粵北星子河水生生物體內(nèi)重金屬污染特征及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

馬鵬程，陳棉彪，黃楚珊，胡國(guó)成，李良忠，王鈺鈺，彭曉武，柳曉琳，張麗娟,*

1. 錦州醫(yī)科大學(xué)，錦州 121000 2. 環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所 環(huán)境健康研究中心，廣州 510535 3. 國(guó)家環(huán)境保護(hù)環(huán)境污染健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510535

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)活動(dòng)不斷加劇，導(dǎo)致我國(guó)環(huán)境中的重金屬、有機(jī)物污染日趨嚴(yán)重。環(huán)境中重金屬主要來(lái)源包括自然活動(dòng)及人類活動(dòng)。環(huán)境中的重金屬可以通過(guò)工農(nóng)業(yè)及生活廢水的排放、地表徑流、水體沉積物二次釋放及大氣沉降等進(jìn)入水體，在水生生物體內(nèi)積累和富集，并通過(guò)食物鏈傳遞，直接或者間接影響人類自身健康。重金屬的人體暴露主要途徑包括經(jīng)口攝入、經(jīng)呼吸攝入及經(jīng)皮膚接觸3種途徑。經(jīng)口攝入食物暴露污染物是主要途徑。魚(yú)類含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，人類對(duì)水產(chǎn)品的消費(fèi)量不斷增加，從而導(dǎo)致攝食水產(chǎn)品暴露污染物的潛在風(fēng)險(xiǎn)不斷增加。水產(chǎn)品安全問(wèn)題已經(jīng)成為關(guān)注的熱點(diǎn)之一。研究資料表明，松花江、北江、灤河和淀山湖等淡水魚(yú)類[1-4]及浙江、大亞灣、渤海灣等地海產(chǎn)品[5-7]中均不同程度檢出重金屬。改革開(kāi)放以來(lái)，珠江三角洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，土地、資源和環(huán)境的承載力與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾日益突出，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和布局逐漸向粵北和粵東發(fā)展。本研究采用的魚(yú)類樣品來(lái)自廣東連州市星子鎮(zhèn)境內(nèi)的星子河。星子鎮(zhèn)土地肥沃，礦產(chǎn)資源豐富，主要有煤、鉛、鋅、鎢、錫、重鈣粗晶礦、硅灰石、大理石、花崗巖等。農(nóng)副產(chǎn)品是星子鎮(zhèn)的一大特色。選擇粵北星子河的水生生物作為研究對(duì)象，比較分析不同水生生物體內(nèi)重金屬(Cd、Cr、Cu、Pb、Ni和Zn)短期內(nèi)含量水平及其富集程度，評(píng)估通過(guò)水產(chǎn)品攝入暴露重金屬的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)，以期為該區(qū)域生態(tài)環(huán)境管理及魚(yú)類資源保護(hù)提供基礎(chǔ)資料，同時(shí)為保障居民身體健康提供理論依據(jù)。

1　材料與方法(Materials and methods)

1.1　樣品采集

本文的研究區(qū)域?yàn)檫B州市星子鎮(zhèn)星子河段(采樣點(diǎn)見(jiàn)圖1)，研究范圍較小，且魚(yú)體中重金屬含量變化差異不明顯，故未討論星子河不同斷面的變化規(guī)律。本文的水生生物樣品采集時(shí)間分別為2015年9月和2016年1月，共采集了2次。由于采樣間隔時(shí)間短，水生生物體內(nèi)重金屬含量變化不明顯，且本文重點(diǎn)研究當(dāng)?shù)鼐用裢ㄟ^(guò)消費(fèi)水產(chǎn)品暴露重金屬的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

通過(guò)從當(dāng)?shù)貪O民處直接購(gòu)買的野生魚(yú)類以及在農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)野生魚(yú)類販賣攤購(gòu)買等方式獲得該地區(qū)居民常用10種成年野生魚(yú)類樣品和2種貝類動(dòng)物樣品。魚(yú)類包括：烏鱧、鯪魚(yú)、翹嘴紅鮊、鱖魚(yú)、鯽魚(yú)、鯉魚(yú)、草魚(yú)、泥鰍、鳙魚(yú)和鯧魚(yú)；貝類動(dòng)物包括田螺和河蚌，樣品信息見(jiàn)表1。樣品采集后在冷藏狀態(tài)下運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，魚(yú)類樣品首先測(cè)量體長(zhǎng)和體重等形態(tài)學(xué)參數(shù)，然后解剖取肌肉；河蚌和田螺樣品取其內(nèi)臟團(tuán)混合后進(jìn)行分析。

