余 駿， 李玉成， 張學(xué)勝， 王 寧， 崔魯楠， 吳義國

(安徽大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院， 合肥 230601)

巢湖重要河口濕地貝類中汞的生物富集研究

余 駿， 李玉成， 張學(xué)勝， 王 寧， 崔魯楠， 吳義國

(安徽大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院， 合肥 230601)

以巢湖主要河口濕地中的無齒蚌(Anodonta)為研究對象，分析汞在貝類體內(nèi)的生物積累和空間分布情況。結(jié)果表明：研究區(qū)的沉積物均受到不同程度的汞污染，其中以十五里河和南淝河河口污染最為嚴重；無齒蚌對汞和甲基汞具有明顯的生物富集，其與對應(yīng)沉積物中汞和甲基汞含量均呈顯著正相關(guān)，且生物體內(nèi)的汞污染分布趨勢與沉積物中汞污染水平反映較為一致，表明無齒蚌可作為河口濕地汞污染監(jiān)測的指示生物。無齒蚌體內(nèi)不同組織對汞的積累具有明顯選擇性，表現(xiàn)為外套膜中汞濃度最高，內(nèi)臟次之，腮和肌肉較低。貝類評價結(jié)果表明，巢湖各重要河口濕地?zé)o齒蚌中汞和甲基汞含量均符合我國相關(guān)限量標準，其食用的健康風(fēng)險較低，可劃入生態(tài)保育區(qū)進行重點保護和利用。

河口濕地；無齒蚌；汞；甲基汞；生物富集

河口濕地是溝通河流與湖泊的天然生態(tài)緩沖帶，在涵養(yǎng)水源、凈化環(huán)境、維持生物多樣性和生態(tài)平衡等方面均具有十分重要的作用[1-3]。作為合肥的“內(nèi)湖”，巢湖未來的生態(tài)建設(shè)已被明確納入到合肥市“十三五”規(guī)劃綱要，并重點提出在各入巢河流河口處規(guī)劃一批新的濕地生態(tài)保育區(qū)。因此，在巢湖主要入湖河口濕地開展先期環(huán)境質(zhì)量和生物資源評估，對構(gòu)建環(huán)巢湖生態(tài)走廊具有十分重要的意義[4-5]。

雙殼貝類具有凈化水質(zhì)、生物固碳以及維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多樣性等重要功能，亦可作為指示生物用于水環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測預(yù)警[6-8]。雙殼貝類在巢湖流域曾十分繁盛，河蜆等可食性貝類曾遠銷東南亞和日韓。然而，隨著巢湖近年來污染加劇水質(zhì)惡化，湖區(qū)及主要入湖河流中雙殼貝類日漸稀少，優(yōu)勢物種漸漸被耐污性較強的環(huán)棱螺類替代。目前，國內(nèi)外利用雙殼貝類對重金屬的富集特征來監(jiān)測評價水環(huán)境質(zhì)量已取得諸多成果，然而對河口濕地的貝類生物監(jiān)測研究還鮮見報道[9-11]。

汞作為一種典型的重金屬污染物，在水環(huán)境中容易經(jīng)微生物轉(zhuǎn)化生成甲基汞，被貝類吸收蓄積于體內(nèi)，再通過食物鏈積累放大最終進入人體造成健康危害[12-13]。因此本研究通過采集巢湖各主要河口濕地出現(xiàn)最頻、分布最廣的雙殼貝類——無齒蚌(Anodonta)，分析其組織中汞和甲基汞的蓄積量，并對研究區(qū)汞污染水平和貝類食用安全性進行評價，旨在揭示無齒蚌對汞的生物富集規(guī)律，以便為合理利用河口區(qū)的貝類資源及構(gòu)建環(huán)巢湖河口濕地生態(tài)保育區(qū)提供參考依據(jù)[14-15]。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集和預(yù)處理

