溫州南部海域重要經(jīng)濟(jì)物種體內(nèi)重金屬含量評(píng)價(jià)

陳 軍，雒 貴，葉茂盛，沈小飛，張榮保，宋偉華

(1．杭州希澳環(huán)境科技有限公司，浙江杭州 310011；2.華能(浙江)能源開發(fā)有限公司玉環(huán)分公司，浙江玉環(huán) 317604)

魚類和甲殼類含有豐富的蛋白質(zhì)、omega-3脂肪酸、氨基酸、維生素B1、尼克酸、微量礦物質(zhì)等，是人們飲食中的重要組成部分。海洋污染會(huì)增加水中有毒金屬的濃度，對(duì)海洋生物健康產(chǎn)生負(fù)面影響。Cu、Zn、Fe等重金屬對(duì)魚類的新陳代謝是必不可少的，而其他一些重金屬如Cd、Pb在生物系統(tǒng)中沒有已知的作用。與必需金屬的路徑相似，非必需金屬也被海洋生物攝取并在其組織中積累，通過食物鏈傳遞，最后被人類食用，對(duì)人類身體健康造成影響[1-2]。已有許多學(xué)者關(guān)注經(jīng)濟(jì)海洋生物體內(nèi)重金屬含量和評(píng)價(jià)，重金屬污染嚴(yán)重的河流入?？?，海洋生物體內(nèi)重金屬含量較高[3]，海洋生物體內(nèi)重金屬含量與生境重金屬存在一定的關(guān)系[4]。

溫州位于浙江省南部沿海，海域面積廣闊，擁有豐富的漁業(yè)資源。隨著溫州沿岸經(jīng)濟(jì)建設(shè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、交通運(yùn)輸?shù)母咚侔l(fā)展和海洋資源的大力開發(fā)，導(dǎo)致近岸海域環(huán)境質(zhì)量下降，海洋生物生存環(huán)境受到威脅。近年來，環(huán)境質(zhì)量狀況公報(bào)報(bào)道了溫州近岸海域水體和沉積物種存在重金屬超標(biāo)現(xiàn)象。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，海洋游泳生物對(duì)生活環(huán)境中的重金屬具有較強(qiáng)的富集能力[3]，為了解溫州南部海域高含量重金屬環(huán)境中的經(jīng)濟(jì)魚類和甲殼類物種體內(nèi)重金屬含量水平，筆者于2019年3月在溫州南部海域采集了7種常見經(jīng)濟(jì)類魚類和甲殼類生物，對(duì)其體內(nèi)重金屬進(jìn)行檢測(cè)，分析其污染水平，以期為當(dāng)?shù)睾Ｑ笫称钒踩昂Ｑ笪廴痉乐翁峁┗A(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 資料與方法

1.1 樣品采樣2019年3月以底拖網(wǎng)方式在溫州南部海域共采集了兩大類7種經(jīng)濟(jì)類物種，其中魚類有花鱸(Lateolabraxjaponicus)、刀鱭(Coiliaectenes)、棘頭梅童魚(Collichthyslucidus)、龍頭魚(Harpadonnehereus)，甲殼類有脊尾白蝦(Exopalaemoncarincauda)、三疣梭子蟹(Portunustrituberculatus)、口蝦蛄(Squillaorarotia)，采樣站點(diǎn)見圖1。所選樣品個(gè)體大小適中，同種間長度和體重接近，現(xiàn)場(chǎng)用淡水清洗干凈，放入自封袋中冷凍保存。

