巢湖重要河口濕地貝類(lèi)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(guó)

(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(lèi)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(guó)

(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(wú)齒蚌(Anodonta)為研究對(duì)象，分析汞在貝類(lèi)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(yán)重；無(wú)齒蚌對(duì)汞和甲基汞具有明顯的生物富集，其與對(duì)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(shì)與沉積物中汞污染水平反映較為一致，表明無(wú)齒蚌可作為河口濕地汞污染監(jiān)測(cè)的指示生物。無(wú)齒蚌體內(nèi)不同組織對(duì)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(lèi)評(píng)價(jià)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(guó)相關(guān)限量標(biāo)準(zhǔn)，其食用的健康風(fēng)險(xiǎn)較低，可劃入生態(tài)保育區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)和利用。

河口濕地；無(wú)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(lái)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(diǎn)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(kāi)展先期環(huán)境質(zhì)量和生物資源評(píng)估，對(duì)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(lèi)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(cè)預(yù)警[6-8]。雙殼貝類(lèi)在巢湖流域曾十分繁盛，河蜆等可食性貝類(lèi)曾遠(yuǎn)銷(xiāo)東南亞和日韓。然而，隨著巢湖近年來(lái)污染加劇水質(zhì)惡化，湖區(qū)及主要入湖河流中雙殼貝類(lèi)日漸稀少，優(yōu)勢(shì)物種漸漸被耐污性較強(qiáng)的環(huán)棱螺類(lèi)替代。目前，國(guó)內(nèi)外利用雙殼貝類(lèi)對(duì)重金屬的富集特征來(lái)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)水環(huán)境質(zhì)量已取得諸多成果，然而對(duì)河口濕地的貝類(lèi)生物監(jiān)測(cè)研究還鮮見(jiàn)報(bào)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(lèi)吸收蓄積于體內(nèi)，再通過(guò)食物鏈積累放大最終進(jìn)入人體造成健康危害[12-13]。因此本研究通過(guò)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(lèi)——無(wú)齒蚌(Anodonta)，分析其組織中汞和甲基汞的蓄積量，并對(duì)研究區(qū)汞污染水平和貝類(lèi)食用安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在揭示無(wú)齒蚌對(duì)汞的生物富集規(guī)律，以便為合理利用河口區(qū)的貝類(lèi)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(gè)主要河口濕地布設(shè)采樣點(diǎn)，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(diǎn)分布如圖1所示。

圖1 采樣點(diǎn)示意圖Fig 1 Sampling sites of this study

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定水樣溶氧、溫度和pH值，同時(shí)在對(duì)應(yīng)點(diǎn)位使用彼得遜采泥器采集表層沉積物(0～10 cm)和無(wú)齒蚌樣，每個(gè)點(diǎn)位采集5次混合成樣，具體釆樣點(diǎn)情況見(jiàn)表1。沉積物剔除雜物后經(jīng)過(guò)真空冷凍干燥、研磨后過(guò)100目篩備用。無(wú)齒蚌用加冰的聚乙烯自封袋封裝帶回實(shí)驗(yàn)室，并在曝氣的水中暫養(yǎng)72 h以清空腸內(nèi)雜物。每個(gè)點(diǎn)位選取一定數(shù)量尺寸大小相近的無(wú)齒蚌，解剖以獲取全部軟組織，所取樣品均經(jīng)稱(chēng)重、勻漿后冷凍干燥備用[17]。

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

1.2 樣品分析

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

2 結(jié)果與討論

2.1 沉積物和無(wú)齒蚌中汞含量

無(wú)齒蚌營(yíng)底棲固著生活，其周?chē)h(huán)境中的汞可通過(guò)表面吸附、呼吸或者濾食等途徑進(jìn)入到無(wú)齒蚌中，進(jìn)而在水生生態(tài)系統(tǒng)中伴隨著食物鏈進(jìn)行遷移富集，各河口濕地沉積物和無(wú)齒蚌中汞含量見(jiàn)表2。

表2 沉積物和無(wú)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(xiàng)目9個(gè)湖泊663件沉積物樣品統(tǒng)計(jì)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(yán)重[20]。無(wú)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(wú)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(duì)比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，無(wú)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(yuǎn)高于沉積物中汞的甲基化率(均值為0.98%)?？傮w上看，無(wú)齒蚌的汞污染分布趨勢(shì)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(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局(NOAA)頒布的沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，可以認(rèn)為沉積物中未發(fā)生污染，底棲貝類(lèi)等不會(huì)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(guò)限定標(biāo)準(zhǔn)并表現(xiàn)出較高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 無(wú)齒蚌對(duì)汞的生物富集

