2015, Vol. 36
2. 中国科学院大学, 北京 100049
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
有机磷农药因具有药效高、低残留等特点普遍用于防治病虫害.2010年，中国农药使用量为302 700 t，其中有机磷杀虫剂占72%[1]. 有机磷农药会抑制生物体内乙酰胆碱酯酶(AchE)，使其发生急性中毒[2]，但长期暴露于低剂量有机磷对人体造成的危害更难识别[3].研究表明有机磷农药对人体的急性危害症状表现为头痛、恶心和呕吐等负面的生理反应(adverse physiologic effects)，同时，有机磷也会增加人类患癌症概率(increased frequency of cancer)，引起认知能力与神经行为异常(neurobehavioral and cognitive abnormalities)，导致畸形(teratogenicity)与内分泌失调(endocrine modulation)，有机磷农药还存在免疫毒性(immunotoxicity)[4～8].
蔬菜因提供人体所必需营养和维生素是人类重要的食物之一[9]，同时，也是人体主要的有机磷农药暴露途径之一[2, 10]. Chen等[17]证实蔬菜中按照农药推荐剂量使用，不会对人体产生健康风险.但部分菜农因经验不足或为追求高产而不合理地施用农药导致蔬菜出现农药高残留现象.目前，世界各地蔬菜中检出有机磷农药的报道较多[2, 3, 11, 12, 13].2007年起，我国已全面禁止高毒有机磷农药甲胺磷、甲基对硫磷和对硫磷在农业上使用. 但已禁止的农药在蔬菜中仍有检出，比如贵阳市[14]和长春市[15]. 因此，蔬菜中农药残留情况受到越来越多的关注.
长春是吉林省省会，地处东北松辽平原腹地，总面积4 906 km2，市区人口为360万. 2011年统计的长春市郊蔬菜种植面积120 km2，产量达35万t[16].由于冬季寒冷，市民有储存秋季收获的蔬菜的传统.目前国内外关于市售蔬菜中农药残留有较多报道，对秋季收获的新鲜蔬菜有机磷以及带来的健康风险的研究还不够深入.
本研究通过秋季野外采集长春郊区种植蔬菜样品，采用气相色谱法(GC-FPD)测试11种有机磷农药含量，研究目的在于通过计算EDI、THQ和HI评价市民因食用蔬菜带来的健康风险，以期为保障人体健康提出合理的管理措施提供基础数据.
1 材料与方法 1.1 研究区概况长春市位于我国东北，是吉林省省会 (43°43′ N,125°19′ E).该区域大陆季风性气候明显，冬季寒冷漫长，夏季温和短暂.多年平均气温为4.8℃，其中夏季最高温度达39.5℃，冬季最低温度达-39.8℃. 年均降水量为569.6 mm，蒸发量为1 000 mm. 土壤类型以黑土、暗棕壤和草甸土为主.
1.2 样品采集2014年8月，在长春郊区筛选出54个代表性露天蔬菜地，进行原位采集，共采集蔬菜样7种(包括葱、萝、辣、白菜、黄瓜、茄子和西红柿)共214个(表 1).采集蔬菜样品的可食用部分，采集量约0.5 kg，装入密封袋，快速运回实验室，4℃冷藏，冷藏时间与测试的时间间隔不超过24 h.
 | 表 1 长春市郊蔬菜中单一有机磷农药检出率与超标率统计 Table 1 Percentages of different vegetables contamination by individual OP |
将蔬菜样品可食用部分，经缩分后，将其切碎，充分混匀放入食品加工器粉碎，制成待测样. 有机磷农药的提取参考文献[3]的方法. 准确称取35.0 g混匀样品，加入60 mL分析纯乙腈，15 000 r·min-1匀浆2 min，过滤至100 mL具塞量筒，加10 g分析纯NaCl，充分振摇1 min，静止30 min，分取乙腈层(上层)10 mL，40℃旋转蒸发仪至近干，用色谱纯丙酮分3次转移并定容2.0 mL，置于-18℃避光保存，冷藏待测.每个处理3次重复.由于FPD检测器抗干扰能力强，为节约时间和成本，省略净化过程，类似的方法国外有较多报道[18, 19, 20].
岛津GC-2010 plus，FPD检测器，滤光片为P，色谱柱为美国产RTX-5(30 m，内径0.25 mm，膜厚0.25 μm). 进样口(汽化室)温度250℃，检测器FPD温度280℃；进样量1 μL，不分流进样；载气N2流量恒线速度13.0 cm ·s-1；辅助气H2设85.0 mL·min-1，空气110 mL·min-1. 程序升温：初始温度为120℃，保持3 min，以5℃ ·min-1上升到270℃，保持10 min；总时间为43 min. 根据色谱峰的保留时间定性，以外标法定量.
