“錳三角”區(qū)域松桃河大口鲇和斑鱖重金屬富集及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

巴家文，邢玉花，安遠(yuǎn)鋒，李忠利，梁正其，段辛斌

(1.銅仁學(xué)院農(nóng)林工程與規(guī)劃學(xué)院，貴州銅仁 554300；2.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究長(zhǎng)江水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江中上游漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，武漢 430223；3.銅仁市漁業(yè)技術(shù)推廣站，貴州銅仁 554300)

重金屬污染可直接或間接危害魚類正常生理功能、個(gè)體生長(zhǎng)、繁殖，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致魚類死亡[1-2]。魚類可從水體或攝食等途徑吸收并富集重金屬，故魚類常被作為水生態(tài)系統(tǒng)的重金屬污染評(píng)估的重要指示生物[3-4]。并且魚體富集的重金屬會(huì)隨著食物鏈向更高級(jí)的生物體(如人類)遷徙[5]。魚類是人類機(jī)體中高蛋白和低飽和脂肪酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)補(bǔ)給的重要途徑，當(dāng)攝食受重金屬污染的魚類超過(guò)允許每日推薦攝入量時(shí)，會(huì)對(duì)人體健康造成顯著的危害風(fēng)險(xiǎn)[6-8]，如汞攝入過(guò)多會(huì)毒害腎臟，并能造成慢性中毒，鉛會(huì)損害腎臟和肝臟，砷能造成神經(jīng)系統(tǒng)疾病等[9]。

近年來(lái)，已有大量國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同流域中魚類重金屬富集及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究報(bào)道，如意大利波河[10]、塞爾維亞多瑙河[11]和孟加拉國(guó)邦仕河[12]以及松花江[13]、北江[14]和長(zhǎng)江三峽水庫(kù)[15]等流域，但對(duì)貴州省松桃河魚類重金屬富集及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究尚未見報(bào)道。貴州松桃苗族自治縣位于“黔、湘、渝”錳三角的核心區(qū)域[16]，區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，主要有錳、鐵、釩、鉛、鋅、銅、汞等，其中錳礦的儲(chǔ)量占全省一半以上[17]。松桃河發(fā)源于長(zhǎng)江流域沅江水系，地處貴州省松桃苗族自治縣。松桃河流域魚類資源豐富，已有學(xué)者報(bào)道其土著魚類37種，隸屬于4目10科32屬(亞種)[18]，其中大口鲇(Silurusmeridoualis)和斑鱖(Sinipercascherzeri)是松桃河內(nèi)重要的底棲經(jīng)濟(jì)魚類。因此，本研究以貴州省松桃河大口鲇和斑鱖為對(duì)象，測(cè)定其肌肉和肝臟中重金屬(Cd、Pb、Cr、Ag、Mn、Cu、Zn和Hg)含量水平和富集特征，評(píng)估分析其重金屬潛在的風(fēng)險(xiǎn)水平，可為評(píng)價(jià)該水域魚類重金屬富集狀況、魚類資源保護(hù)以及食品安全提供科學(xué)參考和基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2017年10月在貴州省松桃縣區(qū)域內(nèi)的松桃河松桃縣城水域采集2種常見的經(jīng)濟(jì)魚類樣本，大口鲇和斑鱖各9尾，相關(guān)指標(biāo)見表1。

表1 魚類樣本數(shù)量、體長(zhǎng)和體重記錄

1.2 樣品處理與分析

從松桃河內(nèi)采集的魚類樣本在進(jìn)行常規(guī)生物學(xué)測(cè)量后，取魚體背鰭下方去皮肌肉和肝臟組織，將樣品置于自封袋中冷凍保存。所有樣本需在冷凍條件下運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，置于-20 ℃條件下冷凍保存待測(cè)定。