于2015年5月在巢湖6個主要河口濕地布設(shè)采樣點，其中包括屬于城市污染控制型的南淝河、十五里河和派河河口，水土保持控制型的杭埠河河口，面源污染控制型的柘皋河和裕溪河河口[16]，各采樣點分布如圖1所示。

圖1 采樣點示意圖Fig 1 Sampling sites of this study

現(xiàn)場測定水樣溶氧、溫度和pH值，同時在對應(yīng)點位使用彼得遜采泥器采集表層沉積物(0～10 cm)和無齒蚌樣，每個點位采集5次混合成樣，具體釆樣點情況見表1。沉積物剔除雜物后經(jīng)過真空冷凍干燥、研磨后過100目篩備用。無齒蚌用加冰的聚乙烯自封袋封裝帶回實驗室，并在曝氣的水中暫養(yǎng)72 h以清空腸內(nèi)雜物。每個點位選取一定數(shù)量尺寸大小相近的無齒蚌，解剖以獲取全部軟組織，所取樣品均經(jīng)稱重、勻漿后冷凍干燥備用[17]。

表1 采樣點相關(guān)指標Table 1 Index of correlation in the study area

1.2 樣品分析

取沉積物(0.1 g)和無齒蚌(0.1 g)干樣，依據(jù)美國EPA-7473固態(tài)和液態(tài)樣品中汞的分析方法，用DMA-80直接測汞儀分析測定樣品中總汞的含量，沉積物和無齒蚌中的甲基汞采用萃取-乙基化結(jié)合GC-CVAFS法進行分析測定[18-19]。分析過程以水系沉積物標準物質(zhì)BW07304a和貽貝成分標準物質(zhì)SRM2976進行質(zhì)量控制，加標回收率符合美國EPA 標準要求的80%～120%的范圍。所有樣品分析均重復(fù)進行3次，以提高精確度和減小隨機誤差，試驗結(jié)果取平均值。利用Origin 8.5和SPSS 18.0軟件對數(shù)據(jù)結(jié)果進行處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 沉積物和無齒蚌中汞含量

無齒蚌營底棲固著生活，其周圍水環(huán)境中的汞可通過表面吸附、呼吸或者濾食等途徑進入到無齒蚌中，進而在水生生態(tài)系統(tǒng)中伴隨著食物鏈進行遷移富集，各河口濕地沉積物和無齒蚌中汞含量見表2。

表2 沉積物和無齒蚌中汞含量Table 2 The contents of mercury in sediments and Anodonta

巢湖各河口濕地沉積物中汞含量的變化范圍為49.96～195.78 μg/kg，其污染水平由高到低分別為：南淝河>十五里河>裕溪河>派河>柘皋河>杭埠河；沉積物中甲基汞含量的變化范圍為0.48～1.93 μg/kg，其污染水平由高到低分別為：南淝河>十五里河>裕溪河>杭埠河>柘皋河>派河，并且汞在沉積物中的甲基化率變化范圍為0.87%～1.07%。本研究依據(jù)“安徽省江淮流域區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查”項目9個湖泊663件沉積物樣品統(tǒng)計結(jié)果，取巢湖流域沉積物汞的背景值為48 μg/kg，可以看出，巢湖六條主要河口濕地均受到不同程度的汞污染，其中以城市污染控制型河流的河口汞污染最為嚴重[20]。無齒蚌中汞含量的變化范圍為122.93～274.31 μg/kg，其污染水平由高到低分別為：十五里河>南淝河>裕溪河>柘皋河>杭埠河>派河；無齒蚌中甲基汞含量的變化范圍為67.73～172.35 μg/kg，其污染水平由高到低分別為：十五里河>南淝河>裕溪河>柘皋河>派河>杭埠河。對比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，無齒蚌生物體內(nèi)汞的甲基化率變化范圍為52.87%～62.83%(56.58%)，要遠高于沉積物中汞的甲基化率(均值為0.98%)。總體上看，無齒蚌的汞污染分布趨勢和沉積物中汞污染水平反映較為一致，表現(xiàn)為西半湖各河口濕地汞污染程度要高于東半湖。依據(jù)美國國家海洋與大氣管理局(NOAA)頒布的沉積物質(zhì)量標準當(dāng)中有關(guān)效應(yīng)范圍低值ERL(Effects Range-Low)的規(guī)定，即當(dāng)沉積物中汞含量≤150 μg/kg時，可以認為沉積物中未發(fā)生污染，底棲貝類等不會發(fā)生不良生物反應(yīng)[21]。由表2數(shù)據(jù)可知，巢湖十五里河和南淝河河口濕地的汞污染已超過限定標準并表現(xiàn)出較高的生態(tài)風(fēng)險。