1.4 健康风险评价 1.4.1 有机磷农药日摄入量(EDI)市民因食用蔬菜摄入的有机磷农药含量计算公式：
EDI=c×Con/Bw
式中，EDI为有机磷农药日摄入量[μg·(kg·d)-1]，c为蔬菜中有机磷农药含量(μg·kg-1)，Con为市民每天蔬菜平均消耗量，约为274 g ·d-1，Bw为市民平均体重，约为60 kg[21]. 1.4.2 目标危险系数(THQ)THQ(target hazard quotient)是以测定的人体摄入剂量与参考剂量的比值为评价标准. 该方法用于单一污染物评价，假设人体摄入剂量等于吸收剂量.
THQ=EDI/ADI
式中，ADI (acceptable daily intake)为每日允许摄入量[μg·(kg·d)-1]，其值参考GB 2763-2014(食品安全国家标准，食品中农药最大残留限量)，具体见表 3.若THQ＜1，则无显著健康风险；若THQ＞1，暴露人群有明显健康风险. THQ值越大，相应的风险越大. | 表 3 市民食用蔬菜有机磷农药摄入量与相关的健康风险评价1) Table 3 Estimated daily intake and potential health risk of OP through vegetable consumption |
HI(hazard index)用于评价复合污染的健康风险. 公式如下：
若HI＜1，表明复合污染无显著健康风险；若HI＞1，则存在明显健康风险.HI值越大，相应的风险越大.
1.5 质量控制11种有机磷混合标准溶液购自农业部环境保护科研监测所，标准值为50 μg·mL-1，溶剂为丙酮. 方法回收率为90%~105%，检出限范围1~6 μg·kg-1. 有机磷农药含量以蔬菜鲜重为基准.
2 结果与讨论 2.1 长春市郊区蔬菜中有机磷农药残留量图 1可见，长春市郊区采集的3种类型7个品种214个蔬菜样品中，有机磷农药检出率为92.1%，其中23.4%样品有机磷含量超过国家食品限量值(MRL)，68.7%样品低于MRL；未检测到有机磷农药的样品仅占7.9%.不同种类蔬菜超标率的顺序依次为：葱(82.5%)＞萝卜(37.5%)＞辣椒(17.2%)＞白菜(14.3%)＞黄瓜(3.2%)＞茄子(2.9%)＞西红柿(0%).从植物类型看，叶菜类蔬菜(包括葱与白菜)超标率最大为54.4%，其次是根茎类(萝卜)为37.5%，茄果类蔬菜(包括辣椒、黄瓜、茄子与西红柿)超标率最低为5.4%.
 | 图 1 长春市郊区不同种类蔬菜中有机磷农药复合污染比例 Fig. 1 Percentages of different vegetables contamination by combined OP |
叶菜类蔬菜农药超标率高，原因可分析如下：①叶菜更易受虫害；②叶菜类蔬菜表面积较大，更易沾染喷洒的农药[2, 13].茄果类蔬菜农药超标率最低，原因：①茄果类蔬菜含水率较高，相比低含水率蔬菜，农药浓度会降低；②蔬菜含水率高，会促进农药降解[2].根茎类蔬菜中有机磷农药可能由根系从土壤吸收，也可能由沾染农药的叶茎进入根系，对其来源还需进一步研究.
表 1统计了11种有机磷农药在蔬菜中的检出率与超标率.有机磷农药检出率的顺序依次为：二嗪农(82.2%)＞甲拌磷(45.8%)＞乐果(29.4%)＞甲基对硫磷(27.6%)＞氧化乐果(23.8%)＞敌敌畏(22.9%)＞杀螟硫磷(21%)＞倍硫磷(18.7%)＞对硫磷(18.2%)＞甲胺磷(17.3%)＞马拉硫磷(12.1%).可见，二嗪农与甲拌磷是该区域最常用的蔬菜杀虫剂.49.5%蔬菜中检测到1种以上的有机磷农药.这表明防治蔬菜病虫害时，为降低害虫的耐药性，多种有机磷农药复合或交替喷洒很普遍，也可能与农药本身含多种成分有关[13, 22, 23].