1.2　樣品前處理與分析

取一定量的魚(yú)類肌肉樣品和貝類動(dòng)物內(nèi)臟團(tuán)，用不銹鋼剪刀剪碎，然后利用冷凍干燥機(jī)冷凍干燥24 h后，進(jìn)行含水率測(cè)定。使用分析天平稱取干燥的水生生物組織樣品0.1000 g，置于特氟龍?jiān)嚬苤?，?0 mL王水(濃硝酸：濃鹽酸=1:1)溶解樣品，微波消解1 h后將特氟龍?jiān)嚬苻D(zhuǎn)移至石墨消解儀進(jìn)行消解，消解完畢后自然冷卻，然后用濾紙過(guò)濾定容。利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES，America，Agilent 710)測(cè)定Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的含量水平。

1.3　質(zhì)量控制

整個(gè)實(shí)驗(yàn)選擇Millpore超純水儀處理的超純水為溶劑；所需化學(xué)試劑純度均為優(yōu)級(jí)純，實(shí)驗(yàn)中所使用玻璃儀器以及聚四氟乙烯消解罐均用2.5%HNO3浸泡6 h以上，并且用超純水清洗后烘干備用。測(cè)定之前先繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，擬合度達(dá)到99.99%以上再進(jìn)行正式測(cè)試。采用生物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW10050)進(jìn)行各個(gè)元素回收率測(cè)定。實(shí)驗(yàn)測(cè)得6種元素的回收率范圍均在96%～104%之間，滿足實(shí)驗(yàn)質(zhì)量控制要求。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每批樣品均做全程空白，同時(shí)對(duì)所有樣品按照10%的原則進(jìn)行平行樣品測(cè)定，以保證實(shí)驗(yàn)的精密度，各個(gè)測(cè)定樣品重金屬的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%，符合實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制的要求。

1.4　重金屬評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

采用綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)水生生物體內(nèi)重金屬污染程度。水生生物體內(nèi)重金屬的標(biāo)準(zhǔn)限值參考《食品中污染物限量》(GB2762—2012)[8]、《食品中鋅限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB13106—1991)[9]和《無(wú)公害食品水產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)限量》(NY5073—2006)[10]。Cd、Cr、Cu、Pb、Ni和Zn標(biāo)準(zhǔn)限值分別為0.1、2、50、0.5、5.5和50 mg·kg-1。

圖1　采樣點(diǎn)位圖Fig. 1　Distribution of the sampling sites

中文名Chinesename拉丁學(xué)名Scientificname樣品量Samplesize體長(zhǎng)/cmBodylength/cm體重/gBodyweight/g烏鱧Ophiocephalusargus825.25±5.92283.75±139.53鯪魚(yú)Cirrhinusmolitorella614.67±1.0343.83±4.92翹嘴紅鮊Erythroculterilishaeformis622.50±0.71214.00±9.90鱖魚(yú)Sinipercachuati628.12±2.43435.25±19.30鯽魚(yú)Carassiusauratus416.00±1.10160.50±14.94鯉魚(yú)Cyprinuscarpio316.00±1.00235.40±50.74草魚(yú)Ctenopharyngodonidellus332.64±2.01642.43±6.56泥鰍Misgurnusanguillicaudatus3--鳙魚(yú)Hypophthalmichthysnobilis331.00±1.41686.00±5.66鯧魚(yú)MegalobramahoffmanniHerreetmvers330.13±0.56823.34±15.66田螺Bellamyaquadrata26--河蚌Unionidae18--

利用單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)不同魚(yú)類重金屬的污染程度[11-12]。

單因子污染指數(shù)計(jì)算公式：

式中：Pi表示單因子污染指數(shù)；Ci表示i類重金屬的殘留量(mg·kg-1)，即重金屬實(shí)測(cè)值；Si表示魚(yú)體內(nèi)i類重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)。

多因子污染指數(shù)計(jì)算公式：

式中：PI表示綜合污染指數(shù)；Pi表示該樣品重金屬i的單因子污染指數(shù)；n表示評(píng)價(jià)時(shí)所用的重金屬種類個(gè)數(shù)。根據(jù)綜合污染指數(shù)將重金屬污染劃分為4個(gè)等級(jí)：PI≤1.0為無(wú)污染；1.03.0為重度污染。

