沉積物中重金屬Pb和Cd對(duì)河蜆的毒性效應(yīng)研究

韓雨薇，張彥峰，陳萌，鐘文玨，祝凌燕

南開大學(xué)環(huán)境污染過程與基準(zhǔn)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津市生態(tài)環(huán)境修復(fù)與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300071

沉積物中重金屬Pb和Cd對(duì)河蜆的毒性效應(yīng)研究

韓雨薇，張彥峰*，陳萌，鐘文玨，祝凌燕

南開大學(xué)環(huán)境污染過程與基準(zhǔn)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津市生態(tài)環(huán)境修復(fù)與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300071

以河蜆為受試生物，以存活率、呼吸抑制率為測(cè)試終點(diǎn)，研究了沉積物和上覆水中重金屬Pb、Cd對(duì)底棲生物的毒性效應(yīng)，并探討了沉積物中酸揮發(fā)性硫化物(acid volatile sulfide，AVS)和同時(shí)提取金屬(simultaneously extracted metals，SEM)對(duì)重金屬生物有效性的影響。結(jié)果表明，沉積物中Pb、Cd對(duì)河蜆致死效應(yīng)較低，當(dāng)Pb、Cd濃度分別為400、100 mgkg-1，連續(xù)暴露21 d時(shí)，致死率低于20%；沉積物中Pb、Cd對(duì)河蜆14 d的呼吸抑制率 EC50分別為519和151 mgkg-1；上覆水中Pb和Cd離子濃度較低，對(duì)生物毒性效應(yīng)貢獻(xiàn)可以忽略；SEM/AVS值和生物呼吸抑制率有著明顯的線性相關(guān)性，當(dāng)SEMPb/AVS>1，SEMCd/AVS>0.6時(shí)，重金屬對(duì)河蜆有明顯的毒性效應(yīng)。

重金屬；Cd；Pb；河蜆；沉積物；呼吸抑制率；酸揮發(fā)性硫化物

重金屬Pb和Cd都具有較強(qiáng)的生物毒性，它們可以通過多種途徑進(jìn)入水體，并通過吸附在顆粒物上最終進(jìn)入沉積物。因此，沉積物成為重金屬的一個(gè)重要的匯，對(duì)營(yíng)底棲生活的生物構(gòu)成威脅[1]。研究沉積物污染效應(yīng)是水環(huán)境研究中不可缺少的一部分，重金屬作為沉積物中的一類主要污染物，具有毒性大、難降解、易被生物富集等特性。由于具有生物富集性，一些重金屬甚至在魚、貝類等水生生物中積累到較高的濃度，最終經(jīng)過食物鏈傳遞影響生態(tài)系統(tǒng)和人體健康[2-4]。曾毅等[5]對(duì)太湖沉積物毒性識(shí)別評(píng)估研究發(fā)現(xiàn)重金屬中主要是Pb對(duì)底棲生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)，有研究表明高州水庫(kù)表層沉積物重金屬的污染程度強(qiáng)弱順序?yàn)閆n > Cd > Cr > Ni >Pb≈Cu>Mn≈As，處于無污染至中度污染程度[6]。目前關(guān)于水相中重金屬對(duì)水生生物毒性效應(yīng)和沉積物中重金屬分布及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究較多，而有關(guān)沉積物中重金屬毒性與生物有效性的研究則較少。范文宏等[7]以大型蚤為受試生物研究了水體-沉積物共存體系中Cd的毒性，而趙艷民等[8]以泥鰍死亡率、血液紅細(xì)胞數(shù)量等指標(biāo)考察了沉積物中Cd的毒性效應(yīng)。