表 2可见，11种有机磷在蔬菜中检出的最大值、最小值与算术平均值.其平均含量依次为：敌敌畏(83.64 μg·kg-1)＞甲胺磷(81.52 μg·kg-1)＞二嗪农(50.32 μg·kg-1)＞对硫磷(15.39 μg·kg-1)＞氧化乐果(8.44 μg·kg-1)＞甲拌磷(7.59 μg·kg-1)＞甲基对硫磷(6.73 μg·kg-1)＞乐果(6.4 μg·kg-1)＞倍硫磷(6.33 μg·kg-1)＞杀螟硫磷(3.83 μg·kg-1)＞马拉硫磷(1.41 μg·kg-1).
| 表 2 长春市郊新鲜蔬菜有机磷农药统计(n=214)/μg·kg-1 Table 2 concentrations in fresh vegetables collected from Changchun (n=214)/μg·kg-1 |
表 1、2可见，不同类型蔬菜中检出的农药种类不同.白菜中主要检出的有机磷为二嗪农(85.7%)和甲拌磷(42.9%)，平均农药含量残留相对较高的农药是敌敌畏(23.9 μg·kg-1)，其次是二嗪农(23.3 μg·kg-1)，两者超标率均为3.6%.葱中除马拉硫磷(47.5%)外,其余10种有机磷检出率均大于50%；平均含量较高的农药为甲胺磷(379.0 μg·kg-1)、敌敌畏(345.8 μg·kg-1)、二嗪农(178.9 μg·kg-1)和对硫磷(51.6 μg·kg-1)，其超标率分别为50%、52.5%、5.0%与57.5%.这说明葱被普遍喷洒农药用于防治虫害，残留量大，且农药混用情况很普遍.但秋季的葱在长春常用于冬季储存，从农田到餐桌，生产环节多，周期长，因自然降解等因素农药含量可能会降低.根茎类蔬菜萝卜中主要检出的有机磷为二嗪农(81.3%)、乐果(50%)与甲基对硫磷(50%)，其平均农药含量残留相对较高的农药是甲胺磷(34.5 μg·kg-1)和二嗪农(57.3 μg·kg-1).茄果类蔬菜检出率最高的农药也是二嗪农，范围为52.9%～91.7%.辣椒与茄子中的甲拌磷检出率也较高，分别为62.1%和50.0%. 黄瓜中平均含量较高的为甲胺磷(44.9 μg·kg-1)和敌敌畏(40.5 μg·kg-1)，其超标率均为3.2%；辣椒中平均含量较高的为敌敌畏(58.3 μg·kg-1)和二嗪农(55.2 μg·kg-1)，其超标率分别为3.4%和6.9%. 茄子与西红柿中有机磷农药检出率与超标率均很低，这可能是茄子和西红柿农药使用量小，也可能是已更换其他类型农药.总体看，茄果类蔬菜农药相对于叶菜类检出率高，但超标率却低于叶菜类，这说明茄果类蔬菜有机磷农药使用量相对于叶菜类小，但增加了农药种类，也就是说明茄果类蔬菜农药混用情况较普遍.
与南京地区[12]及一些发展中国家(如委内瑞拉[20]、加纳[3]、泰国[2]和埃及[24])的蔬菜有机磷含量相比，本地区蔬菜中甲拌磷、乐果和甲基对硫磷平均含量更低.但检出率普遍高于上述地区.这表明有机磷农药在长春被普遍用于防治蔬菜害虫，但使用量小于上述地区.
中国全面禁止高毒有机磷农药甲胺磷、甲基对硫磷和对硫磷在农业上使用的时间起于2007年. 但禁止农药有检出，比如葱中甲胺磷(379.0 μg·kg-1)、甲基对硫磷(25.6 μg·kg-1)和对硫磷(51.6 μg·kg-1)超标率分别为50.0%、40.0%和57.5%.因此，为降低蔬菜中农药残留量，建议：①加强农药的生产、销售与管理，严禁生产、购买和使用甲胺磷、甲基对硫磷和对硫磷等已禁高毒农药；②提高菜农安全使用农药意识，严格遵守农药使用范围与条件；③加强市售蔬菜的常规监测工作；④注重研发高效、低毒和低残留农药以及生物农药等.
2.2 有机磷农药日输入量(EDI)表 3为长春市民食用蔬菜有机磷农药日摄入量.根据文献[21]报道，成年市民每天平均消耗蔬菜量约为274 g ·d-1，由此计算得出，max EDI值甲胺磷最大，为17.845 μg·(kg·d)-1，敌敌畏次之，为7.193 μg·(kg·d)-1，二嗪农再次之，为6.616 μg·(kg·d)-1. max EDI值按顺序依次为：甲胺磷>敌敌畏>二嗪农>杀螟硫磷>对硫磷>氧化乐果>倍硫磷>乐果>甲基对硫磷>甲拌磷>马拉硫磷.其中，甲胺磷、氧化乐果、敌敌畏与二嗪农分别高出相应的ADI值4.5、4.4、1.8和1.3倍.