2.2 無齒蚌對汞的生物富集

為比較無齒蚌對沉積物中重金屬汞的積累能力，采用生物-沉積物積累因子(biota-sediment accumulation factors, BSAF)來表示[22]，計算公式為：

BSAF=CO/CS

式中，CO為生物體中重金屬含量，CS為沉積物中重金屬含量，計算數(shù)值見表3。分析結(jié)果表明，無齒蚌對于沉積物中的汞和甲基汞均表現(xiàn)出明顯的生物富集，其中總汞的BSAF為1.24～2.93(均值為2.25)，而甲基汞的BSAF則高達70.92～168.96(均值為130.29)，表明汞在無齒蚌體內(nèi)主要以甲基汞的形式進行貯存富集[23]。此外，汞污染嚴重的十五里河和南淝河河口處無齒蚌中汞和甲基汞的BSAF數(shù)值均下降明顯，這可能是水環(huán)境中高濃度的汞背景含量對無齒蚌的生物積累產(chǎn)生了抑制作用，但是相關(guān)機理還有待進一步研究。

表3 無齒蚌對汞的生物-沉積物積累因子(BSAF)Table 3 Biota-sediment accumulation factors of Hg in Anodonta( BSAF)

在本研究的6個河口濕地當(dāng)中，杭埠河水質(zhì)相對較優(yōu)且河段內(nèi)蘊含著數(shù)量足夠豐富的貝類資源，因此在杭埠河河口附近每間隔300 m輻射布點共采集7處不同點位的無齒蚌，按照外套膜、腮、肌肉和內(nèi)臟進行分類解剖，進而對各組織中的汞含量進行分析(圖2)。結(jié)果表明：無齒蚌各組織對汞的積累具有明顯選擇性，總體上是外套膜中汞的濃度最高，均值為(143.82±9.83) μg/kg，內(nèi)臟次之均值為(124.76±6.76) μg/kg，腮和肌肉較低，均值分別為(99.46±9.91) μg/kg和(93.31±7.72) μg/kg。由前文研究結(jié)果可知，汞在無齒蚌體內(nèi)主要以甲基汞的形式貯存分布，而水環(huán)境中汞在被微生物轉(zhuǎn)化生成甲基汞后極具親脂性，可快速通過細胞膜擴散進入無齒蚌體內(nèi)，其生物累積能力遠大于無機汞進而在無齒蚌體內(nèi)表現(xiàn)出特定組織和器官對汞的富集[12]。此外，無齒蚌對汞的富集速率還取決于汞進出生物體的相對速率以及生物體內(nèi)金屬硫蛋白等特定“解毒酶”的數(shù)量和活性，其變化影響著對汞的積累量[24-25]。

圖2 無齒蚌不同組織中汞含量Fig 2 The contents of mercury in different tissues of Anodonta

2.3 無齒蚌與沉積物中汞的相關(guān)性分析

無齒蚌是水中藻類等初級生產(chǎn)者和有機顆粒物的濾食者，在污染物通過食物鏈富集放大過程中扮演著重要角色，對6個河口濕地的無齒蚌和沉積物中汞的相關(guān)性分析。結(jié)果表明(表4)：無齒蚌體內(nèi)汞和甲基汞含量與沉積物中汞和甲基汞含量均呈顯著正相關(guān)，特別是無齒蚌對環(huán)境中甲基汞的含量變化更為敏感，表明無齒蚌在汞暴露下的生物積累效應(yīng)能夠使其成為河口濕地汞污染監(jiān)測的優(yōu)良指示生物[26-28]。

