《Toxics》：Evaluating the Influence of Food Trade on Human Exposure to Heavy Metals via Crops in China
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作物可从土壤中累积重金属（heavy metals, HMs），进而通过膳食摄入导致人体暴露。然而，区域间食品贸易对膳食重金属暴露的影响尚缺乏充分研究。在本研究中，研究人员利用现有文献数据，调查了中国土壤和作物中砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、镍（Ni）、
作物可从土壤中累积重金属（heavy metals, HMs），进而通过膳食摄入导致人体暴露。然而，区域间食品贸易对膳食重金属暴露的影响尚缺乏充分研究。在本研究中，研究人员利用现有文献数据，调查了中国土壤和作物中砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、镍（Ni）、铅（Pb）和锌（Zn）六种重金属的赋存特征与分布规律。此外，研究还评估了食品贸易对土壤源重金属人体暴露的影响。结果表明，六种重金属在土壤中的平均总浓度为234.01 ± 29.54 mg/kg，水稻和小麦中的浓度分别为16.06 ± 2.91 mg/kg和22.48 ± 4.22 mg/kg。水稻中As的风险商（hazard quotients, HQs）在华中、中部沿海、南部沿海、西南和东北地区均超过1，提示存在潜在健康风险。区域间食品贸易显著重塑了这些风险的空间分布。通过水稻消费，华中和东北地区分别贡献了其他区域高达36.78%的As日摄入量和45.08%的Cd日摄入量；通过小麦消费，华中和西南地区分别贡献了其他区域高达51.33%的As日摄入量和25.97%的Cd日摄入量。这种再分布主要归因于主要粮食产区集中于华中、东北和西南地区。总体而言，本研究凸显了区域间食品贸易在调控污染物健康风险中的关键作用，为更准确、全面地评估膳食重金属暴露提供了依据。
**研究背景与问题提出**
随着中国工业化与城镇化的快速发展，农业土壤重金属污染问题日益受到关注。重金属具有不可降解性，可在环境中长期存留。既往研究表明，中国土壤污染超标率达16.1%，其中Cd、As、Pb和Cr的超标率分别为7.00%、2.70%、1.50%和1.10%。作物从土壤中吸收累积重金属后，通过食物链传递最终造成人体暴露，可能引发肾病、心血管疾病等健康问题。尽管已有大量研究关注重金属的膳食暴露风险评估，但多数研究仅笼统评估一般性膳食暴露，忽视了对"土壤-作物"这一特定途径的定量贡献估算，尤其未考虑区域间食品贸易对污染物暴露风险空间格局的重塑作用。食品贸易通过跨区域粮食调配，改变了污染物的人群地理分布与暴露风险特征。已有研究表明，国际稻米贸易导致非洲和欧洲甲基汞暴露增加，而北美和南美则有所降低；中国省际贸易对大气汞排放、沉降及相关风险亦存在显著影响。然而，目前尚缺乏综合考虑食品贸易影响、针对中国土壤重金属污染膳食暴露风险的系统性研究。因此，开展此项研究旨在填补该领域空白，为全面评估食品供应链中重金属污染环境健康风险提供科学依据。
**研究内容、结论与意义**
本研究分析了中国各地区农业土壤重金属的空间分布特征，利用生物富集系数（bioconcentration factors, BCFs）推算水稻和小麦中的重金属浓度，评估了区域及全国尺度下通过稻米和小麦消费的重金属暴露量，并进一步考量区域间食品贸易因素，评价了相应的健康风险。研究发表于《Toxics》期刊，强调了区域间食品贸易在调控污染物人群健康风险中的关键作用，为构建更准确、综合的膳食重金属暴露评估框架提供了重要参考。
**主要技术方法**
研究采用以下关键技术方法：系统检索Web of Science（WOS）和中国知网（CNKI）数据库，收集中国各省农业土壤重金属浓度数据，经筛选后纳入覆盖30余省、超过50,000个样本的数据集，排除超过《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618-2018）风险筛选值的"污染土壤"样本，以确保数据代表性；依据文献数据将全国划分为八大区域（华北、北京-天津、东北、华中、西北、中部沿海、南部沿海、西南），采用BCFs估算土壤至水稻和小麦的重金属转移浓度；结合区域间粮食贸易流量数据（来自不同区域的消费贡献比例）计算考虑贸易影响后的估计每日摄入量（estimated daily intake, EDI），并采用风险商（hazard quotient, HQ）法评估潜在健康风险，与美国环境保护署（U.S. Environmental Protection Agency, USEPA）发布的参考剂量（reference dose, RfD）进行比较。