1.5　重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

采用美國(guó)環(huán)保局(USEPA)2000年提出的目標(biāo)危害系數(shù)法(target hazard quotients，THQ)[13]評(píng)估人體通過(guò)食物途徑攝入重金屬的風(fēng)險(xiǎn)[14]。該方法假定人體攝入重金屬的劑量等于吸收劑量，利用吸收劑量和參考劑量的比值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，具體計(jì)算公式如下：

式中：Ep為人群暴露頻率(365 d·a-1)；ED為暴露時(shí)間(通常取平均壽命70 a)；FIR為食品攝入率(g·d-1)；C為食物中重金屬的含量(mg·kg-1)；WAB為人體平均體重(kg)；TA為非致癌性暴露平均時(shí)間(d)，取值為365 ED；RFD為口服參考劑量(mg·kg·d-1)，Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的RFD分別為1×10-3、3×10-3、4×10-2、3.5×10-3、3×10-1mg·kg·d-1。根據(jù)廣東居民膳食營(yíng)養(yǎng)狀況調(diào)查資料，成人淡水魚(yú)類攝入量為73.55 g，貝類30.75 g。成人的體重以55.9 kg計(jì)。兒童淡水魚(yú)攝入量42.5 g，貝類15.5 g，標(biāo)準(zhǔn)體重以32.7 kg計(jì)。如果THQ的比值小于1，則認(rèn)定暴露人群沒(méi)有食用風(fēng)險(xiǎn)，反之大于等于1時(shí)則認(rèn)為存在食用風(fēng)險(xiǎn)。由于多種重金屬可以共同作用對(duì)人體健康產(chǎn)生危害，重金屬的總目標(biāo)危害系數(shù)(TTHQ)等于各種重金屬的危害系數(shù)之和：

TTHQ=∑THQ

人群通過(guò)消費(fèi)水產(chǎn)品攝入的重金屬總量是健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。世界衛(wèi)生組織(WHO)提出了多種重金屬元素暫定每周允許攝入量(provisional tolerable weekly intake, PTWI)的安全閾值，Cd、Cu、Pb、Zn和Ni的PTWI分別為7、3 500、25、7 000、35 μg·kg-1。重金屬每周評(píng)估攝入量(estimated weekly intake，EWI)計(jì)算公式如下：

式中：FIR為食品攝入率(g·d-1)；C為食物中重金屬的含量(mg·kg-1)；WAB為人體平均體重(kg)。

1.6　數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法

本研究數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入和分析；采用Origin軟件進(jìn)行圖形繪制。采用SPSS 20.0軟件對(duì)樣品的金屬元素進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)程度用Pearson相關(guān)系數(shù)表示。

2　結(jié)果與討論 (Results and discussion)

2.1　水生生物體內(nèi)重金屬含量水平

不同水生生物體內(nèi)重金屬(Cd、Cr、Cu、Pb、Ni和Zn)含量水平如表2所示。從表2可以看出，星子河中魚(yú)類體內(nèi)Cd、Cr、Cu、Pb、Ni和Zn的平均含量水平分別為0.005、0.21、0.46、0.083、0.077和8.04 mg·kg-1，其含量范圍分別為0.001～0.021 mg·kg-1、0.08～0.75 mg·kg-1、0.14～0.92 mg·kg-1、ND～0.17 mg·kg-1、0.04～0.13 mg·kg-1、2.82～18.08 mg·kg-1。在所有魚(yú)類樣品中，重金屬元素從低到高順序依次為Cd

不同水生生物體內(nèi)重金屬的綜合污染指數(shù)如圖2所示。從圖1可以看出，研究區(qū)域內(nèi)魚(yú)類和貝類重金屬綜合污染指數(shù)不同，魚(yú)類重金屬綜合污染指數(shù)較低，均小于1，屬于微污染級(jí)別；而田螺和河蚌重金屬的綜合污染指數(shù)較高，其中田螺的綜合污染指數(shù)最高(1.22)，屬于輕度污染水平。上述研究結(jié)果顯示，本次采集的水生生物樣品中，魚(yú)類樣品受到重金屬污染的程度較低，能夠滿足無(wú)公害水產(chǎn)品安全要求，而貝類樣品中，田螺已經(jīng)明顯受到重金屬的污染，大量食用可能會(huì)造成健康風(fēng)險(xiǎn)。田螺是一種非選擇濾食性動(dòng)物，重金屬會(huì)在其體內(nèi)殘留，通過(guò)生物放大作用最終進(jìn)入人體造成慢性中毒，并且具有不可逆性。我國(guó)不同水域食用貝類重金屬污染存在較大差異性，除了與當(dāng)?shù)丨h(huán)境污染有關(guān)外，可能還與季節(jié)、溶解氧、鹽度等有關(guān)，這些因素不僅影響貝類的生理活動(dòng)和機(jī)體代謝，而且還影響貝類對(duì)重金屬的吸收[18-20]；另一方面，這些因素能夠?qū)е轮亟饘傩螒B(tài)改變，進(jìn)而影響其生物可利用性，導(dǎo)致其在貝類體內(nèi)含量累積程度存在差異。大多情況下，水體中的重金屬以離子狀態(tài)存在或吸附在有機(jī)體和有機(jī)顆粒表面，在貝類濾食過(guò)程中被攝入，形成重金屬在貝類體內(nèi)的富集，這與國(guó)內(nèi)外其他研究結(jié)果相一致[21-22]。