河蜆(Corbicula fluminea)隸屬于軟體動(dòng)物門、瓣鮑綱，真瓣鮑目，蜆科。原產(chǎn)中國(guó)，廣泛分布于我國(guó)內(nèi)陸水域、朝鮮、日本、東南亞各國(guó)。棲息于底質(zhì)多為沙或泥的江河、湖泊等水域，具有個(gè)體較大、適應(yīng)性強(qiáng)、容易采集等特點(diǎn)，是一種濾食性動(dòng)物，以水中的浮游生物(如硅藻、綠藻、原生動(dòng)物、輪蟲等)為食料。對(duì)有毒污染物有較高的富集能力，能直接反映水體中多種污染物的污染程度，因而被認(rèn)為是一種能反應(yīng)水體重金屬污染的生物指示物[9-10]。河蜆對(duì)水體中的重金屬、有機(jī)污染物等均有明顯的吸收和富集作用，以往研究多側(cè)重于野外生態(tài)現(xiàn)狀調(diào)查，近年來有一些關(guān)于水體中污染物對(duì)河蜆的蓄積和毒性的研究報(bào)道[11-14]，但是對(duì)于全沉積物中重金屬對(duì)河蜆的毒性研究還較少。

因此本研究采用河蜆為受試生物，探討沉積物中Pb和Cd對(duì)河蜆的毒性效應(yīng)，同時(shí)討論沉積物中酸可揮發(fā)性硫化物(acid volatile sulfide,AVS)和同時(shí)提取重金屬(simultaneously extracted metals,SEM)與生物毒性的關(guān)系。本研究為制定符合實(shí)際的沉積物重金屬質(zhì)量基準(zhǔn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為治理淡水沉積物的重金屬污染提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 加標(biāo)沉積物樣品的制備

由于很難獲得重金屬本底值較低的天然沉積物，因此本研究采用Pasteris等[15]推薦的方法，用潔凈的農(nóng)田土壤加標(biāo)染毒來模擬天然沉積物進(jìn)行試驗(yàn)。從天津市郊區(qū)農(nóng)田采集潔凈土壤，經(jīng)自然風(fēng)干后，過40目篩去除粗顆粒，室溫下保存?zhèn)溆?。所用土壤中有機(jī)質(zhì)含量為1.9%，pH為7.86，機(jī)械組成為粉砂64%、粘土24%、沙子12%。重金屬濃度值(測(cè)定結(jié)果見表1)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，Cr、Ni、Cu、Zn、Hg、Pb的背景值達(dá)到我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 15618環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn))的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，而Cd和As的濃度值高于一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，低于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，基本不會(huì)對(duì)生物造成毒害作用。

使用分析純的CdCl2、Pb(NO3)2試劑(購(gòu)自天津光復(fù)精細(xì)化工研究所)，用去離子水配制金屬離子濃度為1 000 mg·L-1的儲(chǔ)備液備用。取100 g沉積物樣品，置于1 L玻璃燒杯中，加入一定體積的重金屬儲(chǔ)備液，配制成含有不同濃度梯度的染毒沉積物，根據(jù)文獻(xiàn)[16]中Pb、Cd的SQG (sediment quality guideline，沉積物質(zhì)量基準(zhǔn))值，Pb的TEL(threshold effect level，臨界效應(yīng)濃度)與PEL(probable effect level，必然效應(yīng)濃度)分別為47.3和204 mgkg-1，Cd為3.02和19.0 mgkg-1，據(jù)此設(shè)計(jì)各試驗(yàn)組沉積物中Pb和Cd的加標(biāo)濃度，具體染毒濃度見表2。然后加入去離子水至600 mL，此時(shí)，沉積物與上覆水的體積比為1:3。對(duì)泥水混合物充分?jǐn)嚢? h，之后置于室溫下儲(chǔ)存14 d。期間，每隔3 d充分?jǐn)嚢?次，對(duì)照組沉積物除不加重金屬外按相同方法處理。加標(biāo)組和對(duì)照組均設(shè)置3個(gè)平行。染毒平衡14 d后，取沉積物樣和上覆水樣測(cè)定實(shí)際暴露濃度，結(jié)果見表2。沉積物中加標(biāo)濃度與實(shí)測(cè)濃度之間的相對(duì)偏差大多在±10%以內(nèi)；受沉積物本底影響，低濃度染毒時(shí)的偏差要高于高濃度染毒組。

