鄭州沿黃地區(qū)養(yǎng)殖魚類中重金屬污染與健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

張小磊，王晶晶，安春華，李春發(fā)，梁少民

1.河南省科學(xué)院地理研究所，河南 鄭州 450052；2.鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院，河南 鄭州 450052

魚類富含對(duì)人體健康有益的高蛋白、低飽和脂肪酸和歐米伽脂肪酸，是人體蛋白質(zhì)補(bǔ)充的重要來(lái)源（Guerin et al.，2011；覃東立等，2014），對(duì)人類體力和智力的發(fā)展具有重大作用，受到世界各地消費(fèi)者的喜愛，被視為日常生活中最為常見的食物之一。然而，近些年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生產(chǎn)、生活活動(dòng)強(qiáng)度不斷加大，導(dǎo)致大量重金屬進(jìn)入水體，引起水體重金屬污染，并通過(guò)食物鏈進(jìn)入魚類體內(nèi)（Qin et al.，2015；Yi et al.，2008）。魚類吸收重金屬后不能完全通過(guò)生物代謝作用排出體外，造成重金屬在魚體中的存留與累積（顧佳麗，2012），產(chǎn)生潛在的致癌、致畸、致突變風(fēng)險(xiǎn)（Sfakianakis et al.，2015；謝文平等，2014），帶來(lái)魚類的食用安全問(wèn)題，已引起人們的高度關(guān)注。

目前，不同水體中魚類重金屬的相關(guān)研究資料有很多，主要集中在長(zhǎng)江（Yi et al.，2017；Fu et al.，2013；曾樂(lè)意等，2012；余楊等，2013；張菲菲等，2017）、珠江（Liang et al.，2016；Kwok et al.，2014；謝文平等，2010）等流域，它們不同程度地揭示了各研究區(qū)域魚類中重金屬污染的特征及其健康風(fēng)險(xiǎn)，具有十分重要的理論和實(shí)踐意義。已有的研究結(jié)果表明，黃河及其沿岸地區(qū)（簡(jiǎn)稱沿黃地區(qū)，下同）水體（Zuo et al.，2016）、沉積物（敖亮等，2012；焦保玉等，2015）和土壤（張鵬巖等，2013）中都存在一定程度的重金屬污染問(wèn)題，這可能會(huì)對(duì)沿黃地區(qū)魚類中重金屬含量及食用安全造成影響，危害人體健康，故亟需開展魚類重金屬污染與健康評(píng)估的相關(guān)研究，但目前該地區(qū)此類研究尚為缺乏。由于鄭州市的魚類供應(yīng)主要來(lái)自人工養(yǎng)殖，隨著人們對(duì)魚類產(chǎn)品質(zhì)量安全及養(yǎng)殖環(huán)境關(guān)注度的提高，開展沿黃地區(qū)養(yǎng)殖魚類中重金屬污染與健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

沿黃地區(qū)緊鄰鄭州市區(qū)，便利的水利和交通條件已使該地發(fā)展成為鄭州市及其周邊地區(qū)重要的水產(chǎn)品養(yǎng)殖與銷售集散地。本研究選取黃河南岸養(yǎng)殖魚類中較為常見的鯽魚（Carassius auratus）、鯉魚（Cyprinus carpio）、草魚（Ctenopharyngodon idellus）和鰱魚（Hypophthalmichthys molitrix）為研究對(duì)象，分析魚類體內(nèi)重金屬含量水平及污染特征，并采用健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型開展食用安全健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，旨在為了解沿黃地區(qū)養(yǎng)殖魚類中重金屬污染水平、開展環(huán)境及水產(chǎn)品安全評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

采樣點(diǎn)分布于沿黃地區(qū)的鞏義市、滎陽(yáng)市、惠濟(jì)區(qū)和中牟縣等4市縣（圖1）。

圖1 采樣位置分布示意Fig.1 Location of the sampling sites

分別于2016年10月和2017年4月對(duì)樣地漁場(chǎng)內(nèi)鯽魚、鯉魚、草魚和鰱魚4種常見經(jīng)濟(jì)魚類進(jìn)行采樣，共采集魚類樣品133尾。樣品采集后迅速冷藏并帶回實(shí)驗(yàn)室，測(cè)定魚類體長(zhǎng)、體重（表1）。解剖后取肌肉組織（用不銹鋼刀具剔除魚刺）50～100 g于-20 ℃冰箱中冷凍保存。所有采樣工具和保存容器事先均按要求清洗凈化。

