黃河三角洲潮間帶泥螺重金屬含量與生物質(zhì)量評(píng)價(jià)

李秉鈞, 王全超, 李寶泉, 馮俊榮

(1. 煙臺(tái)大學(xué) 海洋學(xué)院, 山東 煙臺(tái) 264005; 2. 中國(guó)科學(xué)院 煙臺(tái)海岸帶研究所, 山東 煙臺(tái) 264003; 3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京, 100049)

黃河三角洲作為典型的海岸帶生態(tài)系統(tǒng), 具有豐富的生物資源, 目前正受到人類(lèi)活動(dòng)的干擾。黃河三角洲的發(fā)育受入海徑流, 黃河攜帶的懸浮物以及黃河入海口的影響。黃河三角洲自20世紀(jì)以來(lái)進(jìn)行了大規(guī)模的圍海造地以及海水養(yǎng)殖, 這已經(jīng)造成河流和沼澤濕地面積減少, 而水庫(kù)、水田、蝦池、灘涂濕地面積明顯增加[1]。海水養(yǎng)殖面積2005年比1985年增加超過(guò)300倍。圍海造田和海水養(yǎng)殖同時(shí)也導(dǎo)致黃河口和鄰近海域濕地面積減少和明顯的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。赤潮已造成了大量的經(jīng)濟(jì)損失, 如2004年黃河口及鄰近海域赤潮, 造成直接經(jīng)濟(jì)損失300萬(wàn)元, 同時(shí)浮游動(dòng)物和浮游植物生物多樣性也明顯下降[2]。

泥螺(Bullacta exarata(Philippi, 1848))隸屬軟體動(dòng)物門(mén)、腹足綱、后鰓亞綱、頭楯目、阿地螺科、泥螺屬, 為太平洋西岸海水及咸淡水特產(chǎn)的種類(lèi),多分布于潮間帶區(qū)域的泥沙或沙泥的灘涂上, 尤其密集于風(fēng)浪小、潮流緩慢的海灣和河口。在我國(guó)沿海分布較廣, 但主要分布于黃渤海和東海, 在浙江和山東兩省潮間帶灘涂上分布較豐。泥螺為表層沉積物舔食習(xí)性, 對(duì)餌料沒(méi)有明顯的選擇性, 可舔食沉積物表層的底棲硅藻、有機(jī)碎屑、小型甲殼類(lèi)和某些無(wú)脊椎動(dòng)物的卵[3]。作為重要的經(jīng)濟(jì)軟體動(dòng)物之一, 泥螺從20世紀(jì)80年代就開(kāi)始人工養(yǎng)殖, 并對(duì)其開(kāi)展了大量的調(diào)查和研究工作, 包括泥螺個(gè)體行為特性[4]、繁殖生物學(xué)特征[4-5]、生態(tài)毒理學(xué)[6], 泥螺種群特征和空間分布[7-8]。

2001年泥螺首次引入黃河三角洲區(qū)域并開(kāi)展潮間帶人工養(yǎng)殖, 由于生境和餌料的適應(yīng), 泥螺種群在該區(qū)域快速擴(kuò)展, 2005年其產(chǎn)量達(dá)到5萬(wàn)t, 產(chǎn)值達(dá)3億元, 當(dāng)年獲純效益2.8億元[9]。泥螺養(yǎng)殖給黃河三角洲當(dāng)?shù)貛?lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí), 該種群的迅速擴(kuò)張所帶來(lái)的后續(xù)生態(tài)效應(yīng)卻知之甚少。近年來(lái)由于該區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 人類(lèi)活動(dòng)加劇, 使得該海域環(huán)境受到的干擾日益加重, 如過(guò)度捕撈、污染等都對(duì)該海域棲息的海洋生物產(chǎn)生明顯的影響。重要漁業(yè)資源種類(lèi)體內(nèi)的殘毒富集對(duì)于食品安全生產(chǎn)和人們的身體健康都產(chǎn)生直接或間接的影響, 許多海域的水生生物體內(nèi)殘毒都已經(jīng)接近或超過(guò)允許殘留量標(biāo)準(zhǔn)[10-13]。與其他動(dòng)物不同的是, 泥螺為表層沉積物舔食習(xí)性, 大部分體表都與灘涂沉積物直接接觸,對(duì)沉積物中重金屬的富集可通過(guò)進(jìn)食行為及體表滲透兩種方式進(jìn)行, 這樣就更增加了對(duì)重金屬的富集能力。隨著泥螺產(chǎn)量的增大, 其食品安全也不容忽視,基于此作對(duì)該海域沉積物和泥螺進(jìn)行重金屬檢測(cè)和分析比較, 以了解該海域泥螺資源質(zhì)量狀況, 為海域污染防控與治理和生物質(zhì)量現(xiàn)狀提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