2.4 無齒蚌中汞的風(fēng)險評價

依據(jù)中國《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無公害水產(chǎn)品安全要求》GB18406.4—2001中汞的限值標準(總汞≤300 μg/kg，甲基汞≤200 μg/kg)，研究區(qū)無齒蚌體內(nèi)汞和甲基汞含量均符合相關(guān)限量標準[29]。此外，貝類作為巢湖沿岸居民餐桌上的常見食材，有必要對其食用安全進行評估。世界衛(wèi)生組織(WHO) /聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)食品添加劑聯(lián)合專家委員會(JECFA) 制定了污染物每周可耐受攝入量(provisional tolerable weekly intake，PTWI)作為食用安全性評價依據(jù)[30]。本研究根據(jù)所檢測的無齒蚌樣品中汞含量(各河口濕地?zé)o齒蚌中汞的最大含量)以及我國人均每周貝類消費量0.182 kg[31]，計算成人每周實際重金屬汞的攝入量，并與PTWI 比較，評價其食用安全性。結(jié)果顯示(表5)，各河口濕地?zé)o齒蚌中汞和甲基汞的人均攝入量均未超過PTWI規(guī)定的閾值。因此，在規(guī)劃構(gòu)建環(huán)巢湖河口濕地生態(tài)保育區(qū)的同時，應(yīng)當(dāng)加強對所轄區(qū)域內(nèi)貝類資源的保護和利用。

表4 無齒蚌與沉積物中汞的Spearman相關(guān)性分析(n=6)Table 4 The correlation of mercury between sediments and Anodonta (n=6)

*：在0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；**：在0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)

表5 人均實際重金屬汞攝入量Table 5 Estimated weekly intakes for the shellfish consumed by people

a: 每周可耐受攝入量(mg /kg·BW)；b: 成人(體重60 kg)每周可耐受攝入量(mg)；c: 表中各河口濕地?zé)o齒蚌中汞的最大含量，參見表2

3 結(jié)論

1)巢湖各河口濕地沉積物中汞含量的變化范圍為49.96～195.78 μg/kg，甲基汞含量的變化范圍為0.48～1.93 μg/kg，均受到不同程度的汞污染，其中以城市污染控制型的南淝河和十五里河河口汞污染最為嚴重；各河口濕地?zé)o齒蚌中汞含量的變化范圍為122.93～274.31 μg/kg，甲基汞含量的變化范圍為67.73～172.35 μg/kg，表現(xiàn)出對環(huán)境中汞和甲基汞的明顯富集。

2)無齒蚌各組織對汞的積累具有明顯的選擇性，具體表現(xiàn)為外套膜中汞濃度最高，內(nèi)臟次之，腮和肌肉較低，其全組織中總汞和甲基汞含量與對應(yīng)沉積物中總汞和甲基汞含量均呈顯著正相關(guān)。此外，無齒蚌生物體內(nèi)的汞污染分布趨勢與沉積物中汞污染水平反映較為一致，表明其可作為指示生物用于河口濕地環(huán)境中汞污染的監(jiān)測。

3)巢湖各河口濕地?zé)o齒蚌中汞和甲基汞含量均符合我國相關(guān)限量標準，作為水產(chǎn)品其食用安全性和健康風(fēng)險均在可接受范圍內(nèi)?？紤]到貝類在巢湖流域生態(tài)治理當(dāng)中擁有較好的環(huán)境和經(jīng)濟效益，可在各劃分的河口濕地生態(tài)保育區(qū)內(nèi)對其進行重點保護和利用。

[1]吳 濤, 趙冬至, 蔣國俊, 等. 流域河口濕地生態(tài)健康與濕地發(fā)育關(guān)系研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2012, 21(6): 1057-1062.