為比較無(wú)齒蚌對(duì)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(lái)表示[22]，計(jì)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(jì)算數(shù)值見(jiàn)表3。分析結(jié)果表明，無(wú)齒蚌對(duì)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(dá)70.92～168.96(均值為130.29)，表明汞在無(wú)齒蚌體內(nèi)主要以甲基汞的形式進(jìn)行貯存富集[23]。此外，汞污染嚴(yán)重的十五里河和南淝河河口處無(wú)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(duì)無(wú)齒蚌的生物積累產(chǎn)生了抑制作用，但是相關(guān)機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

表3 無(wú)齒蚌對(duì)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(gè)河口濕地當(dāng)中，杭埠河水質(zhì)相對(duì)較優(yōu)且河段內(nèi)蘊(yùn)含著數(shù)量足夠豐富的貝類(lèi)資源，因此在杭埠河河口附近每間隔300 m輻射布點(diǎn)共采集7處不同點(diǎn)位的無(wú)齒蚌，按照外套膜、腮、肌肉和內(nèi)臟進(jìn)行分類(lèi)解剖，進(jìn)而對(duì)各組織中的汞含量進(jìn)行分析(圖2)。結(jié)果表明：無(wú)齒蚌各組織對(duì)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(wú)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(guò)細(xì)胞膜擴(kuò)散進(jìn)入無(wú)齒蚌體內(nèi)，其生物累積能力遠(yuǎn)大于無(wú)機(jī)汞進(jìn)而在無(wú)齒蚌體內(nèi)表現(xiàn)出特定組織和器官對(duì)汞的富集[12]。此外，無(wú)齒蚌對(duì)汞的富集速率還取決于汞進(jìn)出生物體的相對(duì)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(duì)汞的積累量[24-25]。

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

2.3 無(wú)齒蚌與沉積物中汞的相關(guān)性分析

無(wú)齒蚌是水中藻類(lèi)等初級(jí)生產(chǎn)者和有機(jī)顆粒物的濾食者，在污染物通過(guò)食物鏈富集放大過(guò)程中扮演著重要角色，對(duì)6個(gè)河口濕地的無(wú)齒蚌和沉積物中汞的相關(guān)性分析。結(jié)果表明(表4)：無(wú)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(wú)齒蚌對(duì)環(huán)境中甲基汞的含量變化更為敏感，表明無(wú)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(cè)的優(yōu)良指示生物[26-28]。

2.4 無(wú)齒蚌中汞的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

依據(jù)中國(guó)《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無(wú)公害水產(chǎn)品安全要求》GB18406.4—2001中汞的限值標(biāo)準(zhǔn)(總汞≤300 μg/kg，甲基汞≤200 μg/kg)，研究區(qū)無(wú)齒蚌體內(nèi)汞和甲基汞含量均符合相關(guān)限量標(biāo)準(zhǔn)[29]。此外，貝類(lèi)作為巢湖沿岸居民餐桌上的常見(jiàn)食材，有必要對(duì)其食用安全進(jìn)行評(píng)估。世界衛(wèi)生組織(WHO) /聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)食品添加劑聯(lián)合專(zhuān)家委員會(huì)(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(píng)價(jià)依據(jù)[30]。本研究根據(jù)所檢測(cè)的無(wú)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(guó)人均每周貝類(lèi)消費(fèi)量0.182 kg[31]，計(jì)算成人每周實(shí)際重金屬汞的攝入量，并與PTWI 比較，評(píng)價(jià)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(guò)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(shí)，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)所轄區(qū)域內(nèi)貝類(lèi)資源的保護(hù)和利用。

表4 無(wú)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(shí)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(jiàn)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(yán)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(duì)環(huán)境中汞和甲基汞的明顯富集。

2)無(wú)齒蚌各組織對(duì)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(duì)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(wú)齒蚌生物體內(nèi)的汞污染分布趨勢(shì)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(cè)。

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(guó)相關(guān)限量標(biāo)準(zhǔn)，作為水產(chǎn)品其食用安全性和健康風(fēng)險(xiǎn)均在可接受范圍內(nèi)。考慮到貝類(lèi)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(jì)效益，可在各劃分的河口濕地生態(tài)保育區(qū)內(nèi)對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)和利用。

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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(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41172121)

余 駿，碩士，研究方向?yàn)樯锏厍蚧瘜W(xué)，E-mail：ahuyujun@163.com

李玉成，教授，研究方向?yàn)樯锏厍蚧瘜W(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