圖1 采樣站點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of sampling stations

1.2 分析方法生物樣品解凍后，用陶瓷刀取其肌肉組織，經(jīng)勻漿器攪碎，待用。準(zhǔn)確稱量1.000 0 g的濕生物體樣品于聚四氟乙烯消解罐中，加入9 mL濃硝酸和2 mL 30%過氧化氫混合，靜置12 h預(yù)消化；然后將消解罐轉(zhuǎn)移至一個(gè)微波消解儀中消解執(zhí)行四步程序，消解后將消解罐轉(zhuǎn)移至加熱器上加熱趕酸，直至將殘余酸蒸至大約1 mL；最后剩余溶液轉(zhuǎn)移至比色管內(nèi)，用Milli-Q水稀釋至25 mL。在分析過程中同步加測(cè)質(zhì)控樣和空白樣進(jìn)行質(zhì)量控制。采用石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定Cu、Pb、Cd含量，其檢出限分別為0.4、0.04、0.005 mg/kg。

1.3 數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)方法使用SPSS 24.0軟件對(duì)金屬種間差異進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在此基礎(chǔ)上分析海洋經(jīng)濟(jì)生物體內(nèi)重金屬元素的分布特征。

該研究采用單因子污染指數(shù)[5]、重金屬污染指數(shù)、生物濃縮系數(shù)3種評(píng)價(jià)方法對(duì)海洋經(jīng)濟(jì)生物體內(nèi)重金屬含量進(jìn)行評(píng)價(jià)。各計(jì)算公式如下：

(1)單因子污染指數(shù)計(jì)算公式：

SFI=Ci/Si

(1)

式中，SFI為第i項(xiàng)因子的單因子污染指數(shù)，SFI≥1.0為重污染，0.6≤SFI <1.0為中度污染，0.2≤SFI<0.6為輕度污染，SFI<0.2為正常背景水平。Ci為第i項(xiàng)因子的實(shí)測(cè)濃度；Si為第i項(xiàng)因子的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，采用《無公害食品 水產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)限量》(NY 5073—2006)，各因子標(biāo)準(zhǔn)值見表1。

表1 各評(píng)價(jià)因子標(biāo)準(zhǔn)值

(2)重金屬污染指數(shù)計(jì)算公式：

MPI=(C1×C2×C3×…×Cn)1/n

(2)

式中,MPI為重金屬污染指數(shù)，反映不同種類生物之間重金屬污染程度的差異[6-7]；Cn為第n種重金屬實(shí)測(cè)值(mg/kg)。

(3)生物富集計(jì)算公式：

BCF=Cb/Ce

(3)

式中，BCF為生物濃縮系數(shù)[8]；Cb為某種元素或難降解物質(zhì)在機(jī)體中的濃度(mg/kg)；Ce為某種元素或難降解物質(zhì)在機(jī)體周圍環(huán)境中的濃度(mg/kg)。

2 結(jié)果與分析

2.1 海洋經(jīng)濟(jì)生物體內(nèi)重金屬含量統(tǒng)計(jì)分析從溫州南部近岸海域海洋經(jīng)濟(jì)生物體內(nèi)重金屬含量(表2)可以看出，甲殼類Cu含量為5.68～7.22 mg/kg，平均值為6.26 mg/kg；Pb含量為0.117～0.192 mg/kg，平均值為0.163 mg/kg；Cd含量為0.069～0.101 mg/kg，平均值為0.089 mg/kg。魚類Cu含量為2.92～3.67 mg/kg，平均值為3.34 mg/kg；Pb含量為0.042～0.080 mg/kg，平均值為0.059 mg/kg；Cd含量為0.016～0.034 mg/kg，平均值為0.026 mg/kg。魚類和甲殼類海洋經(jīng)濟(jì)生物體內(nèi)重金屬含量從高到低依次為Cu>Pb>Cd。

表2 溫州南部近岸海域海洋經(jīng)濟(jì)生物體內(nèi)重金屬含量

對(duì)比國內(nèi)海洋生物體內(nèi)重金屬含量(表3)發(fā)現(xiàn)，溫州南部近岸海域甲殼類體內(nèi)Cu含量低于三門灣海域，高于膠州灣、榮成灣海域；魚類體內(nèi)Cu含量大于三門灣、膠州灣、榮成灣海域。溫州南部近岸海域甲殼類、魚類體內(nèi)Pb含量均高于三門灣，均低于膠州灣、榮成灣海域。溫州南部近岸海域甲殼類體內(nèi)Cd含量均低于三門灣、膠州灣、榮成灣海域；魚類體內(nèi)Cd含量高于三門灣海域，低于膠州灣、榮成灣海域。