1.2 樣品制備

測(cè)定前將樣品置于室溫下解凍，用去離子水沖洗兩遍后晾干，再用不銹鋼剪刀剪碎，放入組織破碎器中均漿，然后冷凍干燥并用研缽研磨成粉末。

表1 采集魚類樣品基礎(chǔ)參數(shù)Table1 Characteristics of the sampled fish species

準(zhǔn)確稱取0.5 g樣品粉末于消解罐中，分別加入6.0 mL HNO3和2.0 mL H2O2，浸泡1 h后，擰緊罐蓋，放入微波消解儀中進(jìn)行消解。待消解結(jié)束，冷卻后加入0.5 mL HNO3并轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用適量超純水洗滌消解罐內(nèi)壁多次，合并洗液后定容，混勻待測(cè)。實(shí)驗(yàn)中所用 HNO3和H2O2均為優(yōu)級(jí)純。

1.3 樣品測(cè)定方法

采用電感耦合等離子體發(fā)射質(zhì)譜法（ICP-MS，美國(guó) Thermofisher，ELEMENT-2型）測(cè)定樣品中Pb、Cr、Cd、Cu、Zn的含量，采用液相色譜-原子熒光光譜法（LC-AFS，北京海光，6000型）測(cè)定樣品中Hg和As含量（依照GB 2762—2017，本研究魚類樣品中的Hg和As分別指甲基Hg和無(wú)機(jī)As，下同）。

所有樣品進(jìn)行平行樣測(cè)定，以保證實(shí)驗(yàn)精度。采用加標(biāo)回收方法進(jìn)行質(zhì)量控制，每 10個(gè)樣品加入 2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW-10020），各元素加標(biāo)回收率在90.6%～108.2%之間。

1.4 魚類重金屬污染評(píng)價(jià)

采用均值型污染指數(shù)法進(jìn)行魚類重金屬污染評(píng)價(jià)，計(jì)算公式為：

式中，P為某種魚體內(nèi)重金屬綜合污染指數(shù)；n為重金屬種類個(gè)數(shù)；Pi為第i種重金屬的單一污染指數(shù)；Ci為第i種重金屬的實(shí)測(cè)值；Si為第i種重金屬的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

本研究以《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無(wú)公害水產(chǎn)品安全要求》（GB 18406.4—2001）、《食品中鋅限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13106—1991）和《食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)為參考確定Si（表 2）。

表2 魚類重金屬污染評(píng)價(jià)參考限量Table2 Reference limit of evaluation of heavy metal pollution in fish species

根據(jù)表3中的分別標(biāo)準(zhǔn)對(duì)P進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)（楊晨馳等，2013）。

1.5 重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

表3 魚類重金屬污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table3 Classification standard of heavy metal pollution index in fish species

采用目標(biāo)危害系數(shù)（Target Hazard Quotient，THQ）評(píng)估魚類體內(nèi)單一重金屬對(duì)人體健康所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)（USEPA，2011），計(jì)算方法如下：

式中，EF為暴露頻率，365 d?a-1；ED為暴露時(shí)間，70 a；FIR為魚類攝入率，基于鄭州市居民飲食狀況調(diào)查資料，按26 g?person-1?d-1計(jì)算；C為魚類中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)（mg?kg-1）；RFD為參考劑量（mg?kg-1?d-1），見表 2；WAB為平均體質(zhì)量，60 kg；TA為平均暴露時(shí)間，25550 d。

該方法假定重金屬吸收劑量與攝入劑量相等，當(dāng)THQ大于1時(shí)，說(shuō)明暴露人群有明顯的健康風(fēng)險(xiǎn)，且該值越大，風(fēng)險(xiǎn)越大；反之，則不存在健康風(fēng)險(xiǎn)（Yang et al.，2013）。

由于多種重金屬可以共同作用對(duì)人體健康產(chǎn)生危害，重金屬的復(fù)合目標(biāo)危害系數(shù)（TTHQ）等于各重金屬的THQ之和，即：

