中華絨螯蟹養(yǎng)殖環(huán)境汞的殘留特征與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

王新池，曹國(guó)慶，殷玉婷，汪 倩，宋 超,，陳家長(zhǎng),

（1南京農(nóng)業(yè)大學(xué)無錫漁業(yè)學(xué)院，江蘇無錫 214081；2中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心，江蘇無錫 214081；3農(nóng)業(yè)農(nóng)村部水產(chǎn)品質(zhì)量安全環(huán)境因子風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室（無錫），江蘇無錫 214081；4農(nóng)業(yè)農(nóng)村部水產(chǎn)品質(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100141）

0 引言

水產(chǎn)品是高蛋白的重要來源，可以滿足人類的飲食需求，我國(guó)是一個(gè)水產(chǎn)大國(guó)，水產(chǎn)品產(chǎn)量主要靠大規(guī)模的水產(chǎn)養(yǎng)殖[1]。中華絨螯蟹(Eriocheir sinensis)，又被稱為河蟹、大閘蟹，中國(guó)于20世紀(jì)70年代開始探索中華絨螯蟹的人工養(yǎng)殖，目前取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。中華絨螯蟹的人工養(yǎng)殖已成為中國(guó)淡水名特優(yōu)新品種養(yǎng)殖中的支柱產(chǎn)業(yè)，在推動(dòng)中國(guó)淡水養(yǎng)殖生產(chǎn)持續(xù)健康地發(fā)展中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，而無錫市又有“太湖明珠”的美稱，共有大小河道3100余條，地表水資源豐富，為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)提供了便利條件，但隨著中國(guó)工業(yè)大發(fā)展，排出大量工業(yè)廢水，含有多種重金屬，對(duì)養(yǎng)殖水體造成了巨大影響[2]。重金屬具有在生物體內(nèi)難降解，容易富集的特點(diǎn)而獲得了廣泛關(guān)注。中華絨螯蟹為底棲生物，以水生植物、有機(jī)碎屑及動(dòng)物尸體為食，活動(dòng)能力較小，因此更容易富集污染物[3]，中國(guó)人每年食用大量中華絨螯蟹，其富集的重金屬會(huì)沿著食物鏈伴隨著生物放大作用傳遞到人體，危害人類自身安全[4]。

汞(Mercury)是重金屬元素的一種，是唯一一種常溫下呈液態(tài)的金屬元素，在大多數(shù)環(huán)境中，汞以元素(Hg)、無機(jī)二價(jià)汞(Hg2+)和有機(jī)汞化合物如甲基汞(MeHg)和乙基汞(EtHg)的形式存在[5]，汞及其化合物曾大量用于殺菌劑、殺蟲劑、化妝品等領(lǐng)域[6]。根據(jù)暴露的劑量和暴露途徑，每種形式的汞都可能對(duì)健康造成危害。甲基汞在環(huán)境中的含量低但因?yàn)樗谑澄锞W(wǎng)中對(duì)水生生物群落、肉食性野生動(dòng)物和人類健康造成危害[7]，而受到廣泛關(guān)注。甲基汞已被充分證明對(duì)人類具有神經(jīng)毒性作用，特別是在大腦發(fā)育的早期階段[8]，若長(zhǎng)期暴露于高汞環(huán)境中有可能造成腦損傷甚至死亡[9]，而甲基汞進(jìn)入人體的主要途徑就是攝食含甲基汞的食物，如水產(chǎn)動(dòng)物、大米等[10]。因此，汞排放對(duì)人類和環(huán)境均存在危害，國(guó)際社會(huì)達(dá)成共識(shí)，于2013年128個(gè)國(guó)家簽訂了《水俁公約》[11]。中國(guó)是全世界汞排放量最大的國(guó)家，約占到全球汞排放量的30%～40%[12]，而中國(guó)關(guān)于保護(hù)水生生物的甲基汞水質(zhì)標(biāo)椎正在探索中[13]。目前對(duì)于汞在魚類體內(nèi)的富集和效應(yīng)研究較多，但汞在中華絨螯蟹體內(nèi)的富集以及對(duì)人健康的威脅鮮有研究。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