表 3可见，敌敌畏ave EDI最大，为0.382 μg·(kg·d)-1，甲胺磷次之，为0.372 μg·(kg·d)-1，二嗪农再次之，为0.230 μg·(kg·d)-1. 总体上，ave EDI 值按顺序依次为：敌敌畏＞甲胺磷＞二嗪农＞对硫磷＞氧化乐果＞甲拌磷＞甲基对硫磷＞倍硫磷≈乐果＞杀螟硫磷＞马拉硫磷. 所测11种有机磷的ave EDI均低于相应的ADI值.
2.3 食用蔬菜引起的健康风险评价表 3可见，max THQ值按顺序依次为：甲胺磷＞氧化乐果＞敌敌畏＞二嗪农＞甲拌磷＞乐果＞对硫磷＞杀螟硫磷＞甲基对硫磷＞倍硫磷＞马拉硫磷. 其中，甲胺磷、氧化乐果、敌敌畏和二嗪农max THQ大于1. 从复合污染看，由蔬菜最大有机磷农药含量计算HI值为14.194. 其中，甲胺磷、氧化乐果、敌敌畏和二嗪农贡献率分别为31.4%、30.7%、12.7%和9.3%. 这表明从蔬菜最大有机磷农药含量看，甲胺磷、氧化乐果、敌敌畏和二嗪农等农药对人体健康危害大.
表 3可见，ave THQ值按顺序依次为：氧化乐果＞敌敌畏＞甲胺磷＞甲拌磷＞二嗪农＞对硫磷＞乐果＞甲基对硫磷＞倍硫磷＞杀螟硫磷＞马拉硫磷.其中，氧化乐果、敌敌畏、甲胺磷与甲拌磷的贡献率分别为27.8%、20.7%、20.1%与10.7%. 11种有机磷ave THQ均小于1，这表明从单一有机磷农药平均含量看，因食用蔬菜，市民无显著健康风险. 从复合污染来看，由蔬菜平均有机磷农药含量计算HI值为0.462，也小于1.这表明从蔬菜平均有机磷农药含量看，无论是单一污染，还是复合污染，均不会对市民造成明显的健康风险.
本研究中并未考虑特殊群体，如儿童等，有研究表明有机磷农药对学龄儿童(school-age children)的神经系统发育有致命性的危害，会严重影响儿童智力[25].同时，时间所限，本研究并未考虑采集季节对农药含量的影响. Bhanti等[26]对印度北部蔬菜研究发现冬季蔬菜有机磷含量比夏季和雨季时高.另外，蔬菜从采摘、运输到餐桌，时间长，在洗涤、烹饪等制作过程会影响农药含量.因此，对蔬菜农药含量以及带来的健康风险还需进一步研究.
3 结论(1)叶菜类蔬菜有机磷农药超标率最高，根茎类次之，茄果类蔬菜超标率最低.
(2)从测定的蔬菜中有机磷农药平均浓度看，目前蔬菜中的有机磷农药不会对市民造成明显的健康风险，但仍有高毒农药检出，应加强管理.
