重金属镉在自然界中广泛分布，它可以通过植物根系的吸收，最终在农产品中累积。进入食品中的镉主要在人体的肾脏和肝脏中积累，且长期暴露会引起肺炎、肺气肿、肠胃炎，在骨骼中积累会造成骨骼软化、变形、骨折、萎缩^{[1, 2]}，从而对人类健康造成不同程度的威胁。环境中的镉可经过呼吸道吸入、皮肤接触、膳食等多种途径进入人体，其中食物消费是人体暴露的最主要途径。在我国的饮食结构中，稻米是城乡居民日常消费的主要粮食作物。水稻对镉的耐受力强，但也是极易吸收和积累镉的粮食作物^[3]，因此有必要对稻米镉污染的总体状况及人体摄入量的健康风险进行评估。

目前，国内外学者已就重金属镉摄入量的健康风险评估开展了一些工作。王振兴等^[4]分析了韶关市大宝山矿周边的土壤、蔬菜及大米中镉的含量状况，并对其相应风险进行了分析，发现蔬菜和稻米中的镉含量分别高出限量标准的7倍和5倍，其中对镉暴露的主要贡献来源于稻米。Chabukdhara等^[5]研究了印度Ghaziabad城市土壤中重金属的污染情况，分别评估了儿童和成年人的重金属暴露风险，发现该地区儿童存在较大的镉过量摄入风险。上述研究都是基于点估计法对特定地区开展的调查，无法获取不同概率下的膳食风险大小，而且没有考虑到测量数据的不确定性和变异性。福建省水稻种植面积超过8200 km2，年产量503.8 万 t，约占中国水稻总产量的2.5%^[6]，但至今尚未对全省区域稻米中重金属镉的风险进行系统评估。

为此，本文以福建全省区域的水稻稻米为研究对象，全面测定了稻米样品中的重金属镉含量，应用单因子污染指数法、概率模型分别进行稻米超标评价和膳食暴露评估，并通过风险熵推断稻米中的镉是否对人体健康造成危害，以期能够更好地了解福建地区水稻稻米暴露于重金属镉的基本状况，同时可以为引导市场消费和公众卫生健康提供理论依据。

本研究于2013年的收获季节，通过田间现场抽样和委托县级农产品质检机构抽样方式，分别在福建省的福州市、莆田市、三明市、泉州市、南平市、龙岩市、宁德市和漳州市各抽样45、27、36、27、75、1167、54份和27份，共计1458份稻谷样品，包括早稻489份、中稻483份和晚稻486份。所选大部分县市的水稻产量均在 10 万 t 以上。其中龙岩是福建水稻的主产县市，2012年稻谷播种面积约占全省的18.2%，产量约占全省的20.0%（参考中国龙岩网），因此加大了龙岩市的稻谷样品采集量。据福建统计局的数据显示：2012年福建省早稻播种面积占全省的24.3%，产量占全省的24.0%；中稻播种面积占全省的37.1%，产量占全省的38.3%；晚稻播种面积占全省的38.6%，产量占全省的37.7%（图 1）。采样方式为田间现场抽样，在水稻种植面积3.33 hm2以上的田块选择有代表性的稻田5块，每块田采用梅花点取样法，每点取代表性2株左右，共50株混合为一个稻谷样品，每份稻谷样品量保证干燥后籽粒总量在1 kg以上。

图 1 2012年福建省水稻品种种植情况（数据来源于福建统计局） Figure 1 Planting area and yields of different rice varieties in Fujian in 2012

图选项

稻谷样品用脱壳机（JLG-II，成都粮食仪器厂）脱壳，然后通过精米机（SDJ-100，杭州汇尔仪器公司）将糙米脱糠得到精米，再将精米用磨样机（JSFM-I，成都粮食仪器厂）磨成粉末，贮于干净塑封袋中备用。