表3 國內(nèi)海洋生物體內(nèi)重金屬含量

魚類和甲殼類海洋經(jīng)濟(jì)生物體內(nèi)Cu含量均高于Pb和Cd，這是因?yàn)镃u為生物體內(nèi)必需的元素[1]，具有結(jié)構(gòu)和功能方面的作用[12-13]，是抗氧化代謝防御體系中超氧化物岐化酶的重要組成部分[14]，生物體對(duì)必需元素的吸收能力很強(qiáng)。

比較不同種類海洋經(jīng)濟(jì)生物體內(nèi)重金屬含量發(fā)現(xiàn)，甲殼類體內(nèi)重金屬Cu、Pb、Cd含量均大于魚類。甲殼類體內(nèi)重金屬Cu含量是魚類的1.87倍，甲殼類體內(nèi)重金屬Pb含量是魚類的2.76倍，甲殼類體內(nèi)重金屬Cd含量是魚類的3.42倍。甲殼類體內(nèi)重金屬含量普遍較高，與甲殼類生物對(duì)重金屬有較強(qiáng)的富集能力[15]，魚類體內(nèi)重金屬的含量取決于不同的魚種類，有些魚類重金屬蓄積能力較高[14]。

2.2 海洋經(jīng)濟(jì)生物體內(nèi)污染程度評(píng)價(jià)

2.2.1單因子污染指數(shù)。從表4可以看出，甲殼類體內(nèi)重金屬Cu的單因子污染指數(shù)(SFI)在0.11(口蝦蛄)～0.14(三疣梭子蟹)，平均值為0.12，污染程度處于正常背景水平；重金屬Pb的SFI值在0.23(口蝦蛄)～0.38(脊尾白蝦)，平均值為0.32，污染程度為輕度污染；重金屬Cd的SFI值在0.14(脊尾白蝦)～0.20(三疣梭子蟹)，平均值為0.18，污染程度處于正常背景水平。魚類體內(nèi)重金屬Cu的SFI值在0.06(龍頭魚)～0.07(花鱸、刀鱭、棘頭梅童魚)，平均值為0.07，污染程度處于正常背景水平；重金屬Pb的SFI值在0.08(龍頭魚)～0.16(花鱸)，平均值為0.12，污染程度為正常背景水平；重金屬Cd的SFI值在0.16(龍頭魚)～0.34(刀鱭)，平均值為0.26，污染程度為輕度污染。由此可見，Cu、Pb等重金屬元素污染程度為甲殼類大于魚類，與劉洋等[16]的研究結(jié)果基本相同。Cd元素的污染程度表現(xiàn)為魚類大于甲殼類，與王增煥等[17]的研究結(jié)果有所差異。

表4 溫州南部近岸海域單因子污染指數(shù)(SFI)

2.2.2重金屬污染指數(shù)。重金屬污染指數(shù)(MPI)反映不同各類生物之間重金屬污染程度的差異。從表5可以看出，甲殼類MPI值大于魚類，說明甲殼類重金屬污染程度比魚類污染程度高。甲殼類MPI均值為0.45，MPI值從高到低依次為三疣梭子蟹、脊尾白蝦、口蝦蛄，說明三疣梭子蟹的重金屬污染程度最高，口蝦蛄的重金屬污染程度最低。魚類MPI均值為0.18，刀鱭、花鱸的MPI值相等(0.20)，棘頭梅童魚的MPI值(0.19)大于龍頭魚(0.13)，說明刀鱭、花鱸的重金屬污染程度最高，龍頭魚的重金屬污染程度最低。

表5 溫州南部近岸海域重金屬污染指數(shù)(MPI)

