企業達到納管標準后的綜合廢水，日排放量10萬t左右。此外，周圍城鎮迅猛發展所產生的農業廢水和生活污水等多種混雜污水的排放也給汪洋溝帶來巨大的環境壓力，水體污染嚴重。汪洋溝污灌區地處半干旱大陸季風氣候，該地區年降雨量556 mm，7～9月為雨季，年均溫13.1 ℃，年無霜期約200 d。主要種植模式為冬小麥-夏玉米輪作，約占可耕面積的60%以上。汪洋溝污灌區基本采用相同的耕作、施肥、秸稈還田等田間管理措施，已有50多年利用污水進行農田灌溉的歷史。

于2012年10月對汪洋溝污灌區沿線設置12個采樣點(圖1)，采集地表水、沉積物、土壤及玉米籽粒樣品。其中，水樣采自表層20 cm以下的水體，加入0.5%的甲醇以抑制微生物活性，并保存于干凈的棕色玻璃瓶中。使用采泥器采集0～10 cm表層沉積物，去除石子和植物殘體后，混勻置于棕色玻璃瓶中密封保存。土壤樣品采集0～20 cm表層土壤，保存于棕色廣口玻璃瓶中。在土壤樣品采集點附近，隨機采集多顆玉米果實，混合后放置于聚乙烯自封袋保存。所有樣品均于-20 ℃冷凍保存待測。

圖1 汪洋溝污灌區采樣點示意圖Fig. 1 Sampling map of Wangyanggou River sewage irrigation area

1.2 樣品處理

1 L水樣采用0.45 μm醋酸纖維濾膜過濾后，使用C18固相萃取柱對水樣中OCPs進行富集和洗脫[7]。置C18固相萃取柱于固相萃取儀上，依次用5 mL乙酸乙酯，5 mL甲醇和10 mL超純水活化C18柱，流速為5 mL·min-1。然后以6 mL·min-1抽濾水樣，在水樣即將抽濾完之前，加入10 mL超純水洗滌玻璃瓶，繼續真空抽濾0.5 h。分2次使用5 mL正己烷:乙酸乙酯(體積比10:1)洗脫C18柱。使用氮吹儀將收集的樣品萃取液吹干，并用正己烷定容至1 mL，待上GC-ECD分析。

土壤和沉積物樣品經冷凍干燥后研磨過100目篩，并準確稱取5.0 g樣品于離心管中，加入1.0 g無水硫酸鈉，用10 mL正己烷:丙酮(體積比1:1)混合萃取液超聲萃取20 min，以4 000 r·min-1離心5 min，收集萃取液。再重復2次加入萃取液進行超聲萃取，將全部收集的萃取液放置于棕色玻璃瓶中并用超純水定容至500 mL，使用C18固相萃取柱參照水樣處理步驟進行樣品富集、洗脫、濃縮和定容。

準確稱取已磨碎的植物樣品1.0 g于離心管中，加入1.0 g無水硫酸鈉，用15 mL正己烷:丙酮(體積比2:1)混合萃取液超聲萃取20 min，以6 000 r·min-1離心5 min，收集萃取液。再重復2次加入萃取液進行超聲萃取，將全部收集的萃取液放置于棕色玻璃瓶中并用超純水定容至500 mL，使用C18固相萃取柱參照水樣處理步驟進行樣品富集、洗脫、濃縮和定容。

1.3 測試分析

采用配備電子捕獲檢測器(ECD)氣相色譜儀[8]，色譜柱為DB-5MS(30 m × 0.25 mm × 0.25 μm)，載氣為高純氦氣，不分流進樣，柱流量為1.0 mL·min-1，進樣量1 μL，進樣口和檢測器的溫度分別為250 ℃和300 ℃。程序升溫：初始溫度50 ℃，保持1 min，以30 ℃·min-1升溫至180 ℃，再以5 ℃·min-1升溫至230 ℃，最后以10 ℃·min-1升溫至300 ℃，并保持5 min。所有樣品的分析測試均實行三級質量保證和質量控制。采用六點校正曲線和內標法定量處理色譜數據，最后結果經空白扣除和回收率校正，該方法回收率為72.49%～101.93%，相對偏差為2.59%～19.56%，方法檢出限為0.04～0.43 μg·kg-1

土壤質地采用吸管法測定[9],土壤有機碳(SOC)含量采用干燒法測定，取過2 mm篩的風干土用0.5 mol·L-1濃度的HCl預處理，去除CaCO3，60 ℃烘干后磨細，用C/N分析儀測定。堿性磷酸酶、芳基硫酸酯酶和β-葡萄糖苷酶活性采用Tabatabai等[10]提出的4-硝基酚比色法測定；脲酶活性采用蒸餾法[10]；脫氫酶活性采用比色法[10]；過氧化氫酶活性用KMnO4滴定法測定[11]。