样品消解过程参考GB/T 5009.15—2003中的湿法消解进行。称取0.2 g粉碎均匀的样品与8.0 mL硝酸溶液混合，加热至110 ℃消化到1 mL左右，冷却后加入2 mL双氧水溶液，再经110 ℃消化至1 mL左右，取下定容至10 mL，上机待测。同时做空白试验，每个样品均设2个重复，同时在测定过程中不同批次前处理的样品均回测1次标准溶液。分析所用的试剂均为优级纯，所用的水均为超纯水。检测仪器使用PerkinElmer公司生产的石墨炉原子吸收光谱仪（GF-AAS，PinAAcle 900Z）。样品分析过程中加入大米标准物质GBW10010和GBW10045进行对照试验，以确保数据的准确性和监测仪器的稳定性，标准物质均来自国家标准物质中心。从表 1可以看出，标准物质GBW10010和GBW10045测定数据较集中，并且平均值接近标准值，说明精密度高，准确度也很高，符合质控要求。

表 1 大米标准物质镉含量 Table 1 Contents of Cd in rice reference material

表选项

采用单因子污染指数法对福建省稻米镉进行污染评价，其计算公式如下^[7]：

式中：PI为稻米中重金属镉的污染指数；Ci为稻米中重金属镉的实测浓度，mg·kg^-1；Si为稻米中重金属镉的限量标准，mg·kg^-1。当PI≥1时，说明稻米被重金属镉所污染；当PI＜1时，说明稻米未受到重金属镉污染。

暴露评估参照美国环境保护署（USEPA）发布的化学污染物健康风险评估模型，采用月暴露量（CDI）对福建省稻米中重金属镉对人群健康风险进行评估。暴露量评估公式如下^[8]：

以食品中镉每月可耐受摄入量（PTMI）为标准进行评价，通过膳食暴露量 CDI 和镉的 PTMI 计算风险熵（HQ），并以此来表征稻米中重金属镉的风险大小。当 HQ＜1时，说明稻米中的镉不会对人体健康产生危害；当 HQ≥1 时，表明稻米中的镉存在对人体健康产生不利影响的风险，并且这种风险随着数值的增大而增大。风险熵计算公式如下^[9]：

应用基于Monte Carlo模拟技术的Crystal Ball软件对福建省稻米中重金属镉的CDI和HQ进行模拟，每次模拟过程循环次数均选择10 000次。稻米中镉的模拟概率模型相关参数详见表 2。

表 2 稻米中镉的模拟概率模型参数 Table 2 Parameters for probability model of Cd in rice samples

表选项

在Monte Carlo模拟过程中，由于100%的百分位数是个理论极值，因此在风险评估过程中，通常采用HQ的平均值、中位数、95%、97.5%和99.5%高暴露位点作为指标进行分析^[14]。

采用Origin Pro9.0和Crystal Ball软件进行数据和统计分析，同时完成相关图表制作。

1458份稻米样品的镉检测结果（图 2）表明：稻米中镉的检出率达到100%，所测样品的镉含量范围在0.001～1.158 mg·kg^-1之间，并且呈高度右偏分布。根据《食品中污染物限量标准》（GB 2762—2012），大米中镉 ≤0.2 mg·kg^-1[15]，对照图 2中的数据可知，所抽检的稻米大部分是符合标准要求的，但其中仍有部分样品含量超出限量标准。由此可见，福建省稻米中镉含量的总体合格率比较高。镉含量超标的稻米主要集中在龙岩、三明和南平等地区，其中镉含量的最大值达到了1.158 mg·kg^-1，约为限量标准的6倍。

图 2 稻米样品中镉含量分布 Figure 2 Distribution of Cd contents in rice samples

图选项

应用基于Monte Carlo模拟技术的Crystal Ball软件对所得到的稻米镉含量检测数据进行概率分布拟合，结果如图 3所示。图中左侧的纵坐标表示概率累积曲线的概率值，右侧的纵坐标表示频率分布直方图的频率密度值，下同。

由图 3拟合结果可以看出，稻米中重金属镉含量数据服从对数正态分布，绝大多数稻米中镉含量相对较低。应用单因子污染指数PI来评定福建地区稻米受到镉污染的情况，采用分项污染指标对测定数据讲行处理，以增加分析结果的精度，PI的概率分布结果如图 4所示。

图 3 稻米中重金属镉含量数据分布拟合情况 Figure 3 Fitting distribution of cadmium contents in rice samples