**研究结果**
**全国农业土壤重金属赋存特征**。研究结果显示，全国农业土壤重金属总浓度范围为184.30–277.25 mg/kg。华中地区重金属浓度最高（277.25 mg/kg），西南地区次之（262.68 mg/kg），其余地区依次为南部沿海（249.50 mg/kg）、中部沿海（242.05 mg/kg）、西北（240.75 mg/kg）、北京-天津（214.61 mg/kg）、东北（200.95 mg/kg）和华北（184.30 mg/kg）。Cd是首要污染元素，平均浓度0.23–1.47 mg/kg，西南（1.47 mg/kg）和东北（1.41 mg/kg）地区超过农用地土壤污染风险管控标准。Zn浓度最高，均值为93.06 ± 17.83 mg/kg，华中地区达117.30 mg/kg。As分布与Zn类似，华中地区最高（16.08 mg/kg）。Cr分布相对均匀，均值为61.88 mg/kg，西北地区最高（80.51 mg/kg）。Ni浓度为34.17 ± 5.88 mg/kg，西南地区最高（46.95 mg/kg），全国超标率为12.5%。Pb在南部沿海浓度最高（59.27 mg/kg）。研究指出，华中及西南地区为土壤重金属污染热点区域，南方污染总体高于北方，这与南方较高的地球化学背景值、悠久工业活动历史及制造业扩张密切相关。
**水稻和小麦中重金属浓度**。研究基于BCFs估算作物重金属浓度。As在水稻和小麦中的BCF相近，约为0.0030；Cr和Pb的BCF均小于0.0050，富集能力较弱；Pb在水稻中BCF最低（0.0014），最难从土壤向水稻迁移；Cd和Zn在两作物中BCF最高，其中水稻Cd为0.0489、Zn为0.1619，小麦Cd为0.0414、Zn为0.2345。小麦重金属总浓度（22.48 ± 4.22 mg/kg）高于水稻（16.06 ± 2.91 mg/kg），应引起更多关注。水稻和小麦中As、Cd、Cr、Ni、Pb、Zn浓度均在国家标准限值范围内；但小麦Pb浓度在南部沿海地区超标，且该地区土壤Pb并未超标，提示可能存在大气沉降、灌溉输入或土壤理化性质影响等其他途径。华中、西南和东北地区作物重金属浓度相对较高。
**区域间贸易对重金属估计每日摄入量的影响**。绝大多数区域超过60%的EDI来自本地生产作物，东北地区水稻本地贡献率高达96.54%。但在北京-天津、华北和西北地区，贸易影响显著：北京-天津As摄入量从贸易前的0.01 μg/kg/day增至0.08 μg/kg/day，西北地区则从0.15降至0.07 μg/kg/day。北京-天津稻米消费中，东北、华中和西南对As、Cd、Cr、Ni、Pb、Zn的暴露贡献分别达84.53%、93.82%、80.40%、81.96%、82.11%和80.67%。小麦消费中，东北和南部沿海地区50%–60%的EDI（除Cd外）来自贸易，尤其是华中地区（As在东北部占40.39%、南部沿海占51.33%）。Cd的贸易模式与其他金属不同，东北地区小麦Cd的EDI中本地贡献占61.97%。华中和西南是小麦贸易中重金属的主要输出区域。贸易使部分区域EDI降低（如东北、西南、西北等地稻米消费的多数重金属），也使部分区域升高（如南部沿海As、Cd、Cr分别增加62.70%、61.84%、63.04%，东北As增加63.09%）。
**稻米和小麦消费的健康风险**。小麦中仅华中和西南地区As的HQ大于1.0；水稻中As和Cr是主要风险元素，东北As，华中和中部沿海As及Cr，南部沿海As、Cr及Zn，西南As、Cd及Cr的HQ均超过1.0。贸易显著影响HQ值：中部沿海小麦Cd的HQ从0.16升至0.37，北京-天津小麦As从0.04升至0.28；而西北和南部沿海Pb的HQ分别降低45.17%和9.66%，南部沿海Zn从1.02降至0.95。
**讨论与结论**
研究讨论了区域间食品贸易对重金属暴露风险的调控机制。华中和西南地区作为主要粮食产区，其作物输出将重金属风险转移至消费区域，导致低风险地区暴露增加。这种贸易驱动的风险再分布具有双向性：一方面，高浓度区域通过出口可部分降低本地人群暴露；另一方面，进口低污染作物或出口高污染作物的策略可优化区域健康结局。研究强调，需建立综合监测、监管与管理机制，确保食品贸易安全。
**研究结论**：本研究评估了区域间食品贸易对中国土壤重金属暴露及健康风险的影响。重金属EDI呈现显著区域差异，西南和华中地区最高，北京-天津、西北和华北最低。区域间食品贸易对膳食重金属暴露及风险具有重要影响：总体上贸易降低了作物消费导致的重金属暴露，但Cd暴露的增加不容忽视。As、Cd和Cr的健康风险值得关注。高浓度区域的食品出口可增加低浓度区域的膳食暴露，强调有必要审视食品贸易中污染物流动对人群健康风险的影响。