將樣品從冰箱取出解凍后加5 mL HNO3-HClO4(9∶1v/v)混合液消解12 h，然后倒入上述混合酸潤(rùn)洗的聚四氟乙烯消解罐進(jìn)行微波消解。完全消解后自然冷卻至室溫排出消解產(chǎn)生的氣體，用超純水轉(zhuǎn)移至比色管中定容至25 mL，搖勻待測(cè)。Cd、Pb、Cr、Ag、Mn、Cu、Zn采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)測(cè)定，Hg采用原子熒光光度法(HCHG-AFS)測(cè)定。

1.3 魚類重金屬污染程度評(píng)價(jià)

1.3.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

參照最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無(wú)公害水產(chǎn)品安全要求》[19](GB 18406.4—2001)評(píng)價(jià)，具體指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 魚類重金屬污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.3.2 評(píng)價(jià)方法

采用單因子污染指數(shù)法和綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)魚類重金屬污染程度[3，9]。單因子污染指數(shù)法用于對(duì)重金屬在魚體內(nèi)的污染程度評(píng)價(jià)，計(jì)算公式如下：

Pi=Ci/Si

式中，Pi表示第i種重金屬污染指數(shù)；Ci表示第i種重金屬實(shí)測(cè)值的平均值(mg/kg)；Si表示第i種重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)(mg/kg)。

綜合指數(shù)法能起到突出不同重金屬的最高污染指數(shù)的作用，即在單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上對(duì)魚類進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。計(jì)算公式如下：

式中，P綜為魚類重金屬綜合污染指數(shù)，Pave為魚類各單因子污染指數(shù)污染的平均值，Pmax為魚類各單因子污染指數(shù)中的最大值。

1.4 食用安全性評(píng)價(jià)

RfD是微量元素的每日最大允許攝入量[mg/(kg·d)]，其值來(lái)源于中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)編輯的《中國(guó)居民膳食營(yíng)養(yǎng)素參考攝入量》中營(yíng)養(yǎng)元素的可耐受最高攝入量(ULs)[8]。

式中，HQi為第i種重金屬的危害系數(shù)；EDIi為成年人平均每日攝取第i種重金屬的量[mg/(kg·d)]；X為成年人日均攝入魚肉量(kg/d)；Ci為魚體肌肉的重金屬測(cè)定值；AW為成年人平均體重，AW取值為65 kg[3]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用SPSS 16.0和Excel 2010軟件對(duì)數(shù)據(jù)整理、統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)結(jié)果用均值±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示。數(shù)據(jù)結(jié)果均以P<0.05作為差異顯著性的標(biāo)準(zhǔn)。重金屬含量的差異檢驗(yàn)：同一種魚的肌肉和肝臟，采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，不同種魚肌肉和肝臟，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 松桃河大口鲇和斑鱖肝臟和肌肉中重金屬含量的比較

研究結(jié)果顯示(表3)，不同的重金屬元素在魚體內(nèi)的含量有差異。在肌肉組織中，Zn含量最高，Ag含量最低，斑鱖肌肉組織中的重金屬含量為Zn>Mn>Cu>Hg>Cr>Pb>Cd>Ag，大口鲇肌肉組織中的重金屬含量Zn>Mn>Cu>Hg>Cr>Pb>Cd>Ag。在肝臟組織中，斑鱖肝臟組織中的重金屬含量為Cu>Zn>Mn>Hg>Pb>Cr>Cd>Ag，大口鲇肝臟組織中的重金屬含量為Cu>Zn>Mn>Cd>Cr>Pb>Hg>Ag。

肌肉中，Pb、Mn和Cu的含量在兩種魚之間差異不顯著， Zn含量均最高， Zn含量在兩種魚肌肉中為大口鲇大于斑鱖，且兩者差異顯著。肝臟中，Cr 和 Zn 的含量在兩種魚之間差異不顯著，Cu 含量均最高，Cu 含量在兩種魚肝臟中為大口鲇大于斑鱖，且差異顯著。斑鱖和大口鲇肝臟中的大部分重金屬含量均高于肌肉，其中，斑鱖肝臟中的 Cd、Zn、Cu、Mn含量顯著高于肌肉，Pb和Cr 含量在不同組織之間差異不顯著。大口鲇肝臟中的Cu、Cd、Pb、Cr、Mn 含量顯著高于肌肉。

