河蜆對沉積物中持久性有機污染物生物富集及遷移轉化影響作用研究進展

谷先坤，劉燕山，唐晟凱，李大命，張彤晴，沈冬冬，張增，何浩然

（江蘇省淡水水產研究所，江蘇省內陸水域漁業(yè)資源重點實驗室，江蘇 南京 210017）

持久性有機污染物（Persistent organic pollutants,POPs）是指具有長期殘留性、生物積累性、半揮發(fā)性和高毒性，并且能夠通過各種環(huán)境介質（大氣、水、生物體等）進行長距離遷移，對人類健康和生態(tài)環(huán)境具有嚴重危害的天然或人工合成的有機物，包括脂肪族、芳香族和脂肪族氯代烴。POPs 可通過食物鏈進行傳遞和放大，嚴重危害生態(tài)環(huán)境和人類健康[1-2]。

沉積物作為環(huán)境變化的記錄者和水生生物食物來源的提供者，在水生生態(tài)系統(tǒng)中具有重要地位，沉積物中的POPs 遷移轉化一直以來是人們關注的重點。一般來說，沉積物是POPs 儲存庫之一，既是“匯”，同時也是水體和土壤污染的內“源”[3-4]。POPs 一方面與沉積物中的有機質、礦物質等組成物質發(fā)生一系列物理化學反應，如分配、物理吸附、化學吸附等[5]。同時在一定條件下，沉積物中POPs又會發(fā)生各種轉化進入水體并通過反復的沉降—懸浮過程進行遷移和擴散[6-7]。

河蜆，Corbicula fluminea（Müller,1774），屬于瓣鰓綱（Lamellibranchia），真瓣鰓目（Eulamellibranchia），蜆科（Corbiculidae），蜆屬（Corbicula），雙殼類淡水軟體動物，我國典型、特色雙殼貝類，廣泛分布在我國及東南亞的淡水湖泊、河流、水庫等水體的沉積物表層，是眾多淡水生態(tài)系統(tǒng)的底棲優(yōu)勢種之一。河蜆具有重要的生態(tài)功能，是重要的消費者和分解者；同時其含豐富的粗脂肪，對水體的營養(yǎng)元素、重金屬和有機污染物具有富集能力等，具有重要的環(huán)境指示作用。因此河蜆對沉積物中POPs 遷移轉化具有重要影響和作用?，F(xiàn)從河蜆對沉積物中有機氯農藥的生物富集、河蜆的生物擾動影響及河蜆對POPs生物有效性等方面的影響進行綜述。

1 河蜆對沉積物POPs 生物富集效應

河蜆是廣泛分布在沉積物表層的淡水生態(tài)系統(tǒng)的底棲優(yōu)勢種，其對重金屬、持久性有機污染物等具有較強吸收、富集能力，所以河蜆較多應用于水體沉積物生物富集及生物毒性效應研究。李天云等[8]利用河蜆研究了沉積物中有機氯農藥在生物體內的累積效應，結果表明河蜆可以作為檢測沉積物中污染物的慢性毒性的試驗生物，并發(fā)現(xiàn)河蜆對有機氯農藥的富集作用為內臟團>肌肉>鰓。沉積物中有機氯農藥被河蜆的消化液解吸下來并累積到河蜆體內，是河蜆累積疏水性有機污染物的主要途徑；盧杰[9]發(fā)現(xiàn)河蜆對酚的耐受性極高，遠遠大于普通淡水生物的承受極限（10.4 mg/L），河蜆體內酚的最大富集量達到了41.36 mg/kg；任淑智[10]將河蜆作為監(jiān)測薊運河有機氯農藥污染的指示生物，發(fā)現(xiàn)河蜆體內“666”含量和水中“666”含量存在相關關系。此外也有研究發(fā)現(xiàn)多環(huán)芳烴和有機氯農藥在河蜆鰓、肌肉、內臟團中的含量差別較大，其中原因有待進一步探究[11-14]。

2 河蜆對沉積物OCPs 遷移轉化影響

除了對持久性有機污染物的生物富集外，河蜆的生物擾動是影響沉積物污染物遷移轉化過程的重要因素。生物擾動（bioturbation），即底棲生物通過潛穴、爬行、覓食和避敵等活動而導致的沉積物初級結構的改變。通過對沉積物的搬運、混合以及微環(huán)境的改變，加速沉積物與上覆水的物質交換和能量流動，改變了沉積物-水界面的污染物傳輸通量和轉化過程。大型底棲動物促使挪威奧斯陸港沉積物中賦存的PAHs、PCBs 和DDT 等污染物分別以每天243，19.6 和13.6 pmol/m2的速度向水體釋放[15]；底棲動物螃蟹的活動則促進了阿根廷BahíaBlanca 河口沉積物中DDT 和HCH 等有機氯農藥向水體的釋放[16]。河蜆的生物擾動作用不容忽視。河蜆通過濾食和生物沉降使水體營養(yǎng)鹽向沉積物表層轉移，顯著降低水體總氮、總磷和懸浮物濃度，抑制了浮游生物的密度，增加了水體透明度[17－18]。河蜆擾動增大了沉積物鐵結合態(tài)磷含量，促進了沉積物中溶解性活性磷SRP 向上覆水釋放，同時其自身代謝可能對促進SRP 向上覆水釋放具有主導作用[19-20]。王雪等[21]研究發(fā)現(xiàn)，河蜆生物擾動作用對表層沉積物氮素釋放同樣具有明顯的促進作用。