1.4 健康風險評價方法

采用EPA推薦的健康風險評價模型，評價環境OCPs殘留產生的潛在健康風險[12]。選取兩種主要的人體暴露途徑進行健康風險評價，即以玉米為食物的經口攝入和接觸土壤的皮膚暴露途徑，包括致癌物引致的致癌風險以及非致癌物引致的非致癌風險。

非致癌風險HI及致癌風險R計算公式[13]如下：

(1)

R=E×SF

(2)

式(1)和式(2)中：RfD為參考劑量，mg·(kg·d)-1；SF為致癌斜率，kg·d·mg-1；E為長期日均暴露劑量，mg·(kg·d)-1。

人體經口攝入途徑污染物的日均暴露劑量計算方法如下：

(3)

式(3)中：Cg為植物組織中目標污染物含量，mg·kg-1；IR為日攝入劑量，31 000 mg·d-1；EF為暴露頻率，365 d·a-1；ED為暴露時間，30 a；BW為平均體重，65 kg；AT為平均生命時間，致癌作用25 550 d，非致癌作用10 950 d。

人體皮膚接觸土壤途徑污染物的日均暴露劑量計算方法如下：

(4)

式(4)中：SA為土壤皮膚接觸面積，4 350 cm2；AF為皮膚表面土壤粘附系數，0.07 mg·cm-2；ABS為皮膚吸收系數，DDTs為0.03，HCHs為0.1，所使用暴露參數均來自EPA所提供[12]。

2 結果與分析(Results and analysis)

2.1 不同環境介質中有機氯農藥殘留狀況

石家莊市汪洋溝污灌區不同環境介質(地表水、沉積物、土壤和玉米籽粒)中OCPs殘留水平及檢出率如表2所示。被檢出的OCPs共有14種，分別為HCHs(α-HCH、β-HCH、γ-HCH和δ-HCH)、DDTs(р,р'-DDD、р,р'-DDT、р,р'-DDE)、甲氧滴滴涕、七氯類(環氧七氯和七氯)、硫丹類(α-硫丹和β-硫丹)、艾氏劑和狄氏劑。這14種OCPs在所有環境介質中檢出情況存在差異，其中α-HCH、γ-HCH和р,р'-DDT都有檢出，且檢出率最高，為100%；β-HCH、δ-HCH、р,р'-DDD、р,р'-DDE、甲氧滴滴涕、α-硫丹、β-硫丹和狄氏劑則均有不同程度的檢出；七氯只在地表水中有檢出，檢出率為83.3%；環氧七氯只在地表水和沉積物中檢出，且檢出率較低，分別為16.7%和33.3%；艾氏劑在地表水、沉積物和玉米籽粒中均有檢出，檢出率分別為33.3%、100%和8.3%，而在土壤中未有檢出。

地表水、沉積物、土壤和玉米籽粒中OCPs的平均殘留濃度分別為36.5 ng·L-1、62.9 ng·g-1、57.3 ng·g-1和27.0 ng·g-1；濃度范圍分別為32.3～43.3 ng·L-1、47.8～88.9 ng·g-1、 37.9～75.5 ng·g-1和20.7～33.4 ng·g-1。由表2可知，地表水、沉積物、土壤和玉米籽粒中OCPs殘留均以DDTs為主，占OCPs的比例分別為73%、80%、84%和84%。其次是HCHs和甲氧滴滴涕，占ΣOCPs的比例分別為18%、12%、10%、14%和4.2%、5.8%、4.7%、3.3%。與國內其他研究相比(表3)，研究區地表水中DDTs殘留水平與海河干流及淮河江蘇段的相近，HCHs殘留水平高于長江，與淮河江蘇段相近，低于珠江及海河干流；研究區沉積物中DDTs殘留水平均高于海河干流、巢湖、長江、黃河和遼河，但低于其附近的薊運河、大沽河和獨流減河，HCHs殘留水平低于其附近的北排河、薊運河和大沽河[15]，高于長江、黃河和遼河。研究區土壤中OCPs污染與其他典型污灌區土壤比較發現，低于天津污灌區但均高于北京及太原污灌區，其中DDTs殘留水平除低于北京市和天津市農業土壤外，均高于其他大部分區域農業土壤，HCHs殘留水平與海河上游地區土壤相近，但顯著低于天津市郊污灌土壤和海河河口地區土壤，這表明污水灌溉給汪洋溝污灌區農田土壤帶來了一定污染。