表3 斑鱖和大口鲇肌肉和肝臟中重金屬含量

注：每一行具有相同字母數(shù)值的表示沒有顯著性差異(P>0.05)；ND表示檢測(cè)結(jié)果小于Ag的檢出限0.02 mg/kg。

2.2 重金屬污染程度

根據(jù)魚類質(zhì)量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，并通過(guò)應(yīng)用單因子污染指數(shù)法(Pi)、綜合污染指數(shù)法(P綜)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算的結(jié)果見表4。魚類的重金屬單因子污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明，斑鱖和大口鲇肝臟中的Cd均為重污染水平，在大口鲇和斑鱖肌肉中的Cd在魚體內(nèi)呈現(xiàn)無(wú)污染水平。斑鱖和大口鲇肌肉中的Cd、Pb、Cr、Cu均為無(wú)污染水平，Hg均為輕污染水平。大口鲇肝臟中除了Cd為重污染水平，Pb、Cr、Cu、Hg均為無(wú)污染水平，斑鱖肝臟中的Pb、Hg為輕污染水平，其他的重金屬元素為無(wú)污染水平。綜合污染指數(shù)P綜評(píng)價(jià)結(jié)果表明，斑鱖和大口鲇肌肉的重金屬污染水平均為輕度污染，大口鲇和斑鱖肝臟的污染水平高于肌肉，且大口鲇肝臟重金屬污染程度高于斑鱖肝臟，其中斑鱖肝臟為中度污染水平，大口鲇肝臟為重污染水平。

表4 魚類重金屬單因子污染指數(shù)(Pi)和綜合污染指數(shù)(P綜)

注：當(dāng)Pi<0.2時(shí)，為無(wú)污染水平；當(dāng)0.2≤Pi<0.6時(shí)，為輕污染水平；當(dāng)0.6≤Pi<1時(shí)，為中污染水平；當(dāng)Pi>1時(shí)，為重污染水平。

2.3 食用安全性評(píng)價(jià)

采用HQ和HI評(píng)價(jià)。當(dāng)HQ≤1時(shí)表明該污染物不會(huì)引起人體的健康風(fēng)險(xiǎn)；HQ>1時(shí)表明該污染物會(huì)引起人體的健康風(fēng)險(xiǎn)；HQ越大表明該污染物對(duì)人體健康風(fēng)險(xiǎn)性則越大(HI的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)同HQ)。設(shè)HQ=1，通過(guò)魚體肌肉中的重金屬含量，可以計(jì)算出某一特定的重金屬污染時(shí)不引起食用安全風(fēng)險(xiǎn)的最大日均攝入的魚肉量，其數(shù)值越大表明因該種重金屬污染導(dǎo)致的食用安全風(fēng)險(xiǎn)越小，值越小表明該種重金屬污染導(dǎo)致的食用安全風(fēng)險(xiǎn)越大。相應(yīng)的設(shè)HI=1，可計(jì)算出重金屬混合污染下不引起食用安全風(fēng)險(xiǎn)的最大日均攝入的魚肉量。結(jié)果見表5。

表5 不引起食用安全風(fēng)險(xiǎn)的魚類最大日均攝入量和重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)參考劑量

表5顯示，Pb的食用安全風(fēng)險(xiǎn)最小，Cr和Hg的風(fēng)險(xiǎn)較大。平均每日攝食斑鱖和大口鲇分別不高于0.134 kg和0.165 kg則不會(huì)引起魚類食用的人體健康風(fēng)險(xiǎn)。

3 討論

檢測(cè)結(jié)果表明Mn、Cu、Zn的含量較其他幾種重金屬的含量高，不同的重金屬在魚體內(nèi)的含量存在差異，可能是因?yàn)檫@些重金屬元素在魚體內(nèi)的半衰期有所不同，同時(shí)也與不同重金屬元素在天然環(huán)境中的背景值相關(guān)[22]。Cu和Zn作為生命必需元素，可能更容易被魚類主動(dòng)吸收[1，23]，Papagiannis等[24]研究得出處于快速生長(zhǎng)期的歐洲擬鯉幼魚的Cu 和Zn 含量相對(duì)較高，這有助于該時(shí)期魚體的生長(zhǎng)代謝；此外松桃主產(chǎn)錳、鐵、釩、鉛、鋅、銅、汞等礦產(chǎn)[17]，這也可能是導(dǎo)致魚體Zn、Cu和Mn較高的原因。