| [1] | Li H Z, Mehler W T, Lydy M J, et al. Occurrence and distribution of sediment-associated insecticides in urban waterways in the Pearl River Delta, China[J]. Chemosphere, 2011, 82 (10): 1373-1379. |
| [2] | Sapbamrer R, Hongsibsong S. Organophosphorus pesticide residues in vegetables from farms, markets, and a supermarket around Kwan Phayao Lake of Northern Thailand[J]. Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 2014, 67 (1): 60-67. |
| [3] | Godfred D, Osei A. Dietary intake of organophosphorus pesticide residues through vegetables from Kumasi, Ghana[J]. Food and Chemical Toxicology, 2008, 46 (12): 3703-3706. |
| [4] | Alavanja M C R, Hoppin J A, Kamel F. Health effects of chronic pesticide exposure: Cancer and neurotoxicity[J]. Annual Review of Public Health, 2004, 25: 155-197. |
| [5] | Bouchard M F, Chevrier J, Harley K G, et al. Prenatal exposure to organophosphate pesticides and IQ in 7-Year-Old children[J]. Environmental Health Perspectives, 2011, 119 (8): 1189-1195. |
| [6] | Engel S M, Wetmur J, Chen J, et al. Prenatal exposure to organophosphates, paraoxonase 1, and cognitive development in childhood[J]. Environmental Health Perspectives, 2011, 119 (8): 1182-1188. |
| [7] | Handal A J, Lozoff B, Breilh J, et al. Effect of community of residence on neurobehavioral development in infants and young children in a flower-growing region of Ecuador[J]. Environmental Health Perspectives, 2007, 115 (1): 128-133. |
| [8] | Jurewicz J, Hanke W. Prenatal and childhood exposure to pesticides and neurobehavioral development: Review of epidemiological studies[J]. International Journal of Occupational Medicine and Environmental Health, 2008, 21 (2): 121-132. |
| [9] | Swarnam T P, Velmurugan A. Pesticide residues in vegetable samples from the Andaman Islands, India[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2013, 185 (7): 6119-6127. |
| [10] | Muñoz-Quezada M T, Iglesias V, Lucero B, et al. Predictors of exposure to organophosphate pesticides in schoolchildren in the Province of Talca, Chile[J]. Environment International, 2012, 47: 28-36. |
| [11] | Bai Y H, Zhou L, Wang J. Organophosphorus pesticide residues in market foods in Shaanxi area, China[J]. Food Chemistry, 2006, 98 (2): 240-242. |
| [12] | Wang L G, Liang Y C, Jiang X. Analysis of eight organophosphorus pesticide residues in fresh vegetables retailed in agricultural product markets of Nanjing, China[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2008, 81 (4): 377-382. |
| [13] | Li W H, Tai L Y, Liu J X, et al. Monitoring of pesticide residues levels in fresh vegetable form Heibei Province, North China[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2014, 186 (10): 6341-6349. |
| [14] | 李俊, 张崇玉, 赵为武. 贵阳市蔬菜农药残留现状初步分析[J]. 山地农业生物学报, 2010, 29 (2): 181-184. |
| [15] | 孙胜龙, 李雪飞, 刘歆瑜. 长春市主要蔬菜中农药残留分析[J]. 生态环境, 2005, 14 (2): 214-217. |
| [16] | 吉林省统计局. 2011年吉林统计年鉴[M]. 北京: 中国统计出版社, 2012. |
| [17] | Chen C, Qian Y Z, Liu X J, et al. Risk assessment of chlorpyrifos on rice and cabbage in China[J]. Regulatory Toxicology and Pharmacology, 2012, 62 (1): 125-130. |
| [18] | Torres C M, Picó Y, Mañes J. Determination of pesticide residues in fruit and vegetables[J]. Journal of Chromatography A, 1996, 754 (1-2): 301-331. |
| [19] | Gobo A B, Kurz M H S, Pizzutti I R, et al. Development and validation of methodology for the determination of residues of organophosphorus pesticides in tomatoes[J]. Journal of the Brazilian Chemical Society, 2004, 15 (6): 945-950. |
| [20] | Quintero A, Caselles M J, Ettiene G, et al. Monitoring of organophosphorus pesticide residues in vegetables of agricultural area in Venezuela[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2008, 81 (4): 393-396. |
| [21] | Zhuang P, McBride M B, Xia H P, et al. Health risk from heavy metals via consumption of food crops in the vicinity of Dabaoshan mine, South China[J]. Science of the Total Environment, 2009, 407 (5): 1551-1561. |
| [22] | Kneževi Dć Z, Serdar M. Screening of fresh fruit and vegetables for pesticide residues on Croatian market[J]. Food Control, 2009, 20 (4): 419-422. |
| [23] | Chowdhury M A Z, Fakhruddin A N M, Islam M N, et al. Detection of the residues of nineteen pesticides in fresh vegetable samples using gas chromatography-mass spectrometry[J]. Food Control, 2013, 34 (2): 457-465. |
| [24] | Dogheim S M, El-Marsafy A M, Salama E Y, et al. Monitoring of pesticide residues in Egyptian fruits and vegetables during 1997[J]. Food Additives and Contaminants, 2002, 19 (11): 1015-1027. |
| [25] | Eskenazi B, Kogut K, Huen K, et al. Organophosphate pesticide exposure, PON1, and neurodevelopment in school-age children from the CHAMACOS study[J]. Environmental Research, 2014, 134: 149-157. |
| [26] | Bhanti M, Taneja A. Contamination of vegetables of different seasons with organophosphorous pesticides and related health risk assessment in northern India[J]. Chemosphere, 2007, 69 (1): 63-68. |