在黃河三角洲潮間帶高、中、低潮區(qū)分別設(shè)置9個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行沉積物樣品采集、選擇每個(gè)潮區(qū)中的一個(gè)采樣點(diǎn)同時(shí)采集泥螺樣品(圖1)。沉積物和泥螺樣品采集后使用封口袋密封, 置于冰桶中保存并帶回實(shí)驗(yàn)室分析。泥螺樣品去除貝殼后, 軟體部分經(jīng)冷凍干燥至恒重, 研磨后, 取3個(gè)平行樣測(cè)定各類(lèi)重金屬含量。

圖1 黃河三角洲潮間帶泥螺采樣點(diǎn)Fig. 1 The sampling stations of sediment and mud snail from intertidal zone in Yellow River Delta

1.2 分析方法

生物殘毒分析中重金屬離子包括Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Ni。其中, Cu、Pb、Zn、Cd用原子吸收分光光度計(jì)(PE-4100ZL)分析, 采用標(biāo)準(zhǔn)為GB17378.4-1998; Hg和As采用原子熒光光譜法, 儀器為AF Spectrophotometer (AF-610A), 檢測(cè)方法采用GB17378.5-1998。樣品的分析步驟均按海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范[14]和水生生物監(jiān)測(cè)手冊(cè)[15]的規(guī)定進(jìn)行, 嚴(yán)格保證質(zhì)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理和評(píng)價(jià)方法

由于海洋生物對(duì)重金屬的富集作用和重金屬不易降解的特性, 重金屬在生物體內(nèi)的濃度遠(yuǎn)高于水體中的濃度。作者采用殘留量指數(shù)I和富集系數(shù)K以及金屬污染指數(shù)(IMP)來(lái)評(píng)價(jià)它們的污染程度[11]。計(jì)算公式如下:

式中,Ci為生物組織(器官、個(gè)體、種群)體內(nèi)某重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)(×10-6);CSi為某重金屬允許殘留量(×10-6);CEi為受檢生物所在沉積物中某重金屬的實(shí)測(cè)濃度(×10-6)。

當(dāng)I≤1 時(shí), 表明未受污染; 大于1時(shí), 表明存在污染, 并可按I值大小, 劃分污染程度。K值大小表明受檢生物對(duì)海水重金屬的富集能力。

金屬污染指數(shù)[16]IMP= (Cf1×Cf2× ·· ×Cfn)1/n,其中Cfn為樣品中第n種重金屬的濃度。

2 結(jié)果

2.1 沉積物與泥螺體內(nèi)重金屬含量

調(diào)查區(qū)域不同采樣點(diǎn)沉積物中六種重金屬數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)差均較小, 且不同區(qū)域分布的泥螺體內(nèi)重金屬含量差別較小, 空間差異性不大。按照國(guó)家海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB18668-2002), 調(diào)查區(qū)域沉積物中的六種重金屬含量均符合國(guó)家海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)第一類(lèi)(表 1, 表 2)。

2.2 富集系數(shù) K

泥螺對(duì)不同重金屬的富集系數(shù)K有明顯差別(表3),其中對(duì)Cu和Cd的富集能力最強(qiáng), 分別達(dá)到7.5和4.0,其次為Zn 1.2, 對(duì)As、Pb和Cr的富集能力較低, 分別為0.4、0.1和0.1。

2.3 金屬污染指數(shù)

金屬污染指數(shù)(IMP)可用于評(píng)價(jià)生物體內(nèi)重金屬的總體狀況, 結(jié)果顯示, 黃河口潮間帶泥螺金屬污染指數(shù)為14.2±1.2, 總體狀況較好, 即金屬污染情況不嚴(yán)重。

2.4 殘留量指數(shù) I

從表3可以看出, As、Cd和Pb的殘留量指數(shù)I均小于1, 說(shuō)明該海域所測(cè)樣品體內(nèi)殘毒含量都低于允許殘留量標(biāo)準(zhǔn), 且I數(shù)值較小, 說(shuō)明樣品體內(nèi)殘毒富集含量較低。

表1 黃河三角洲潮間帶沉積物中各重金屬含量Tab. l Trace metal contents in sediment in Yellow River Delta (×10 -6)

表2 黃河三角洲潮間帶泥螺體內(nèi)重金屬含量 (生物體以干質(zhì)量計(jì))Tab. 2 Trace metal contents in mud snail body obtained from Yellow River Delta (×10-6)

表3 乳山海域海洋動(dòng)物體內(nèi)重金屬殘留量指數(shù)I和富集系數(shù)KTab. 3 The leftover index (I)and enrichment coefficient(K)of trace metals in marine animal body