表1 天津市郊區(qū)土壤中重金屬背景值Table 1 Background values of heavy metals in Tianjin suburbs soil

表2 Pb和Cd加標(biāo)濃度、實(shí)測(cè)濃度、相對(duì)偏差及在上覆水中的濃度Table 2 Spiked and measured concentrations of Pb /Cd in sediment,and the concentrations of Pb/Cd in the overlying water

1.2 生物測(cè)試

1.2.1 受試生物

試驗(yàn)所用河蜆取自中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，暴露試驗(yàn)前在實(shí)驗(yàn)室置于10 L的聚乙烯塑料箱中馴養(yǎng)，加入經(jīng)曝氣48 h除氯水，每箱中放入150只，河蜆殼長(zhǎng)(1.2±0.2) cm，殼高(0.8±0.2) cm，pH為6.8～7.5，溶解氧不低于4 mgL-1，溫度(232) ℃，每2 天喂食1次螺旋藻粉。在該條件下馴養(yǎng)10 d，死亡率<10%，挑選健康河蜆進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前1 天清腸24 h。

1.2.2 沉積物和上覆水溶液中河蜆毒性試驗(yàn)

參考US EPA(美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局)底棲生物標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法[17-18]，進(jìn)行21 d河蜆毒性試驗(yàn)。隨機(jī)選取8只放入染毒沉積物中，連續(xù)暴露21 d。實(shí)驗(yàn)過程中不喂食，每天觀察河蜆的活動(dòng)情況和中毒癥狀，死亡個(gè)體及時(shí)去除。每隔7天補(bǔ)充1次上覆水，保證泥和水的體積比一致。

為了研究上覆水中重金屬對(duì)河蜆毒性的貢獻(xiàn)，取上覆水測(cè)定其中重金屬離子的濃度，配置相同濃度的金屬離子水溶液，同樣在1 L燒杯中進(jìn)行生物試驗(yàn)，每個(gè)燒杯中放8只河蜆，每天同一時(shí)間換水，去除死亡個(gè)體，每2天喂食1次螺旋藻粉。其他條件與沉積物中暴露試驗(yàn)一致。

河蜆呼吸速率實(shí)驗(yàn)參考曾麗璇等[19]的方法，選用500 mL三角瓶作為代謝瓶，預(yù)先用量筒記錄每個(gè)代謝瓶中水的體積。同時(shí)設(shè)置空白組和實(shí)驗(yàn)組，在每個(gè)代謝瓶?jī)?nèi)放河蜆3個(gè)(實(shí)驗(yàn)前測(cè)定河蜆的濕重)裝水后用PE保鮮膜封口。河蜆開殼后開始計(jì)時(shí)，持續(xù)2 h，用溶氧儀測(cè)定2 h內(nèi)代謝瓶中溶解氧的變化。根據(jù)實(shí)驗(yàn)前后代謝瓶?jī)?nèi)水中溶解氧的變化值，按下列公式計(jì)算河蜆的耗氧率和呼吸抑制率。

OR=[(DO0-DOt)×V ]/ (W×t)

式中：OR為單位體重耗氧率，mg·(g·h)-1；DO0和DOt為實(shí)驗(yàn)開始和在t時(shí)間時(shí)水中溶解氧的含量，mg·L-1；V為代謝瓶中水的體積，L；W為河蜆質(zhì)量，g；t為實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間，h。

1.3 沉積物和上覆水中重金屬及AVS、SEM含量測(cè)定

取適量沉積物樣冷凍干燥后，準(zhǔn)確稱取0.1 g放入微波消解罐中。用6 mL濃HNO3、2 mL HF和2 mL H2O2(均為優(yōu)級(jí)純，購(gòu)自天津市化學(xué)試劑五廠)作為消解液，采用微波萃取快速消解系統(tǒng)(MD 6C-6H，北京盈安美誠(chéng)科學(xué)儀器有限公司)進(jìn)行消解，取上清液過0.45 μm濾膜定容，使用ICP-MS(電感耦合等離子體-質(zhì)譜法，ELAN DRC-e，Perkin Elmer SCIEX)測(cè)定重金屬濃度，上覆水樣過膜后直接測(cè)定。該方法回收率為90%103%之間，檢出限為0.01 μg·L-1，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差<5%。