但與我國《土壤環境質量標準》(GB 15618-1995)相比，本研究區41%采樣點中DDTs殘留略高于我國土壤質量一級標準(50 ng·g-1)，而所有采樣點中HCHs殘留均低于我國土壤環境質量一級標準(50 ng·g-1)。由此表明，本研究區土壤OCPs污染處于中度程度，其中DDTs污染程度高于HCHs。研究區氯丹類(環氧七氯、七氯)、硫丹類農藥(α-硫丹和β-硫丹)、艾氏劑和狄氏劑的殘留水平在各環境介質中都較低，表明此類農藥在研究區未被廣泛使用。

表1 部分農藥致癌強度系數和危害劑量參考值[14]

表2 石家莊市汪洋溝沿岸污灌區不同環境介質中OCPs殘留狀況

注：ND為未檢出。

Note：ND is non-detected.

2.2 有機氯農藥來源識別

環境介質中HCHs主要來源于工業HCHs(60%～70% α-HCH、5%～12% β-HCH、10%～12% γ-HCH和6%～10% δ-HCH)的生產、運輸、使用及農業殺蟲劑林丹(99% γ-HCH)的施用[36]。由于HCHs在不同來源中各異構體組成比例及異構體間物理化學性質的差異，導致存在相互間轉化可能，同時其不同異構體間組成特征也作為一種環境指示指標。工業HCHs中α-HCH/γ-HCH一般在4～7之間，而林丹的α-HCH/γ-HCH則接近于0。在環境中，γ-HCH的降解速率比α-HCH快，而在一定條件下γ-HCH可以向α-HCH異構轉化[37]。不同異構體中α-HCH亨利常數最大，易揮發；γ-HCH也具有較大亨利系數和水溶性；β-HCH亨利系數、蒸汽壓和水溶性最低，化學性質穩定，抗生物降解能力最強。在環境中α-HCH和γ-HCH可以轉化為β-HCH，進入環境越久β-HCH含量就越高[38]。因此，α-HCH/γ-HCH比值可指示

HCHs的使用和來源，β-HCH/(α-HCH + γ-HCH)比值可示蹤環境介質中HCHs是否為歷史污染，將比值大于0.5時表征HCHs主要為歷史污染。研究區HCHs組成比值特征如圖2所示，可知α-HCH/γ-HCH值均在1.5以下，均值為0.42；僅35%樣品中β-HCH/(α-HCH + γ-HCH)的比值大于0.5，其主要是水體和沉積物樣品。表明，本研究區土壤中HCHs主要來源于近期農藥使用活動及污灌水體中OCPs的輸入，致使土壤和植物組織中HCHs存在殘留，而水體中近期來源相對較少，可能來源于沉積物的二次釋放。

圖2 各環境介質中HCHs組成特征Fig. 2 Composition of HCHs in water, sediment, soil and maize seed

表3 不同區域環境介質中HCHs和DDTs含量

注：ND為未檢出。

Note: ND means non-detected.

圖3 各環境介質中DDTs組成特征Fig. 3 Composition of DDTs in water, sediment, soil and maize seed

研究區環境介質中DDTs的各單體組成分布特征如圖3所示，可發現р,р'-DDT殘留濃度為各種單體最高，在多種介質中其總含量均占DDTs殘留總量的90%以上，可見在該地區土壤中р,р'-DDT是DDTs類污染物的主要成分。р,р'-DDT在不同環境條件下通過微生物降解轉化為р,р'-DDD和р,р'-DDE類化合物，該研究區р,р'-DDE/р,р'-DDD值在部分土壤樣品中大部分大于1，其余介質該值均小于1。表明DDTs在該地區土壤中的轉化途徑主要以р,р'-DDE降解為主，在沉積物及水體中主要向р,р'-DDD途徑轉化。此現象也與前人指出，DDTs在好氧條件下主要降解為DDE，在厭氧條件下主要降解為DDD的現象相符[39]。同時眾多研究者提出[40-41]，在有新的DDTs輸入時，DDTs的降解產物DDD+DDE的相對含量會維持在較低水平；如果近期沒有DDTs輸入，其相對含量則較高。如圖3可知，該研究區р,р'-DDE + р,р'-DDD相對р,р'-DDT含量處于極低水平。表明，研究區環境介質中DDTs絕大部分來源于近期輸入，因此應加強對區域農藥的管理。