目前對河蜆生物擾動作用研究多集中于河蜆對沉積物氮、磷等營養(yǎng)鹽元素的釋放、遷移、轉化的作用和影響分析，而對河蜆對持久性有機污染物在環(huán)境介質中的遷移轉化影響的探討相對較少。黃勤超等[22]指出，部分底棲動物如蚯蚓、河蜆等通過自身的代謝作用，將部分POPs 轉化成低毒或無毒產物。聶湘平等[23]利用微宇宙模擬水生態(tài)系統(tǒng)探索多氯聯(lián)苯在水體環(huán)境中的行為，對多氯聯(lián)苯在水體、沉積物、生物體（皇冠水草、河蜆、鰱）不同分配相，在生物體不同組織、器官中含量、分布以及遷移、富集等時間變化動態(tài)過程進行了研究，結果發(fā)現(xiàn)與皇冠水草、鰱相比，河蜆具有更高的生物富集系數(shù)，河蜆對多氯聯(lián)苯有明顯的吸收積累，但河蜆生物蠕動造成的擾動可使部分底泥發(fā)生再懸浮，使得吸收平衡時間較長。

3 河蜆對沉積物微環(huán)境的影響

分析POPs 在環(huán)境介質中的遷移和轉化，是研究POPs 在水生生態(tài)系統(tǒng)中環(huán)境行為的基礎和前提。POPs 在環(huán)境介質中遷移轉化的影響因素紛繁復雜，互相聯(lián)系。沉積物組成和結構、溫度、pH 值、溶解氧含量、POPs 本身的性質和結構都是POPs 在環(huán)境介質中遷移轉化的重要影響因子。沉積物中總有機碳（TOC）含量與PAHs 含量顯著相關, 沉積物的粒徑與OCPs 和PCBs 的含量之間有很好的相關性[24]。隨著溫度的升高，沉積物中有機氯農藥的釋放明顯加強，且在紊動條件下的釋放速率和強度遠遠大于靜止條件下[25]。DDT 在厭氧條件下被微生物分解為DDD，而在好氧條件下轉為DDE。厭氧還原過程會生成酸性發(fā)酵產物，引起局部pH 值的變化，從而影響溶解性PCBs 和吸附在有機質上的PCBs 之間的動態(tài)平衡[26]。

河蜆的代謝、排氨等生理活動和虹吸、挖穴等生物擾動可以改變沉積物的性質和結構、改變沉積物-水界面的微環(huán)境條件，甚至改變污染物的組成和性質，從而對沉積物中POPs 的遷移、轉化、分解等產生影響。河蜆體內可能存在能夠有降解重金屬、POPs 的物質。國外已有研究表明，河蜆體內所含有的金屬硫蛋白、縮氨酸、微量元素等物質均能對POPs、重金屬等產生抑制作用[27-28]。張雷等[19]研究發(fā)現(xiàn)河蜆擾動顯著增加了沉積物含水率和總微生物活性，并且其對沉積物含水率和總微生物活性的增加在表層最大，隨深度增加而遞減。河蜆的活動增加了富含氧氣上覆水的下滲，增加了含氧沉積物體積與有氧-無氧沉積物界面的面積[29]。河蜆的擾動也為沉積物中氧化還原反應提供電子受體，沉積物氧化還原環(huán)境與有氧-無氧界面的變化，以及伴隨河蜆活動所產生的平流、生物引灌等過程，改變了沉積物的化學特征與微生物活性[30]。但河蜆對沉積物的改變與沉積物中有機氯農藥的釋放、轉化以及分解等環(huán)境行為之間的關聯(lián)、作用及影響因子等問題尚不明確，需進一步探討。

4 河蜆對沉積物POPs 生物有效性的影響

河蜆的生物擾動不僅改變了沉積物的性質和結構，改變沉積物的微環(huán)境條件，同時進一步影響了沉積物污染物的生物有效性，從而影響了沉積物污染物的毒性。賈艷霞等[31]研究了河蜆生物擾動對沉積物重金屬生物有效性的影響，結果顯示河蜆擾動氧化了沉積物中的酸可揮發(fā)性硫化物，導致了沉積物重金屬向上覆水的釋放，沉積物中氧化酸可揮發(fā)性硫化物的含量降低改變了其對沉積物中親硫金屬的結合能力，增強了沉積物中重金屬的毒性。趙中華等[32]利用河蜆、銅銹環(huán)棱螺研究了太湖沉積物DDT 的生物有效性，發(fā)現(xiàn)河蜆體內富集的DDTs的含量明顯較銅銹環(huán)棱螺高，這主要是因為河蜆攝食等生物活動對沉積物的擾動作用劇烈，增大了河蜆與沉積物的接觸面積，同時也會加速沉積物中顆粒態(tài)污染物的釋放，提高了可被生物吸收利用部分污染物的含量。

5 結語

目前對河蜆的富集作用及毒性效應多在水相中進行，針對全沉積物的研究相對較少，后續(xù)的研究中需要以全沉積物基質為對象進行研究。目前研究多數(shù)把河蜆作為水-沉積物-水生生物這一生態(tài)系統(tǒng)中的組成部分進行研究，而對河蜆對水體、沉積物的反作用的研究比較少見，后續(xù)研究中可以在河蜆對水體、沉積物的物質組成、理化性質等因子產生影響方面著重研究。應繼續(xù)拓展河蜆對新型污染物的富集及生物毒性效應研究，并從分子生物學角度探究污染物對河蜆的生物放大作用。