采用US EPA推薦的吹氣-吸收-比色方法測(cè)定沉積物中的AVS[20-21]。AVS與鹽酸反應(yīng)生成硫化氫氣體，使用氮?dú)獯党龊蟊晃找何?，通過亞甲基藍(lán)比色法測(cè)定硫化物濃度。將提取完AVS剩下的泥水混合物離心，取上清液過0.45 μm濾膜后用ICP-MS測(cè)定其中重金屬含量，即為SEM。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)中數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行處理，用SPSS16.0統(tǒng)計(jì)軟件t-檢驗(yàn)法對(duì)組間數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析(95%置信區(qū)間)，運(yùn)用Origin 8.5作圖，根據(jù)直線內(nèi)插法計(jì)算 EC50。

2 結(jié)果與討論(Results and discussion)

2.1 沉積物中Pb/Cd對(duì)河蜆的毒性效應(yīng)

2.1.1 沉積物中Pb/Cd對(duì)河蜆21 d的慢性毒性效應(yīng)

河蜆活動(dòng)于沉積物表層或潛入沉積物，濾取水中懸浮的有機(jī)顆粒為食物，能直接反應(yīng)沉積物的污染狀況。當(dāng)污染物濃度較高時(shí)，河蜆通過閉合外殼、減少攝食而降低污染物的攝入量，由于河蜆的這種自我保護(hù)行為，在染毒的沉積物中河蜆的死亡率較低。在沉積物染毒暴露21 d后記錄了河蜆的死亡率和下潛率，結(jié)果見圖1。21 d實(shí)驗(yàn)結(jié)束后空白對(duì)照中河蜆存活率均為96%，在低濃度組(I)時(shí)河蜆存活率和對(duì)照組相比差別不大，隨著Pb、Cd染毒濃度的增加存活率輕微降低，即使在最高濃度組，河蜆的死亡率也只有20%左右，和其他研究中Pb/Cd對(duì)底棲生物泥鰍[21]、水絲蚓[21]、伸展搖蚊[21]的毒性效應(yīng)相比(表3)，河蜆的耐毒性更強(qiáng)，因此用存活率難以描述重金屬對(duì)河蜆的毒性。但是，受重金屬影響，河蜆的一些生理行為受到抑制，如下潛、呼吸等頻率降低，因此可以用河蜆的挖掘行為、呼吸率等作為雙殼類生物敏感的指示終點(diǎn)[22-23]。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，空白組有83%河蜆潛入沉積物中，隨著染毒濃度增加，下潛比率逐漸降低，當(dāng)Pb、Cd濃度分別為224，37.6 mg·kg-1時(shí)只有大約50%～60%的河蜆潛入沉積物中。經(jīng)觀察，在受污染的沉積物中，河蜆主要停留在沉積物表面，雙殼緊閉，濾食行為和速率均降低，以此減少對(duì)污染物的暴露[24]。暴露在高濃度組中的河蜆，

呼吸速率下降，為了獲得更多的溶氧而停留在沉積物表面。低濃度組中的河蜆入水和出水管伸出殼外，長(zhǎng)時(shí)間不會(huì)收縮；而暴露在高濃度組中的河蜆只在短時(shí)間內(nèi)伸出入水和出水管，產(chǎn)生了明顯的規(guī)避行為。

2.1.2 沉積物中Pb/Cd對(duì)河蜆14 d的亞慢性毒性效應(yīng)