2.3 污灌條件下有機氯農藥在土壤中分配因素及產生的環境效應土壤中殘留的OCPs的分布除受化學降解、揮發等作用影響外，還與土壤中有機碳及土壤礦物粒徑分布等諸多因素有關。為了解土壤理化性質與各OCPs之間的關系，對其進行相關性分析(如圖4)，結果表明，SOC與DDTs、HCHs、硫丹及OCPs均存在顯著相關性。說明土壤有機碳對此類化合物具有較強吸附作用并影響它們的在土壤介質中分布，而不同類型OCPs與SOC相關性存在一定差異，其中HCHs分布受SOC含量影響較大。這可能與土壤質地、有機質組成以及OCPs不同物理化學特征等因素有關。進一步探明土壤物理組成特征對OCPs殘留分布影響，通過線性及相關性結果可發現，除HCHs與粘土(<2 μm)存在一定正相關外，其余OCPs殘留量分布均與土壤中粗粉土(20～53 μm)和細粉土(2～20 μm)呈較好相關性，說明土壤介質中大部分OCPs的分布受粗粉土和細粉土影響較大。以上結果表明，在高有機碳含量土壤中HCHs的分布主要由小粒徑的粘土影響，而在有機碳含量相對低土壤中，影響OCPs分布主要為粗粉土和細粉土。因此，針對HCHs等有機氯污染的土壤中，在修復過程中應加強提高土壤中有機碳含量，同時在選擇土壤調理劑時，應采用粒偏小相對比表面積大的材料。在實際農田中可選擇將農作物秸稈進行細密破碎后再還田。

圖4 土壤中有機氯農藥殘留與土壤理化性質的關系Fig. 4 Correlations between OCPs concentrations and physic-chemical properties of soil

由圖5可知，土壤介質中有機氯農藥的殘留量與過氧化氫酶活性相關性較差，即在研究區污水灌溉農業管理模式下，有機氯農藥的施用對土壤氧化過程影響較小。不同OCPs中，DDTs和甲氧滴滴涕與土壤酶的活性間呈較強負相關，表明DDTs和甲氧滴滴涕對土壤酶活性具有遏制作用。DDTs對土壤N循環影響最大，其次為P元素的轉化和C循環；甲氧滴滴涕對C循環和有機S的礦化具有一定負面作用。HCHs對β-葡萄糖苷酶和芳基硫酸酯酶活性影響大于其他土壤酶活性，表明HCHs同樣對C循環和有機S的礦化具有擬制作用。

圖5 基于土壤酶活性與有機氯含量相關性的風玫瑰圖Fig. 5 Wind-rose diagrams of the correlations between the soil enzyme activity and OCPs

2.4 健康風險評價

根據分類標準[42]對所測14種OCPs進行分類，除δ-HCH暫無分類數據外，其余均為可能致癌化合物。因此，對所檢測出的OCPs分別進行非致癌和致癌健康風險評價，并選取玉米籽粒的攝入及皮膚與土壤接觸兩種暴露途徑。依據玉米籽粒和土壤的有機物濃度數據，按照模型和參數分別計算不同暴露途徑下OCPs的非致癌(HI)和致癌風險指數(R)，并以累積加和的方式計算總風險，評價結果見表4。

從表4中可以看出，研究區域有機污染物致癌風險效應度均低于EPA推薦的可接受風險水平(1.0×10-6)，非致癌風險指數也均小于目標風險值(1)，表明研究區環境介質中OCPs所致人體健康風險較低。研究區土壤的暴露風險與其他農業活動相比，其致癌于非致癌風險均較高[43]，玉米籽粒OCPs的健康風險低于某些的水產品及蔬菜的食用風險[44-45]。經口攝入途徑健康風險顯著大于皮膚接觸途徑，在經口攝入途徑中致癌風險高低依次為р,р'-DDT>α-HCH>γ-HCH>β-HCH，非致癌風險大小依次為р,р'-DDT>γ-HCH>狄氏劑>β-HCH；在皮膚接觸途徑中HCHs引致的致癌風險最大，并以α-HCH和γ-HCH為代表，而產生非致癌風險的主要為р,р'-DDT和γ-HCH。健康總風險分別為致癌物質和非致癌物質所產生的健康風險之和，本研究中，經口攝入途徑有機物所產生的致癌總健康風險數量級為10-6，而非致癌有機物所產生的總健康風險數量級為10-2，表明研究區農產品食用后的健康風險主要來自非致癌物質。