3 討論

3.1 黃河三角洲潮間帶沉積物與泥螺體內(nèi)重金屬含量

與長(zhǎng)江口區(qū)域的泥螺相比, 黃河三角洲潮間帶泥螺重金屬含量數(shù)值較低(表 4), 這與區(qū)域人口密度、人類(lèi)工農(nóng)業(yè)活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有關(guān), 上述活動(dòng)均可導(dǎo)致潮間帶沉積物中重金屬含量增加。李麗娜等[20]等報(bào)道長(zhǎng)江口濱岸帶泥螺對(duì)Cu的富集系數(shù)高達(dá)50.1,對(duì) Zn的富集系數(shù)為 2。由于兩個(gè)區(qū)域沉積物中 Cu含量相差不大(長(zhǎng)江口為 11.4 ×10-6, 黃河口為12.3×10-6), 即Cu的環(huán)境背景值相近, 因此長(zhǎng)江口泥螺對(duì)Cu的富集系數(shù)遠(yuǎn)大于黃河口泥螺的原因可能較為復(fù)雜, 兩地泥螺個(gè)體大小、年齡組成、生理狀態(tài)、采樣季節(jié)等都可能影響到泥螺對(duì)Cu的富集。泥螺對(duì)不同重金屬的富集能力也存在較大的差異, 其中對(duì)Cu 和Cd這兩種重金屬在體內(nèi)具有高度生物濃縮效應(yīng), 可認(rèn)為是這兩種金屬元素的強(qiáng)濃縮者[21]。泥螺對(duì)沉積物中重金屬的富集存在一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程, 而且富集的重金屬之間具有一定的協(xié)同作用, 研究表明,泥螺體內(nèi)Cu濃度的增加可促進(jìn)對(duì)沉積物中Zn和Ni的吸收, 而抑制對(duì)Cr的富集[20]。

表4 與其他海域泥螺體內(nèi)重金屬含量的比較Tab. 4 Comparison of trace medal contents in mud snail between different area (×10-6)

殘留量指數(shù)I因不同重金屬和水生動(dòng)物而異, 岳麗娟、史寶成[11]調(diào)查了葫蘆島市近岸海域水生動(dòng)物重金屬污染的狀況, 發(fā)現(xiàn)在該海域動(dòng)物體內(nèi)的鎘和砷的殘留量指數(shù)I均大于1, 超過(guò)允許殘留量標(biāo)準(zhǔn), 說(shuō)明海洋動(dòng)物受污染較為嚴(yán)重。張?jiān)汽惖萚13]綜合調(diào)查了煙臺(tái)市近岸海域的入海污染源及環(huán)境質(zhì)量狀況,發(fā)現(xiàn)煙臺(tái)市近岸海域生物殘毒與20世紀(jì)80年代相比無(wú)明顯變化, 基本未受重金屬的污染。

3.2 黃河三角洲潮間帶泥螺生物質(zhì)量現(xiàn)狀

根據(jù)我國(guó)海洋生物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB18421-2001)的規(guī)定, 第一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)適用于海洋漁業(yè)水域、海水養(yǎng)殖區(qū)、海洋自然保護(hù)區(qū)和人類(lèi)食用直接相關(guān)的工業(yè)用水區(qū); 第二類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)適用于一般工業(yè)用水區(qū)、濱海風(fēng)景旅游區(qū)。國(guó)標(biāo)GB18421-2001中的計(jì)算方法為以貝類(lèi)去殼部分的鮮重計(jì), 本研究中的泥螺體內(nèi)重金屬含量為軟體部分的干質(zhì)量, 按照干濕質(zhì)量比例 1:10換算后, 與國(guó)標(biāo)GB18421-2001相比, 泥螺體內(nèi)除鉛為第二類(lèi)標(biāo)準(zhǔn), 鉻略超過(guò)第一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)外, 其余重金屬含量Cu、Zn、As、Cd均符合第一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn), 說(shuō)明黃河三角洲潮間帶泥螺的生物質(zhì)量總體較好。

在底棲生物食用標(biāo)準(zhǔn)方面, 根據(jù)澳大利亞國(guó)家衛(wèi)生和醫(yī)用研究理事會(huì)制定的人體消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)[22], Hg、As、Pb、Cd的人體消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)依次為0.5、1.0、1.5、0.2 μg/g, 據(jù)此標(biāo)準(zhǔn), 黃河三角洲潮間帶泥螺體內(nèi)As、Pb、Cd含量分別為0.7、0.2和0.1, 均低于人體消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn), 說(shuō)明該區(qū)域的泥螺食用質(zhì)量較好。珠江口軟體類(lèi)的Cd含量等于人體消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)值[12], 這應(yīng)該與該區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá), 沉積物中重金屬含量相對(duì)較高,生物富集較多有關(guān)。

重金屬在生物體內(nèi)的含量是諸多生物、生物物理和化學(xué)過(guò)程的綜合結(jié)果, 其中包括生物對(duì)重金屬的富集和降解、沿食物鏈的傳遞率、污染源的排放控制等過(guò)程, 這些都為相關(guān)漁業(yè)管理和安全生產(chǎn)帶來(lái)一些困難, 但唯有控制其“源”, 即海洋動(dòng)物的生存環(huán)境－海水水質(zhì)狀況及污染情況, 對(duì)污染源的進(jìn)行預(yù)處理并達(dá)標(biāo)排放, 才能從根本上改善生物體內(nèi)重金屬累積效應(yīng)并解決生物食品安全問(wèn)題。

致謝: 感謝中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所高學(xué)魯研究員及其課題組人員在泥螺樣品分析過(guò)程中給予的幫助和指導(dǎo)。

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