式中，THQi為i種重金屬的目標(biāo)危害系數(shù)。

1.6 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel 2007和SPSS 17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 魚類中重金屬含量特征

沿黃地區(qū)養(yǎng)殖水體魚類中 Pb、Cr、Cd、Cu、Zn、Hg和As質(zhì)量分?jǐn)?shù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果（表4）表明：4種魚類中7種重金屬的檢出率都超過(guò)60%，其中，Cr、Cu和Zn更是全部檢出。所有樣品中Pb、Cr、Cd、Cu、Zn、Hg和 As的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍分別為 nd～1.183、0.010～1.413、nd～0.673、0.025～6.264、1.048～27.263、nd～0.476 和 nd～0.518 mg?kg-1，說(shuō)明不同重金屬在魚體中的含量水平差異較大（P＜0.05），平均含量表現(xiàn)為：Zn＞Cu＞Cr＞Pb＞As＞Hg＞Cd，且 Zn和 Cu的平均含量遠(yuǎn)高于其他重金屬。這可能是因?yàn)樽鳛樯匦璧奈⒘吭?，Zn、Cu更容易被魚體吸收，從而導(dǎo)致其在魚體中的含量水平偏高。

表4 沿黃地區(qū)養(yǎng)殖魚類中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)分析Table4 Statistical analysis of w of heavy metals in fish species

同市場(chǎng)售賣的魚類相比，沿黃地區(qū)養(yǎng)殖魚類中Pb、Cr、Cd、Cu、Zn、Hg和 As的平均含量與安徽蚌埠市市場(chǎng)售賣的相近（盛蒂等，2014）；除Hg外，其他6種重金屬的平均含量均低于北京農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)售賣的魚類的含量（劉平等，2011）。與珠江三角洲等自然水體中的魚類相比，本研究魚類Cd和Hg的平均含量處于較高水平，Pb和Zn處于相近水平，Cr、Cu 和 As則處于較低水平（謝文平等，2010）。與淡水貝類相比，本研究魚類重金屬的平均含量均處于較低水平（鄭翠玲等，2008）。這些差異可能是由魚類樣品的來(lái)源與數(shù)量、魚類自身的生物學(xué)特性及其生存環(huán)境的差異造成的。

2.2 不同魚類中重金屬含量差異

由圖2可知，不同魚類中重金屬平均含量存在較大的差異。就Pb、Cd、Cu、Zn而言，均以草魚最高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.325、0.074、1.525、8.232 mg?kg-1；其次是鯽魚和鯉魚，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.262、0.044、1.245、7.904 mg?kg-1和 0.259、0.039、1.135、7.114 mg?kg-1；以鰱魚最低，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 0.219、0.026、0.834、5.919 mg?kg-1。就 Cr、Hg而言，鯽魚最高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 0.498、0.081 mg?kg-1；鯉魚和草魚次之，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.484、0.073 mg?kg-1和 0.449、0.045 mg?kg-1；鰱魚最低，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.412、0.042 mg?kg-1。就As而言，鯽魚最高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.092 mg?kg-1；草魚和鯉魚次之，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 0.085 mg?kg-1和 0.069 mg?kg-1；鰱魚最低，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.048 mg?kg-1。

圖2 不同魚類中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.2 The w of heavy metals in different fish species