水生生物在呼吸和排泄過程重要的指標(biāo)，如耗氧率和排氨率的變化可以作為反映重金屬毒性的敏感指標(biāo)[25]。因此在暴露14 d時(shí)測(cè)定了河蜆的呼吸速率。和空白組相比，低濃度組(I)對(duì)河蜆的呼吸速率幾乎沒有影響，隨著染毒重金屬濃度的增大，在Pb為70.8 mg·kg-1，Cd為5.3 mg·kg-1時(shí)對(duì)河蜆呼吸速率有輕微的影響，在高濃度組(IV，V)河蜆呼吸速率明顯下降，說明該濃度下Pb、Cd已經(jīng)對(duì)河蜆產(chǎn)生了抑制作用。比較Pb、Cd 兩種重金屬，Cd對(duì)河蜆的呼吸抑制作用明顯高于Pb，其生物毒性更大。當(dāng)沉積物中Pb、Cd濃度分別為126、14.1 mg·kg-1時(shí)已經(jīng)對(duì)河蜆的正常機(jī)體代謝活動(dòng)產(chǎn)生顯著的抑制毒性。

表3 沉積物中Pb、Cd對(duì)典型底棲生物的 LC50Table 3 The LC50 of Pb/Cd in sediment on typical benthic organisms

圖1 沉積物中河蜆暴露于Pb/Cd 21 d時(shí)的存活率和下潛率

圖2 Pb、Cd加標(biāo)試驗(yàn)組河蜆染毒濃度和呼吸抑制率關(guān)系

圖2為河蜆呼吸抑制率和沉積物Pb、Cd加標(biāo)濃度的線性回歸分析，可以看出兩者線性擬合度很好(R2值分別為0.919、0.977，P值均小于0.01)。由此得出Pb、Cd對(duì)河蜆呼吸抑制率的半數(shù)效應(yīng)濃度(EC50)分別為519和151 mg·kg-1。

2.2 上覆水中Pb、Cd對(duì)河蜆的影響

由于河蜆活動(dòng)于沉積物表層或鉆入沉積物，其出水管和入水管暴露在上覆水中，因此上覆水中的污染物也可能對(duì)其產(chǎn)生一定的影響。為了研究沉積物上覆水中金屬離子對(duì)河蜆的毒性作用，本試驗(yàn)進(jìn)行了與上覆水中Pb和Cd含量相同的水相21 d的毒性試驗(yàn)。上覆水中Pb和Cd的離子濃度分別在10.0～110、0～40.0 μg·L-1之間,它們對(duì)河蜆的毒性效應(yīng)如圖3所示。有研究表明Pb和Cd對(duì)淡水魚類的HC5(基于保護(hù)95%生物的毒性閾值)分別為82.1和75.8 μg·L-1，而Pb對(duì)海洋全部物種(包括藻類、魚類、甲殼類、軟體動(dòng)物、蠕蟲和其他無脊椎動(dòng)物等)的HC5值為234μg·L-1，本實(shí)驗(yàn)中Pb、Cd的離子濃度低于文獻(xiàn)報(bào)道的HC5值[26-27]。河蜆暴露14 d時(shí)呼吸速率和對(duì)照組相比幾乎沒有變化，當(dāng)Pb、Cd濃度分別為110、31.3 μg·L-1時(shí)對(duì)呼吸速率有輕微抑制。曾麗璇等[19]研究了重金屬Cu和Cd對(duì)河蜆呼吸和排泄的毒性影響，結(jié)果表明，除100 μg·L-1處理組外，200、400 μg·L-1的不同重金屬處理方式均對(duì)河蜆的耗氧率、排氨率產(chǎn)生抑制。暴露21 d結(jié)束時(shí)河蜆存活率沒有明顯降低。因此，本研究中所觀察到的河蜆毒性主要是由沉積物中Pb和Cd所導(dǎo)致的，上覆水中重金屬離子對(duì)其毒性的貢獻(xiàn)較小。