图选项

单因子污染指数能直观地反映稻米是否受到重金属污染。从图 4可以看出，福建省稻米镉的PI值在绝大多数百分位数上都小于1，而在95%、97.5%和99.5%高暴露位点的PI值都大于1，说明抽样区域中只有部分稻米受到了重金属镉污染，并且受镉污染样品的概率仅为5%左右。

图 4 稻米重金属镉的单因子污染指数 Figure 4 Index of cadmium pollution in rice samples

图选项

参照表 2中的相关参数，利用基于Monte Carlo模拟的Crystal Ball软件对稻米中镉的CDI进行模拟，结果如图 5所示。

图 5 稻米镉月暴露量概率分布情况 Figure 5 Probability distribution of CDI for cadmium

图选项

福建省稻米中镉的CDI模拟结果显示：居民摄食稻米中镉的CDI平均值为1.04E-02 mg·kg^-1·月^-1，中位数为6.06E-03 mg·kg^-1·月^-1，95%、97.5%和99.5%高暴露位点镉的CDI分别为3.36E-02 mg·kg^-1·月^-1，4.68E-02、8.91E-02 mg·kg^-1·月^-1。将稻米镉CDI与FAO/WHO食品添加剂联席专家委员会（JECFA）推荐的镉PTMI（表 2）进行比较，发现通过食用稻米途径，稻米中镉的CDI在绝大多数百分位数上都要小于PTMI，但其高暴露位点的暴露量均超过镉的PTMI。

在CDI分析的基础上，采用Crystal Ball软件模拟通过食用稻米途径摄入重金属镉的HQ概率分布，结果如图 6所示。

图 6 稻米中镉风险熵评估结果 Figure 6 Result of risk assessment of cadmium in rice samples

图选项

稻米中镉的HQ模拟结果显示：福建省稻米中镉HQ的平均值为4.18E-01，中位数为2.43E-01，高暴露位点95%、97.5%和99.5%上的HQ值分别为1.34、1.87和3.56。表 3将不同百分位镉的HQ值进行了统计，发现福建省稻米镉的HQ值在绝大多数百分位数上都要小于1，因此本次所检的大部分稻米中镉的含量对普通人群是没有风险的，但稻米中镉的高暴露位点百分位上的HQ值均大于1。以HQ大于1时可能对人体健康产生风险来评估，通过食用稻米对普通人群带来镉危害的概率约为8.67%。

表 3 稻米中镉的CDI和HQ百分位数 Table 3 Percentiles of CDI and HQ of cadmium in rice samples

表选项

通过Monte Carlo模拟了不同季别摄食稻米中镉的HQ，初步比较了不同季别稻米重金属镉的积累差异（表 4）。从表 4可以看出，晚稻稻米镉HQ在高暴露位点上的值均为最大，中稻次之，早稻最低，风险概率顺序为早稻＜中稻＜晚稻，说明不同季别水稻间稻米镉积累含量存在一定差异，而晚稻对镉的吸收积累能力更强。

表 4 不同季别水稻稻米中镉的风险熵及风险概率 Table 4 HQ and risk probability of cadmium in different season rice samples

表选项

稻米是我国居民的主要消费食品，随着人们生活水平的不断提高，稻米的健康风险问题也越来越受到重视。本研究对福建全省区域（福州、莆田、三明、泉州、南平、龙岩、宁德和漳州）的稻米进行了抽检，运用单因子污染指数法进行稻米污染评价，同时基于Monte Carlo模拟的Crystal Ball软件对稻米中镉的健康风险进行了全面评估。研究结果表明，所检稻米中仅有部分样品受到了重金属镉污染，但通过食用稻米这条途径，福建居民存在重金属镉过量积累的风险。本研究结果可以更为真实地反映福建地区稻米重金属镉污染的状况及膳食暴露的潜在风险，以期更好地保障人群健康。