[2]黃桂林, 何 平, 侯 盟. 中國河口濕地研究現(xiàn)狀及展望[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2006, 17(9): 1751-1756.

[3]王 琪, 朱衛(wèi)紅, 張 達, 等. 圖們江下游地區(qū)濕地生態(tài)評價[J]. 濕地科學(xué), 2010, 8(1): 79-85.

[4]施問超, 盧鐵農(nóng), 楊百忍. 論污染防控與生態(tài)保育[J]. 污染防治技術(shù), 2011, 24(2): 1-5.

[5]張 民, 孔繁翔. 巢湖富營養(yǎng)化的歷程、空間分布與治理策略(1984-2013年)[J]. 湖泊科學(xué), 2015, 27(5): 791-798.

[6]DELONGCHAMP T M, RIDAL J J, LEAN D R, et al. Mercury transport between sediments and the overlying water of the St. Lawrence River area of concern near Cornwall, Ontario[J]. Environmental Pollution, 2010, 158(5): 1487-1493.

[7]肖明松, 王 松, 鮑方印, 等. 淮河蚌埠段采樣點魚蝦貝類重金屬的富集[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2011, 24(8): 942-948.

[8]WHEATLY B, WHEATLEY M A. Methylmercury and the health of indigenous peoples: a risk management challenge for physical and social sciences and for public health policy[J]. The science of the Total Environment, 2000, 259(1-3): 23-29.

[9]陳修報, 蘇彥平, 劉洪波, 等. 移殖“標準化”背角無齒蚌監(jiān)測五里湖重金屬污染[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2014, 34(1): 225-231.

[10]孫平躍, 王 斌. 長江口區(qū)河蜆體內(nèi)的重金屬含量及其污染評價[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報, 2003, 10(1): 79-83.

[11]CHEN L, XU Z, DING X, et al. Spatial trend and pollution assessment of total mercury and methyl mercury pollution in the Pearl River Delta soil, South China[J]. Chemosphere, 2012, 88(5): 612-619.

[12]王沛芳, 王文娜, 王 蓉, 等. 汞對水生生物的毒性效應(yīng)研究進展[J]. 安全與環(huán)境學(xué)報, 2014,14(2): 282-288.

[13]王曉宇, 楊紅生, 王 清. 重金屬污染脅迫對雙殼貝類生態(tài)毒理效應(yīng)研究進展[J]. 海洋科學(xué), 2009, 33(10): 112-118.

[14]蔡圣偉, 張樹剛, 華丹丹, 等. 溫州市售貝類中重金屬含量的分析與評價[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2012, 35(S2): 234-236.

[15]李 磊, 王云龍, 蔣 玫, 等. 江蘇如東灘涂貝類養(yǎng)殖區(qū)表層沉積物中重金屬來源分析及其潛在生物毒性[J]. 環(huán)境科學(xué), 2012, 33(8): 2607-2613.

[16]王書航, 姜 霞, 金相燦. 巢湖入湖河流分類及污染特征分析[J]. 環(huán)境科學(xué), 2011, 32(10): 2834-2839.

[17]APETI D A, LAUENSTEIN G G, EVANS D W. Recent status of total mercury and methyl mercury in the coastal waters of the northern Gulf of Mexico using oysters and sediments from NOAA′s mussel watch program[J]. Marine Pollution Bulletin, 2012, 64(11): 2399-2408.

[18]劉洪波, 楊 健, 甘居利. 太湖五里湖水域背角無齒蚌中汞的殘留[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2009, 28(2): 411-415.

[19]童銀棟, 郭 明, 胡 丹, 等. 北京市場常見水產(chǎn)品中總汞、甲基汞分布特征及食用風(fēng)險[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2010, 19(9): 2187-2191.

[20]李國蓮, 劉桂建, 姜萌萌, 等. 巢湖表層沉積物與上覆水體中重金屬分配特征及其相關(guān)性研究[J]. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報, 2011, 41(1): 9-15.