2.3 酸可揮發(fā)性硫?qū)χ亟饘偕镉行缘挠绊?/p>

沉積物中重金屬的不同存在形態(tài)決定著重金屬的污染程度，即決定著沉積物中金屬的生物有效性[5]。而AVS是沉積物中重金屬主要的結(jié)合態(tài)，對(duì)其生物利用起著決定性作用。研究表明SEM/AVS的摩爾比值與沉積物中重金屬毒性相關(guān)，即當(dāng)二價(jià)金屬離子的含量高于沉積物中S2-時(shí)會(huì)引起毒性作用[28-29]。因而對(duì)沉積物中AVS和SEM進(jìn)行分析測(cè)定，本研究中沉積物AVS含量、SEM含量與底棲生物的毒性效應(yīng)見表4。AVS的含量在130～150 μmol·kg-1之間，且隨著染毒濃度的增加呈現(xiàn)小幅增長(zhǎng)趨勢(shì)，SEM值隨著染毒濃度的增加而增大，兩者SEM值均遠(yuǎn)低于染毒的目標(biāo)濃度。

圖3 上覆水中Pb、Cd離子對(duì)河蜆的毒性效應(yīng)

河蜆的呼吸速率隨著SEM/AVS值的增大而逐漸降低。當(dāng)SEM/AVS>1時(shí)，呼吸抑制率明顯增加，這說明AVS確實(shí)是控制沉積物中重金屬毒性效應(yīng)的重要因素。河蜆的呼吸抑制率和SEM/AVS值的線性擬合如圖4所示，進(jìn)一步說明該比值可以較好的描述沉積物中重金屬的生物可利用性(R2值分別為0.906、0.952，P值均小于0.01)。當(dāng)SEM/AVS值增大時(shí)導(dǎo)致生物體內(nèi)重金屬的富集量增加。有研究表明[30-31]，隨著重金屬在河蜆體內(nèi)的富集，內(nèi)臟器官表面由有規(guī)則的縱行排列的紋路變得粗糙、腫脹，出現(xiàn)不規(guī)則分布的孔洞以及腫大的峭狀突起等變化；在污染物刺激下，活性氧等自由基在體內(nèi)不斷積累，導(dǎo)致細(xì)胞受到一定程度的氧化損傷，從而導(dǎo)致機(jī)體酶活性降低，而自由基積累，加劇了膜脂過氧化，使膜的結(jié)構(gòu)和功能遭到破壞，因而引起一系列生理生化代謝紊亂，機(jī)體生理代謝功能降低，表現(xiàn)為河蜆耗氧率和排氨率的降低。由圖5可知，當(dāng)SEM/AVS值低于1時(shí)，和空白組生物呼吸速率相比，Pb沒有顯著性差異，但是Cd卻顯示有生物毒性(P<0.05)，而且隨著SEM/AVS值的增大，毒性效應(yīng)也增大，當(dāng)SEMPb/AVS≥4.22，SEMCd/AVS≥0.16時(shí)，具有極顯著性差異(P<0.01)。沈洪艷等[21]研究了沉積物中Cu、Cd、Ni、Pb、Zn對(duì)底棲生物淡水單孔蚓和伸展搖蚊的毒性效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)SEM/AVS<1時(shí)，Cu、Ni、Pb、Zn 4種金屬基本不對(duì)底棲生物產(chǎn)生毒性，而Cd仍然顯示出較強(qiáng)的生物毒性。這些研究結(jié)果說明Cd 對(duì)底棲生物的毒性作用非常強(qiáng)。

AVS-SEM模型是一種有效的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，但是仍具有局限性。AVS可能受pH、氧化還原電位、溶解氧濃度等環(huán)境條件的影響而變化[32]。有很多研究表明底棲無脊椎生物由于以沉積物顆粒(包括AVS結(jié)合態(tài))為主要食物來源，即使在SEM/AVS<1條件下，仍然能夠在體內(nèi)積累一定量的重金屬[33-36]。不同的重金屬在生物體中的排出速率不同，毒性效應(yīng)也不一致。Arini等[37]將淡水河蜆在含有工業(yè)Cd和Zn污染的河流里暴露24 d后轉(zhuǎn)移到清水中進(jìn)行為期1年的排出實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，組織中的Zn能夠快速消除，但是Cd具有高持久性，其半衰期約為240 d。因此，與AVS結(jié)合態(tài)的Cd仍能夠在生物體內(nèi)蓄積，引起生物毒性。