表2　不同水生生物體內(nèi)重金屬含量水平(mg·kg-1)Table 2　Concentrations of heavy metals in different aquatic species sample (mg·kg-1)

根據(jù)魚(yú)類食性不同，本研究將魚(yú)類分為草食性魚(yú)類(草魚(yú))、肉食性魚(yú)類(烏鱧、鱖魚(yú)、翹嘴紅鮊)、濾食性魚(yú)類(鳙魚(yú))及雜食性魚(yú)類(鯪魚(yú)、鯉魚(yú)、鯽魚(yú)、泥鰍、鯧魚(yú))進(jìn)行比較分析，結(jié)果見(jiàn)表3所示。方差分析結(jié)果顯示：草食性、肉食性、濾食性、雜食性魚(yú)類體內(nèi)Cd、Cr、Pb和Ni的含量水平差異不顯著(P>0.05)；雜食性魚(yú)類Cu和Zn的含量水平顯著高于濾食性和肉食性魚(yú)類(P<0.05)。這與其他文獻(xiàn)報(bào)道的魚(yú)類重金屬含量表現(xiàn)為肉食性>雜食性>草食性的結(jié)果[23-26]不同。王麗等[27]研究東江惠州段魚(yú)類重金屬污染情況，其中不同食性魚(yú)體內(nèi)Cu元素含量表現(xiàn)為雜食性高于肉食性，與本研究結(jié)果相一致。

以雜食性魚(yú)類鯽魚(yú)為例，將粵北星子河鯽魚(yú)體內(nèi)重金屬含量與其他地區(qū)鯽魚(yú)體內(nèi)重金屬含量進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表4。該地區(qū)鯽魚(yú)體內(nèi)重金屬含量處于較低水平，其中Cd含量明顯低于其他地區(qū)，Cr含量與江蘇鹽城地區(qū)接近[5]，Zn含量相對(duì)于粵東北以及東江惠州段含量較高[25-26]，但明顯低于灤河流域地區(qū)[3]。

圖2　不同水生生物體內(nèi)重金屬綜合污染指數(shù)注：1～12分別表示烏鱧、鯪魚(yú)、翹嘴紅鮊、鱖魚(yú)、鯽魚(yú)、鯉魚(yú)、草魚(yú)、泥鰍、鳙魚(yú)、鯧魚(yú)、田螺、河蚌。Fig. 2　Pollution index of heavy metals in different aquatic species sampleNote: 1-12 stands for Ophiocephalus argus, Cirrhinus molitorella, Erythroculter ilishaeformis, Siniperca chuati, Carassius auratus, Cyprinus carpio, Ctenopharyngodon idellus, Misgurnus anguillicaudatus, Hypophthalmichthys nobilis, Megalobrama hoffmanni Herre etmvers, Bellamya quadrata, Unionidae.

食性Feedinghabits平均含量/(mg·kg-1)Averagecontent/(mg·kg-1)CdCrCuPbNiZn草食性Herbivory0.0040.2630.4860.0600.1058.647*肉食性Carnivorous0.0050.1950.297*0.0770.0754.889*濾食性Filterfeeding0.0010.1410.440*0.0430.0634.636*雜食性O(shè)mnivorous0.0060.2180.6250.0850.09111.806

注：*表示同種元素污染下，與雜食性組相比差異有顯著性(P<0.05)。

Note:*means under the same heavy metal pollution, compared with the omnivorous group, the difference was significant (P<0.05).