魚類生活習(xí)性和食性的不同是影響魚體內(nèi)重金屬含量差異的關(guān)鍵因素。本研究中4種魚類的生活習(xí)性各不相同：鯽魚是以植物為主食的雜食性魚類，一般生活在水體底層；鯉魚是底棲雜食性魚類，葷素兼食；草魚是草食性魚類，幼魚期也吃一些幼蟲、蚯蚓等葷食，喜居于水體的中下層和近岸多水草區(qū)；鰱魚是以浮游植物為主食的濾食性魚類，絕大多數(shù)時(shí)間活動(dòng)于水域的中上層。通常情況下，不同魚類中重金屬含量差異規(guī)律表現(xiàn)為：底層魚類高于中上層魚類、雜食性魚類高于植食性魚類（盛蒂等，2014；劉平等，2011）。這可以理解為與重金屬元素在魚體內(nèi)富集而產(chǎn)生的生物放大作用或與水體底層“泥-水”微界面重金屬釋放、遷移和轉(zhuǎn)化有關(guān)。換言之，即棲息于水體中下層的雜食性魚類，更容易接觸和吸收重金屬污染物質(zhì)，并通過(guò)食物鏈的延長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)級(jí)的增加，使重金屬在自身體內(nèi)積聚，從而導(dǎo)致這些魚類中重金屬含量水平的升高。本研究中，就水層空間分布而言，所有魚類均表現(xiàn)出了上述類似規(guī)律，然而，就食性而言，植食性的草魚中重金屬含量非但不低，大部分重金屬含量反而偏偏高。這與謝文平等（2010）的研究結(jié)論有所不同，而與劉平等（2011）對(duì)市場(chǎng)魚類的研究結(jié)論較為相似，可能是由不同水體中魚類的主要食物來(lái)源不同導(dǎo)致的。

2.3 魚類重金屬污染評(píng)價(jià)

現(xiàn)有的魚類重金屬評(píng)價(jià)研究中，污染指數(shù)法被廣泛采用。其中，重金屬單一污染指數(shù)可用于評(píng)價(jià)魚類中重金屬元素的累計(jì)污染程度，綜合污染指數(shù)可評(píng)價(jià)魚類的重金屬綜合污染程度。

依據(jù)魚類重金屬污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表3），重金屬單一污染指數(shù)評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5。

重金屬單一污染指數(shù)表明（表5），Pb有71.43%的樣品處于Ⅲ級(jí)輕污染水平以上，其中13.53%的樣品超出了標(biāo)準(zhǔn)限值，構(gòu)成嚴(yán)重污染；Cr、Cu、Zn和Hg多數(shù)樣品處于警戒水平以下，其中Cu和Zn更是有超過(guò)半數(shù)的樣品達(dá)到了清潔水平；Cd有超標(biāo)樣品出現(xiàn)，但超標(biāo)率很低，僅為4.51%，同樣以處于警戒水平以下的樣品為主；As相比其他重金屬污染程度較重，處于Ⅳ級(jí)中污染水平的樣品接近60%，并有12.78%的樣品超標(biāo)。

表5 魚類重金屬污染程度單一污染指數(shù)占比Table5 Proportion of single pollution index of heavy metal pollution in fish species %

結(jié)合表5和圖3可知，本研究中所有魚類重金屬污染均處于Ⅲ級(jí)輕污染水平，綜合污染指數(shù)具有種類差異，表現(xiàn)為草魚＞鯽魚＞鯉魚＞鰱魚，說(shuō)明草魚受到的重金屬綜合污染程度相對(duì)較重。研究發(fā)現(xiàn)，草魚是當(dāng)?shù)貪O民養(yǎng)殖的主要魚種，并常搭配不同數(shù)量的鯽魚、鯉魚、鰱魚等進(jìn)行混養(yǎng)，這有利于節(jié)約成本、增加收入。在此情況下，漁民只能以投喂草魚飼料為主，但這種飼料對(duì)鯽魚、鯉魚和鰱魚來(lái)說(shuō)并不適口，其攝入量有限，它們的食物來(lái)源仍與野生狀態(tài)下類似。這就導(dǎo)致了在既定投食量下草魚能夠獲得更多的進(jìn)食機(jī)會(huì)，引起體內(nèi)重金屬元素的較多積聚，從而使本研究中草魚重金屬綜合污染評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)高于其他魚類。

圖3 不同魚類重金屬綜合污染指數(shù)Fig.3 Comprehensive pollution index of heavy metals in different fishes species