液相色譜儀（Agilent1260美國(guó)安捷倫科技有限公司）；電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（Agilent ICP-MS 8900美國(guó)安捷倫科技有限公司）；色譜柱(ZORBAX Eclipse plus C18 Analytical 4.6 mm*150 mm 5-Micron)；AL104電子分析天平（梅特勒-托利多儀器有限公司）；Master-QUT水純化系統(tǒng)（上海和泰儀器有限公司）；KQ3200E型超聲清理器（昆山市超聲儀器有限公司）

流動(dòng)相A相：甲醇-水（體積比5:95，其中水相含0.077%乙酸銨、0.12%半胱氨酸鹽，氨水調(diào)節(jié)至pH 7.5），上機(jī)前需超聲1 h；B相：甲醇。

實(shí)驗(yàn)所用器皿均用5%的硝酸溶液浸泡24 h以上，再用超純水沖洗干凈，去除容器壁上的可溶性重金屬離子，晾干備用。

1.2 樣品處理

2021年8月在無錫周邊宜興、江陰、惠山、東港等地蟹塘取水樣和泥樣共14份。水樣經(jīng)0.22 μm濾膜過濾后取1 mL裝入進(jìn)樣小瓶；泥樣經(jīng)冷凍干燥后稱取0.50 g左右置于15 mL離心管，以加入6%鹽酸、3%甲醇的流動(dòng)相作為提取液，超聲1 h后于3000 rpm離心5 min，再取上清液經(jīng)0.22 μm濾膜過濾后取1 mL裝入進(jìn)樣小瓶當(dāng)天上機(jī)測(cè)定。

1.3 測(cè)定條件

霧化室溫度：2℃；等離子體氣（氬氣）流量：15.00L/min；輔助氣流量：1.00L/min；霧化氣1.00L/min；補(bǔ)償/稀釋氣流量：1.00 L/min。

1.4 評(píng)估方法

水體無機(jī)汞(Hg2+)殘留的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估采用單因子法[14]，其計(jì)算方法見公式(1)。

式中，Pi為重金屬Hg的單因子污染指數(shù)；Ci為重金屬Hg的含量，mg/kg；Si為重金屬Hg的安全濃度[15]，mg/kg，其計(jì)算方法見公式(2)。

Pi值反映環(huán)境的受污染程度，Pi值越大，表明水體受重金屬Hg的污染程度越嚴(yán)重；反之，Pi值越小，表明水體受重金屬Hg的污染程度越輕。當(dāng)Pi＜0.2時(shí)，表明符合正常范圍，幾乎未受污染，無風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)0.2≤Pi≤0.6時(shí)，表明水體處于輕度污染水平，風(fēng)險(xiǎn)水平較低；當(dāng)0.6＜Pi＜1時(shí)，表明水體處于中度污染水平，風(fēng)險(xiǎn)水平較高；當(dāng)Pi≥1時(shí)，則為重度污染水平，風(fēng)險(xiǎn)值很高。汞形態(tài)檢測(cè)限范圍為0.02～45.14 mg/kg，R2＞0.999，3種汞形態(tài)平均加標(biāo)回收率為74.77%～126.22%。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 養(yǎng)殖環(huán)境汞的殘留特征

水樣和泥樣中汞的殘留情況如圖1、2所示?？傮w來看，水體和底泥中的汞主要存在形態(tài)為Hg2+，MeHg和EtHg，其中水體以無機(jī)汞為主；底泥環(huán)境中Hg2+含量減少，MeHg的占比增大。NYT 5361—2016《無公害農(nóng)產(chǎn)品淡水養(yǎng)殖產(chǎn)地環(huán)境條件》中規(guī)定淡水養(yǎng)殖用水中總汞≤0.0001 mg/L，淡水底棲類水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)地底質(zhì)中總汞≤0.2 mg/kg[16]。經(jīng)過單位換算，無錫周邊所采的7個(gè)水樣中有5個(gè)超過標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)率達(dá)到71.42%；7個(gè)泥樣中有0個(gè)超過標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)率為0%。