2.2　水生生物體內(nèi)重金屬相關(guān)性分析

為了進(jìn)一步準(zhǔn)確把握該地區(qū)水生生物體內(nèi)重金屬污染水平，本文采用了Pearson相關(guān)分析對(duì)該地區(qū)水生生物體內(nèi)6種重金屬含量進(jìn)行了相關(guān)分析，結(jié)果見(jiàn)表5。從表5可以看出，該地區(qū)水生生物體內(nèi)重金屬之間具有顯著正相關(guān)，說(shuō)明該地區(qū)水生生物體內(nèi)Cd、Cr、Cu、Pb、Ni和Zn等6種重金屬的污染情況具有一定程度的相似，從而進(jìn)一步說(shuō)明該地區(qū)水生生物體內(nèi)的重金屬來(lái)源具有相似性。

2.3　食用魚(yú)類和貝類的重金屬安全性評(píng)價(jià)

目標(biāo)危險(xiǎn)系數(shù)法(THQ)是一種重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)常用的方法，該方法不僅可以評(píng)估單一重金屬的攝入健康風(fēng)險(xiǎn)，而且可以評(píng)價(jià)多種重金屬?gòu)?fù)合暴露的健康風(fēng)險(xiǎn)。本研究根據(jù)粵北某河流魚(yú)類和貝類樣品中重金屬含量水平，結(jié)合相關(guān)的暴露參數(shù)，利用公式計(jì)算該地區(qū)成人和兒童通過(guò)食用魚(yú)類和貝類攝入的重金屬THQ值和TTHQ值，結(jié)果見(jiàn)表6。從表6可以看出，該地區(qū)所有樣品中重金屬對(duì)成人和兒童的單一目標(biāo)危害系數(shù)(THQ)均小于1，說(shuō)明該地區(qū)水生生物單一重金屬對(duì)人體健康風(fēng)險(xiǎn)不明顯。魚(yú)類樣品中重金屬對(duì)成人和兒童的復(fù)合健康危害系數(shù)(TTHQ)也均小于1，說(shuō)明食用這些魚(yú)類對(duì)人群產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)并不明顯。在貝類樣品中，田螺樣品重金屬對(duì)成人的TTHQ大于1，說(shuō)明長(zhǎng)期食用田螺存在一定健康風(fēng)險(xiǎn)；田螺樣品重金屬對(duì)兒童的TTHQ為0.96，雖然小于1，但長(zhǎng)期食用可能對(duì)兒童產(chǎn)生潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)?shù)爻扇送ㄟ^(guò)食用魚(yú)類和貝類攝入Cd、Cu、Pb、Ni和Zn每周評(píng)估攝入量(EWI)分別為0.05、4.22、0.77、0.71、74.08 μg·kg-1和0.18、52.18、1.36、2.93、197.45 μg·kg-1；當(dāng)?shù)貎和ㄟ^(guò)食用魚(yú)類和貝類攝入Cd、Cu、Pb、Ni和Zn的EWI分別為0.05、4.19、0.73、0.73、73.15 μg·kg-1和0.15、44.96、1.16、2.52、170.15 μg·kg-1。均低于PTWI，其健康風(fēng)險(xiǎn)不高；當(dāng)?shù)爻扇撕蛢和ㄟ^(guò)食用魚(yú)類和貝類的EWI分別占PTWI的0.12%～3.07%和1.49%～8.37%。

表4　不同河流鯽魚(yú)體內(nèi)重金屬含量水平比較Table 4　The concentrations of heavy metals in Carassius auratus from different rivers

注：“-”表示無(wú)對(duì)應(yīng)值。

Note: “-”means no corresponding value.

表5　不同水生生物樣品中重金屬含量水平相關(guān)性分析Table 5　Correlation analysis of different heavy metals in aquatic species samples

注：**為在0.01水平上(雙側(cè))顯著性相關(guān)。

Note:**means significant correlation at the 0.01 level (on both sides).

表6　不同樣品單一及復(fù)合重金屬攝入的健康風(fēng)險(xiǎn)Table 6　The health risks of single or mixed heavy metals intake in different samples

注：*THQ為目標(biāo)危害系數(shù)；*TTHQ為總目標(biāo)危害系數(shù)。

Note：*THQ means target hazard quotient;*TTHQ means total target hazard quotient.

綜上所述：

(1)粵北星子河中不同類型水生生物體內(nèi)重金屬含量有明顯差異，其中貝類生物體內(nèi)更容易積蓄重金屬，雜食性魚(yú)類體內(nèi)Cu和Zn含量較其他食性魚(yú)類含量較高。

(2)利用復(fù)合健康風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)評(píng)估粵北星子河中水產(chǎn)品對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)，食用田螺可能會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生健康風(fēng)險(xiǎn)。

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