2.4 魚類重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

依據(jù)4種魚類中重金屬的平均含量與成人日均魚類消耗量，對(duì)目標(biāo)危害系數(shù)進(jìn)行了估算。結(jié)果顯示（表6），鯉魚體內(nèi)單一重金屬目標(biāo)危害系數(shù)THQ排序?yàn)?Hg＞As＞Cr＞Pb＞Cd＞Cu＞Zn，而在其他 3 種魚類中則為 As＞Hg＞Cr＞Pb＞Cd＞Cu＞Zn，且在所有魚類中THQ的值均遠(yuǎn)小于1，表明沿黃地區(qū)養(yǎng)殖魚類中單一重金屬暴露對(duì)當(dāng)?shù)厝巳旱慕】碉L(fēng)險(xiǎn)不明顯。由表6還可知，在不同魚類中，TTHQ表現(xiàn)為鯽魚＞鯉魚＞草魚＞鰱魚，其均值也均小于 1，可知日常食用沿黃地區(qū)養(yǎng)殖魚類安全性較高。

表6 不同魚類中重金屬目標(biāo)危害系數(shù)Table6 Target hazard quotients of heavy metals in different fish species

進(jìn)一步分析可知，不同重金屬對(duì)TTHQ的貢獻(xiàn)率存在較大差異（圖4）。As、Hg和Cr的平均貢獻(xiàn)率較高，分別為32.00%、26.23%和20.06%，總貢獻(xiàn)率高達(dá)78.29%，說(shuō)明在沿黃地區(qū)養(yǎng)殖魚類中As、Hg和Cr是主要風(fēng)險(xiǎn)元素。研究表明（Hu et al.，2017），對(duì)人類健康造成威脅的主要重金屬包括As、Hg和Cr。As攝入后可能導(dǎo)致腎癌、皮膚癌和神經(jīng)紊亂；Hg攝入后直接沉入肝臟，對(duì)大腦、神經(jīng)、視力破壞極大；Cr攝入后可引起腎臟、肝臟、神經(jīng)系統(tǒng)和血液的廣泛病變，導(dǎo)致死亡。同時(shí)由于該地區(qū)土壤等介質(zhì)中 As、Hg和 Cr含量相對(duì)較高，且As為土壤中的重要污染元素（張鵬巖等，2013），因此應(yīng)加強(qiáng)沿黃地區(qū)養(yǎng)殖魚類中As、Hg和Cr健康風(fēng)險(xiǎn)防控。本研究并未就兒童攝食魚類后重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)展開評(píng)估，但由于兒童體質(zhì)與發(fā)育的特殊性，在后續(xù)研究中將把兒童的攝入風(fēng)險(xiǎn)作為健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的內(nèi)容加以單獨(dú)探討。

3 結(jié)論

（1）沿黃地區(qū)養(yǎng)殖魚類中重金屬平均含量水平表現(xiàn)為 Zn＞Cu＞Cr＞Pb＞As＞Hg＞Cd，均未超過(guò)食品中污染物限量標(biāo)準(zhǔn)；不同養(yǎng)殖魚類中重金屬的平均含量存在較大差異，總體上表現(xiàn)為中下層及底層魚類高于中上層魚類。

圖4 不同重金屬對(duì)TTHQ的貢獻(xiàn)率Fig.4 Contribution rates of different heavy metals to TTHQ

（2）7種重金屬中，Pb、As和Cd有超標(biāo)樣品出現(xiàn)，但超標(biāo)率均較低，分別為 13.53%、12.78%和4.51%，其他重金屬的含量均處于食品中污染物限量范圍之內(nèi)。整體而言，沿黃地區(qū)養(yǎng)殖魚類中重金屬污染均處于Ⅲ級(jí)輕污染水平，且綜合污染程度具有種類差異，表現(xiàn)為草魚＞鯽魚＞鯉魚＞鰱魚。

（3）健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，當(dāng)?shù)鼐用袢粘Ｊ秤醚攸S地區(qū)養(yǎng)殖魚類，重金屬暴露造成的健康風(fēng)險(xiǎn)較低，食用安全性較高。As、Hg和Cr對(duì)復(fù)合重金屬目標(biāo)危害系數(shù)的貢獻(xiàn)率達(dá)到78.29%，是主要風(fēng)險(xiǎn)元素。因此，需進(jìn)一步研究沿黃地區(qū)養(yǎng)殖魚類中As、Hg和Cr的污染來(lái)源并進(jìn)行有效防治，同時(shí)建議相關(guān)部門加強(qiáng)對(duì)該地區(qū)養(yǎng)殖魚類中As、Hg和Cr健康風(fēng)險(xiǎn)的防控。

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