从本研究中的稻米镉超标情况来看，稻米中的镉仅有约5%超出我国食品卫生标准值（0.2 mg·kg^-1，图 2），可见虽然稻米中的镉含量总体处于安全水平，但仍然有部分样品存在安全隐患，说明福建省部分区域稻米的生长环境已经受到了一定程度的镉污染，这与我国其他省份报道结果基本一致。张良运等^[16]对南方江西、湖南、安徽和广东等典型产地稻米重金属含量进行分析，结果显示，南方部分产地稻米中镉的含量有相当比例超过国家食品卫生标准限量值，消费人群存在不同程度的镉暴露风险。本次调查分析结果显示，福建省稻米镉超标的样品主要集中在龙岩、三明和南平等地区，其原因可能与这些区域的地质和土壤性质有关。任荣富等^[17]通过研究重金属在土壤与稻米中的分布及其相关性中发现，土壤酸碱度直接影响生物对重金属的吸收，土壤pH值为5.0时，稻米中镉含量达最高值，pH值为5.65时稻米含镉量为最小，并随土壤酸度减弱而降低。另外，土壤中肥料应用情况及有机质含量等因素也都影响着土壤对重金属的吸收，从而间接影响土壤中重金属对种植作物的生物毒性^[18]。因此，为控制稻米中重金属镉污染，应当优先对土壤重金属污染的治理加以考虑。有关稻米-土壤中镉含量的相关性问题有待进一步研究。

本研究首次使用国际上普遍采用的非参数概率法对福建省稻米镉进行了风险评估，概率评估模型主要通过Monte Carlo模拟来量化数据的变异性。许多研究由于缺乏大量的基础数据，一般采用计算的方式得到人群平均风险值^{[19, 20, 21, 22, 23, 24]}，这样就产生了很大的不确定性，并且评估结果也不具有代表性。Monte Carlo模拟通过用计算机多次的运算，采用随机抽样方式从重金属含量数据中抽取随机数来模拟个体的暴露量，拟合出的风险更加接近实际，近年来也逐渐在农产品风险评估中使用。Kim等^[25]通过概率模型对韩国人口饮食摄入镉的情况进行了研究，发现食用稻米是人群镉暴露的主要来源，稻米中镉含量及稻米消费量对镉暴露的贡献较大。苏倩怡^[26]根据收集到的1044个贝类样品的检测数据，建立了贝类中重金属镉风险评估中膳食暴露非参数概率评估模型。本研究的评估结果表明，通过食用本地稻米，福建居民存在重金属镉过量积累的风险概率达到了8.67%左右，这一评估结果可能存在一定的偏差。主要原因是本次评估并没有在当地开展膳食消费量调查，缺乏完整的稻米膳食消费量信息，评估模型中使用的稻米消费量和相关参数均参考了文献报道值，尤其是稻米消费量可能与镉暴露的程度有很大的关系。因此，为减少健康风险的发生概率，可以优先考虑在日常饮食中减少稻米的摄入量。本研究结果还表明，晚稻稻米镉积累高于中稻和早稻，即水稻对镉的吸收累积受季别的影响较大，这可能与不同季别水稻对镉的吸收累积量或栽培季节的气候环境不同有关。

此外，由于重金属镉进入人体的方式有很多种，如大气呼吸、饮用水和外界接触等，而本次研究中仅考虑膳食途径作为单一的暴露源进行评估，未考虑其他途径摄入重金属镉的影响，导致评估结果可能存在一定的不确定性。因此，今后还需要进一步完善模型和评估中涉及的相关参数，使风险评估结果更为全面和可靠。

（1）福建地区稻米的镉污染状况总体较轻，与《食品中污染物限量标准》（GB 2762—2012）中的限量值相比较，95%左右的样品中镉含量低于限量标准。

（2）就重金属镉引起的健康风险而言，通过食入途径对普通人群带来镉危害的概率约为8.67%，而实际镉的超标率仅为5%左右，可能与稻米每日摄入量过多有关。因此，建议相关部门加强对居民合理均衡膳食的宣传，控制稻米日摄入量，以降低其对人体膳食健康的影响。

（3）不同季别稻米中的镉含量存在一定差异，总体上早稻对镉的吸收能力比中稻和晚稻低，因此可以考虑加大早稻的种植比例，以降低重金属镉的暴露风险。