[21]陳云增, 楊 浩, 張振克, 等. 淡水沉積物環(huán)境質(zhì)量基準差異分析[J]. 湖泊科學(xué), 2005, 17(3): 193-201.

[22]付文超, 孟范平, 王志峰, 等. 北部灣潮間帶沉積物和雙殼類動物中的重金屬：污染特征與生物積累[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2013, 33(5): 1401-1409.

[23]MALLEY D F, STEWART A R, HALL B D. Uptake of methyl mercury by the floater mussel,Pyganodongrandis(Bivalvia, Unionidae), caged in a flooded wetland[J]. Environmental Toxicology and Chemistry, 1996, 15(6)：928-936.

[24]PAN K, WANG W X. Reconstructing the biokinetic processes of oysters to counteract the metal challenges: physiological acclimation[J]. Environ Sci Technol, 2012, 46(19): 10765-10771.

[25]霍禮輝, 林志華, 包永波. 重金屬誘導(dǎo)貝類金屬硫蛋白研究進展[J]. 水生態(tài)學(xué)雜志, 2011, 32(1): 7-13.

[26]BELIAEFF B, O′CONNOR T P, DASKALAKIS D K, et al. U.S. Mussel watch data from 1986 to 1994: temporal trend detection at large spatial scales[J]. Environ Sci Technol, 1997, 31(5): 1411-1415.

[27]徐 韌, 楊 穎, 李志恩. 海洋環(huán)境中重金屬在貝類體內(nèi)的蓄積分析[J]. 海洋通報, 2007, 26(5): 117-120.

[28]李秀珠. 福建省海水養(yǎng)殖貝類的總汞含量及風(fēng)險評價[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2009, 28(1): 58-63.

[29]GB18406.4—2001, 農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無公害水產(chǎn)品安全要求[S]. 北京:中國標準出版社, 2002.

[30]劉 洋, 付 強, 高 軍, 等. 江蘇鹽城地區(qū)水產(chǎn)品重金屬含量與安全評價[J]. 環(huán)境科學(xué), 2013, 34(10): 4081-4089.

[31]李筱薇, 高俊全, 陳君石. 2000年中國總膳食研究——膳食汞攝入量[J]. 衛(wèi)生研究, 2006, 35(3): 323-325.

Bioaccumulation of mercury inAnodontafrom the important estuary wetlands in Chaohu Lake

YU Jun, LI Yu-cheng, ZHANG Xue-sheng, WANG Ning, CUI Lu-nan, WU Yi-guo

(School of Resources and Environmental Engineering, Anhui University, Hefei 230601, China)

The content and the space distribution of mercury inAnodonta, a representative freshwater shellfish from the main estuary wetlands in Chaohu Lake, were investigated in this study. The results showed that the sediments from the estuary wetlands had been affected by mercury pollution. Especially the pollution in estuary wetlands of Shiwuli River and Nanfei River was most serious. The accumulation of mercury and methyl mercury inAnodontawas obvious and the contents of them were significantly correlated with the contents in sediments. The freshwater shellfishAnodontawas used as an indicator for monitoring the mercury pollution in the estuary wetland. The accumulation of mercury in various tissues had obvious selectivity (mantle>guts>gill and muscle). The shellfish evaluation results showed that the contents of mercury and methyl mercury inAnodontawere lower than the limited standards and had a lower risk for eating.Anodontain estuary wetlands should be divided into the conservation areas for ecological protection and resource utilization.

estuary wetland;Anodonta; mercury; methyl mercury; bioaccumulation

2016-03-18；

2016-04-12

國家自然科學(xué)基金項目(41172121)

余 駿，碩士，研究方向為生物地球化學(xué)，E-mail：ahuyujun@163.com

李玉成，教授，研究方向為生物地球化學(xué)，E-mail：li-yucheng@163.com

X174

A

2095-1736(2017)01-0044-04

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2017.01.044