本研究中估算的健康風險是對致癌風險與非致癌風險進行簡單相加的總風險。目前對混合污染物的毒性效應研究逐漸成為熱點問題，但尚未得到較明確統一的結論，實際情況下的健康總風險需要進一步探討。此外，本研究的健康風險評價還存在一定程度的不確定性，主要源于：受多種不同耕作方式以及季節變化等因素影響導致研究區污染物濃度分布不確定；人群的膳食結構多樣、復雜和烹飪方式各異帶來的不確定性；人群的體質、工作性質和住址的不同均存較大差異致使暴露參數存在不確定性。

1)汪洋溝沿岸污灌區地表水、沉積物、土壤和玉米籽粒中OCPs殘留均以DDTs為主，其次是HCHs和甲氧滴滴涕。本研究區41%采樣點中DDTs殘留略高于我國土壤質量一級標準，而所有采樣點中HCHs殘留則均低于我國土壤環境質量一級標準，表明研究區環境中OCPs污染處于中等水平，其中DDTs污染程度高于HCHs。

2)р,р'-DDT是DDTs的主要成分，環境DDTs殘留主要來源于污水灌溉或近期DDTs的使用。γ-HCH是環境HCHs殘留的主要成分，HCHs殘留主要源于林丹類農藥的輸入和使用。

表4 不同暴露途徑健康風險值

3)在該地區長期污水灌溉以冬小麥-夏玉米輪作的農業管理模式下，OCPs的殘留對土壤中C、N元素循環及有機S的礦化產生一定的負面影響。

4)研究區玉米籽粒的經口攝入及土壤的皮膚接觸對人體的非致癌風險指數和致癌效應度均不超過控制標準，但經口攝入所引致的非致癌風險應以關注，尤其是р,р'-DDT與γ-HCH此兩類物質。

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◆

Residues and Health Risk Assessments of Organochlorine Pesticides in a Typical Wastewater Irrigation Area of North China

Xi Beidou1,2, Yu Minda1,2,3, Zhang Yuan1,4, Gao Rutai1,2, Zhang Hui1,2, Li Dan1,2, Tan Wenbing1,2, Hou Haobo4, Yu Hong1,*

1. State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China 2. Innovation Base of Ground Water & Environmental System Engineering, Chinese Research Academy of Environmental Science, Beijing 100012, China 3. School of Environmental and Safety Engineering, Changzhou University, Changzhou 213164, China 4. Environmental College, Wuhan University, Wuhan 430072

Wastewater irrigation and organochlorine pesticides (OCPs) have been widely used in agriculture land in North China, and therefore abundant organochlorine pesticide (OCPs) enter into soil and subsequently be transferred into the food supply chain where they can produce substantial adverse environmental and human health impacts. In this study, OCPs residues in wastewater irrigation area of Wangyanggou River in Shijiahzuang City and their impacts on soil environmental quality were investigated, and the bioavailability and environmental risk of OCPs through oral intake and skin contact were also evaluated. The results showed that the total 14 OCPs were detected with 36.5 ng·L-1, 62.9 ng·g-1, 57.3 ng·g-1, and 27.0 ng·g-1in surface water, sediment, soils, and maize seeds, respectively. Among the 14 OCPs, DDTs were the dominant compounds, accounting for more than 73% of total OCPs, followed by HCHs and methoxychlor. р,р'-DDT as the domiant component of DDTs was mainly from the wastewater and pesticides used recently. The abundance of γ-HCH in HCHs may be the result of the input and usage of lindane. The OCPs in soils was an important factor for inhibiting soil carbon and nitrogen cycles and sulfur mineralization under the local wastewater irrigation condition. Although the non-cancinogenic and carcinogenic risks of OCPs to human were within the suggested tolerance, the potential damage of р,р'-DDT and γ-HCH to human health via long-term oral intake exposure should be concerned in this region.

organochlorine pesticides; wastewater irrigation; residue; soil environmental quality; health risk assessment

10.7524/AJE.1673-5897.20151019001

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2012ZX07203-003)

席北斗(1969-)，男，研究員，主要研究方向為流域水污染控制與固體廢物處理處置，E-mail: xibeidou@263.net

*通訊作者(Corresponding author)， E-mail: yuhong807@126.com

2015-10-19 錄用日期：2015-11-30

1673-5897(2016)2-453-12

X171.5

A

簡介：余紅(1981-)，女，碩士，工程師，主要研究方向為環境科學。

席北斗, 虞敏達, 張媛, 等. 華北典型污灌區有機氯農藥殘留特征及健康風險評價[J]. 生態毒理學報，2016, 11(2): 453-464

Xi B D, Yu M D, Zhang Y, et al. Residues and health risk assessments of organochlorine pesticides in a typical wastewater irrigation area of North China [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2016, 11(2): 453-464 (in Chinese)