表4 沉積物中AVS、SEM測(cè)定結(jié)果Table 4 Concentrations of AVS,SEM in sediment of toxicity tests

圖4 河蜆呼吸抑制率與SEM/AVS值的關(guān)系

圖5 SEM/AVS對(duì)河蜆呼吸抑制率的影響

綜上所述，沉積物中Pb、Cd對(duì)河蜆的21 d致死毒性比較低，但能夠?qū)е潞油樝聺撀氏陆?，而且隨暴露濃度增高呈現(xiàn)增強(qiáng)趨勢(shì)；對(duì)河蜆14 d呼吸速率有明顯抑制，EC50分別為519和151 mg·kg-1。上覆水中Pb和Cd離子濃度較低，對(duì)生物毒性效應(yīng)貢獻(xiàn)較小。SEM/AVS值和河蜆呼吸抑制率有良好相關(guān)性，當(dāng)該比值大于1時(shí)，沉積物中的Pb對(duì)河蜆有生物毒性；小于1時(shí)，Pb對(duì)河蜆沒有毒性作用。對(duì)于Cd而言，該比值>0.16時(shí)即對(duì)河蜆呼吸速率產(chǎn)生明顯抑制作用。

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◆

Toxicity of Pb/Cd-Spiked Freshwater Sediments toCorbiculafluminea

Han Yuwei,Zhang Yanfeng*,Chen Meng,Zhong Wenjue,Zhu Lingyan

Key Laboratory of Processes and Environmental Criteria,Ministry of Education,Tianjin Key Laboratory of Environmental Remediation and Pollution Control,College of Environmental Science and Engineering,Nankai University,Tianjin 300071,China

20 January 2015 accepted 15 March 2015

The toxicities of Pb and Cd in fresh water sediment and overlying water were evaluated using Corbicula fluminea as test organisms.The toxicity endpoints were survival and respiratory inhibition rate.The objectives of this research were to investigate the toxic effects of the two heavy metals on benthic organisms and the effects of acid volatile sulfide (AVS) and simultaneously extracted metals (SEM).The results indicated that Pb/Cd displayed weak lethal toxicity to Corbicula fluminea with mortality less than 20% even exposed at 400 and 100 mgkg-1for 21 d.The values of EC50of respiratory inhibition rate of Pb and Cd in the 14 d tests were 519 and 151 mgkg-1,respectively.The contribution of overlying water to the total toxicity was negligible due to the low metal concentrations in the overlying water.A good correlation between the toxic effects of Pb and Cd on benthic organisms and SEM/AVS was observed.When SEMPb/AVS>1 and SEMCd/AVS>0.6,the two metals displayed obvious toxicities to Corbicula fluminea.Keywords: heavy metal; Pb；Cd；Corbicula fluminea; sediment; respiratory inhibition rate; acid volatile sulfide (AVS)

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)子課題(No.2012ZX07501-003-04)

韓雨薇(1989- ),女,碩士研究生,研究方向?yàn)樗h(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),E-mail: hyw0401@163.com；

*通訊作者(Corresponding author)，E-mail: zhangyf@nankai.edu.cn

10.7524/AJE.1673-5897.20150120003

2015-01-20 錄用日期：2015-03-15

1673-5897(2015)4-129-09

X171.5

A

張彥峰(1977-)，男，博士，副教授，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境科學(xué)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文10余篇。

韓雨薇,張彥峰,陳萌,等.沉積物中重金屬Pb和Cd對(duì)河蜆的毒性效應(yīng)研究[J].生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2015,10(4): 129-137

Han Y W,Zhang Y F,Chen M,et al.Toxicity of Pb/Cd-spiked freshwater sediments to Corbicula fluminea [J].Asian Journal of Ecotoxicology,2015,10(4): 129-137 (in Chinese)