2.3 海洋經(jīng)濟(jì)生物體內(nèi)富集生物體內(nèi)富集通過非吞食的方式從周圍環(huán)境中蓄積某種元素物質(zhì)，使其體內(nèi)元素含量超過環(huán)境中元素含量的現(xiàn)象[18]，用生物濃縮系數(shù)(BCF)表示。根據(jù)我國近海海洋綜合與評(píng)價(jià)專項(xiàng)，海域中重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較均勻，在海水中重金屬的含量比海洋生物體內(nèi)中的含量低3個(gè)數(shù)量級(jí)，根據(jù)2019年春季該海域水質(zhì)調(diào)查結(jié)果，海水水質(zhì)中Cu、Pb、Cd含量分別為1.68、1.14、0.47 μg/L。

由表6可知，甲殼類體內(nèi)重金屬Cu、Cd生物濃縮系數(shù)最大的是三疣梭子蟹，Pb生物濃縮系數(shù)最大的是脊尾白蝦；魚類體內(nèi)重金屬Cu、Cd生物濃縮系數(shù)最大的是刀鱭，Pb生物濃縮系數(shù)最大的是花鱸。從生物濃縮系數(shù)來看，只有大于103才被認(rèn)為具有潛在的生物積累危害[19]，該研究中甲殼類和魚類中Cu的生物濃縮系數(shù)大于103，甲殼類和魚類中Pb、Cd的生物濃縮系數(shù)均小于103，Cu是海洋生物生命必需元素，在周圍環(huán)境低濃度水平條件下也能促成海洋生物體內(nèi)高度富集，以滿足生物機(jī)體的需要；從另一方面說，在低濃度的環(huán)境條件下，海水中的濃度并不是影響海洋生物體內(nèi)重金屬含量的主要因素，其他因素如生理特性、捕食途徑等可能起到主要作用[19]。

表6 海洋經(jīng)濟(jì)生物體內(nèi)濃縮系數(shù)(BCF)

3 結(jié)論

(1)溫州南部近岸海域甲殼類體內(nèi)重金屬Cu、Pb、Cd含量平均值分別為6.26、0.163、0.089 mg/kg；魚類重金屬體內(nèi)Cu、Pb、Cd含量平均值分別為3.34、0.059、0.026 mg/kg。魚類和甲殼類海洋經(jīng)濟(jì)生物體內(nèi)Cu的含量均高于Pb和Cd，主要原因是Cu作為生物體內(nèi)必需的元素，需求量較大。

(2)甲殼類和魚類海洋經(jīng)濟(jì)生物體內(nèi)重金屬含量大小排序是一致的，均為Cu>Pb>Cd。根據(jù)不同海洋經(jīng)濟(jì)生物種類比較，甲殼類體內(nèi)重金屬Cu含量是魚類的1.87倍，甲殼類體內(nèi)重金屬Pb含量是魚類的2.76倍，甲殼類體內(nèi)重金屬Cd含量是魚類的3.42倍。

(3)單因子污染指數(shù)(SFI)表明，甲殼類體內(nèi)重金屬Cu、Cd的SFI均值小于0.2，污染程度為正常背景水平，Pb的SFI均值0.32，污染程度為輕度污染；魚類體內(nèi)重金屬Cu、Pb的SFI均值小于0.2，污染程度為正常背景水平，Cd的SFI均值為0.26，污染程度為輕度污染。

(4)從生物體內(nèi)濃縮系數(shù)表明，甲殼類體內(nèi)重金屬Cu、Cd生物濃縮系數(shù)最大的是三疣梭子蟹，Pb生物濃縮系數(shù)最大是脊尾白蝦；魚類體內(nèi)重金屬Cu、Cd生物濃縮系數(shù)最大的是刀鱭，Pb生物濃縮系數(shù)最大的是花鱸。此次研究中甲殼類和魚類中Cu的生物濃縮系數(shù)大于103，Cu是海洋生物生命必需元素，在周圍環(huán)境低濃度水平條件下也能促成海洋生物體內(nèi)高度富集，以滿足生物機(jī)體的需要。