與前人研究相比，松桃河大口鲇肌肉和肝臟中Mn的含量分別為0.389 mg/kg和2.117 mg/kg，均大于蔡深文等[3]研究結(jié)果中大口鲇Mn的含量0.312 mg/kg和2.043 mg/kg。松桃河2種魚Mn的平均值(1.169 mg/kg)較劉平等[25]對(duì)北京農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)魚類研究結(jié)果(0.423mg/kg)要高。這說(shuō)明地處“錳三角”區(qū)域松桃河的環(huán)境條件對(duì)大口鲇和斑鱖Mn的含量有所影響。魚體的肌肉和肝臟組織中重金屬含量不僅反映了重金屬元素的暴露情況，而且反映不同組織器官通過(guò)代謝活動(dòng)的排出情況。從總體來(lái)看，斑鱖和大口鲇肝臟中的大部分重金屬含量均高于肌肉，因?yàn)楦尉呓舛竟δ埽囚~體內(nèi)蓄積重金屬的主要部位[26]。大口鲇肌肉中Zn的含量和肝臟中Cu的含量均大于斑鱖，這與夏雨果研究結(jié)果中小個(gè)體魚類重金屬含量大于大個(gè)體魚類不同[1]，這可能與松桃河地處的松桃縣為礦區(qū)有關(guān)。

從單因子污染指數(shù)結(jié)果來(lái)看，斑鱖和大口鲇肝臟中的Cd相對(duì)肌肉要高，同時(shí)也較其他重金屬高。綜合污染評(píng)價(jià)表明，大口鲇魚體中重金屬污染大于斑鱖，且兩者肝臟的重金屬污染均大于肌肉。這說(shuō)明松桃河斑鱖和大口鲇主要以重金屬Cd污染為主，其中肝臟為主要受污染較嚴(yán)重的器官。這可能與重金屬Cd在底泥和重金屬在魚體組織中的積累有關(guān)，例如于霞等研究得出赤水河流域表層沉積物中潛在生態(tài)危害最大的重金屬元素為Cd[27]；陳貴良等研究發(fā)現(xiàn)水體中的鎘經(jīng)鰓進(jìn)入鯽體內(nèi)后，經(jīng)過(guò)血液循環(huán)，首先是在肝臟中儲(chǔ)存并與金屬硫蛋白(Metallothionein，MT)結(jié)合，生成鎘-MT 絡(luò)合物再轉(zhuǎn)移到腎臟中，鎘在肝和腎中的量約占全身鎘總量的1/2～2/3，鎘在鯽中的主要蓄積器官是肝臟和腎臟[28]。

與(GB 18406.4—2001)《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無(wú)公害水產(chǎn)品安全要求》 中標(biāo)準(zhǔn)限值相比，僅重金屬Cd在斑鱖和大口鲇肝臟中有超標(biāo)現(xiàn)象，而魚類肌肉為人群攝食的主要部分，說(shuō)明松桃河斑鱖和大口鲇符合人群攝食安全。由HQ計(jì)算的數(shù)值Hg在兩種魚體中均最小，即Hg產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)最大，可能是由于Hg的重金屬毒性較大所致。斑鱖和大口鲇由HI計(jì)算的數(shù)值分別為0.134、0.165，即成年人平均每日攝食斑鱖高于0.134 kg和大口鲇高于0.165 kg時(shí)可產(chǎn)生食用安全的健康風(fēng)險(xiǎn)。斑鱖在兩種魚類中風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大，但參考松桃河流域人們食用野生魚類的習(xí)慣和頻率，食用松桃河魚類的健康風(fēng)險(xiǎn)較低。