圖1 無錫周邊水樣中汞殘留情況

圖2 無錫周土樣中汞殘留情況

2.2 水體中汞殘留的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

采用單因子法對(duì)水體中殘留的汞進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3所示，水體和底泥中都存在汞殘留超標(biāo)的情況，但是污染指數(shù)都最高的僅為0.05，均在正常范圍內(nèi)，風(fēng)險(xiǎn)值都幾乎為0。當(dāng)以不同標(biāo)準(zhǔn)為參考時(shí)，會(huì)得到不同的結(jié)果，《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)椎GB 11607—89》中規(guī)定汞≤0.0005 mg/L；而NYT 5361—2016《無公害農(nóng)產(chǎn)品淡水養(yǎng)殖產(chǎn)地環(huán)境條件》中規(guī)定淡水養(yǎng)殖用水總汞≤0.0001 mg/L，底棲類水產(chǎn)養(yǎng)殖底質(zhì)中總汞≤0.2 kg/mg。對(duì)于這一問題，有關(guān)部門應(yīng)盡快發(fā)布統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，更加有利于及時(shí)、準(zhǔn)確、全面的進(jìn)行水質(zhì)的檢測(cè)工作。

圖3 單因子污染指數(shù)

3 討論

3.1 水環(huán)境中汞的來源及轉(zhuǎn)化

金屬汞，在常溫下為銀白色液態(tài)金屬并伴有金屬光澤，但其沸點(diǎn)低，在常溫下具有揮發(fā)性，蒸發(fā)量隨著溫度升高而增大，產(chǎn)生汞蒸氣[17]。由于汞特殊的物理性質(zhì)，汞在自然界分布廣泛，不同形態(tài)的汞及其化合物也可以相互轉(zhuǎn)化并遷移，汞在水體及底泥中轉(zhuǎn)化途徑如圖4所示。全球來看，水體大概占到了70%的比例，水體中的汞大部分來自于大氣遷移和水的遷移[18]。大氣中汞的來源有兩個(gè)，自然來源和人類來源，自然來源包括火山爆發(fā)、森林火災(zāi)、生物質(zhì)燃燒和低溫?fù)]發(fā)等，人類來源有化石燃料的燃燒、采礦、廢物處理和化學(xué)生產(chǎn)[19]。所有這些來源都向大氣中釋放汞，再通過大氣沉降過程，導(dǎo)致水生生態(tài)系統(tǒng)中沉積或累積[5]。在水環(huán)境中汞的主要存在形式為Hg2+，經(jīng)過底泥中厭氧微生物的作用，有部分Hg2+被甲基化，變成毒性更大，具有親脂性的MeHg，在環(huán)境中被研究最多的甲基化劑當(dāng)屬產(chǎn)甲烷菌、硫酸還原菌(SRB)等[20]。雷沛等[21]研究表明在富營(yíng)養(yǎng)化湖泊中溶解性有機(jī)物是影響汞甲基化的重要因素，尤其是夏季藻華腐解后產(chǎn)生的藻源性有機(jī)質(zhì)能促進(jìn)產(chǎn)甲烷菌的豐度和活性，進(jìn)而促進(jìn)水體甲基化。一旦轉(zhuǎn)化為甲基汞的形式，很容易進(jìn)入水生食物鏈，首先是被浮游生物吸收，進(jìn)而擴(kuò)散到多細(xì)胞大型動(dòng)物體內(nèi)。

圖4 水環(huán)境中汞的遷移轉(zhuǎn)化

3.2 無錫地區(qū)養(yǎng)殖中華絨螯蟹Hg殘留的差異性

從14份樣品的檢測(cè)結(jié)果來看，第一，宜興地區(qū)的汞殘留量明顯高于江陰、東港、惠山地區(qū)。張聰?shù)萚22]對(duì)太湖流域中華重金屬鎘和鉻的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估時(shí)也曾指出宜興地區(qū)的鉻含量顯著高于周圍的蘇州、常州和湖州。首先這可能與宜興地區(qū)以及太湖流域的工業(yè)發(fā)展有關(guān)系。宜興市位于 31°07′—31°37′N，119°31′—120°03′E，地處江蘇省南端、滬寧杭三角中心。岳震等[23]指出國(guó)內(nèi)各大水域水體均受到了不同程度的重金屬污染，主要集中在工業(yè)發(fā)達(dá)，靠近城市的地區(qū)重金屬含量高于其他地區(qū)，而全國(guó)來看，蘇南以及滬寧杭地區(qū)均屬于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，工業(yè)高速發(fā)展的地區(qū)。其次，可能與當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶以及養(yǎng)殖戶的農(nóng)業(yè)活動(dòng)有關(guān)。養(yǎng)殖中華絨螯蟹的飼料來源包括配合飼料和冰鮮雜魚兩種，冰鮮雜魚是指那些經(jīng)濟(jì)價(jià)值低、食用品質(zhì)差、不適合人類食用的小型魚類[24]，然而魚類被認(rèn)為是汞的重要來源[25]。

隨著農(nóng)業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，農(nóng)藥和化肥的使用變得普及，甚至存在使用量超標(biāo)的問題，含有汞的化肥或農(nóng)藥沉積到土壤，在通過陸地徑流進(jìn)入湖泊和海洋中[26]。第二，水樣中的汞含量高于泥樣，原因可能是底泥與水體相比，含氧量更低，厭氧菌含量更高。

綜上，造成中華絨螯蟹養(yǎng)殖區(qū)域，Hg殘留總量地區(qū)差異性的原因主要是工業(yè)發(fā)展和養(yǎng)殖活動(dòng)的影響；造成Hg殘留形態(tài)差異的原因主要是厭氧細(xì)菌的作用。

3.3 中華絨螯蟹汞的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

汞因其半衰期長(zhǎng)、遷移途徑廣泛、難以去除等特點(diǎn)，很容易被水生生物富集，并在食物鏈中遷移轉(zhuǎn)化，在生物體內(nèi)絕大部分以甲基汞形式存在，進(jìn)而造成不同程度的健康與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[27]。水生生物富集水體中MeHg，會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)甲基汞含量比水體高出104～106倍[28]。戴光偉等[29]表明甲殼類動(dòng)物對(duì)重金屬的富集能力大于魚類。

根據(jù)測(cè)得的中華絨螯蟹養(yǎng)殖水體和底泥中汞的含量以及計(jì)算所得單因子指數(shù)顯示，中華絨螯蟹所生活的環(huán)境處在一個(gè)低風(fēng)險(xiǎn)水平。環(huán)境中汞含量的多少關(guān)系到食品安全問題，因此在養(yǎng)殖過程中應(yīng)注意養(yǎng)殖水環(huán)境的富營(yíng)養(yǎng)化問題，水體富營(yíng)養(yǎng)化條件下硫酸還原菌的活性和生物量均增大，其作為是主要的汞甲基化細(xì)菌，在厭氧環(huán)境下，將有利汞甲基化轉(zhuǎn)化成為甲基汞[30]。

4 結(jié)論

無錫周邊中華絨螯蟹養(yǎng)殖池塘水體中汞值范圍在ND～18.2 μg/L，按照不同的標(biāo)椎作為參考，均有個(gè)別池塘存在超標(biāo)現(xiàn)象；底泥中汞值范圍在0.01～0.022 μg/g，不存在池塘汞值超標(biāo)，但底泥中甲基汞的比值變高，需要引起重視。水體中汞的含量與地區(qū)具有相關(guān)性，宜興地區(qū)養(yǎng)殖塘重金屬汞的含量顯著高于其他地區(qū)。養(yǎng)殖池塘汞的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估顯示，水體和底泥均處于低風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，幾乎未受到污染，但仍需加強(qiáng)對(duì)重金屬汞的監(jiān)控，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活等多方面減少重金屬的排放。我們也將繼續(xù)加強(qiáng)中華絨螯蟹對(duì)不同形態(tài)汞富集系數(shù)的研究。