貴州草海小龍蝦體內(nèi)重金屬富集與環(huán)境的關(guān)系

張旭 冉景丞 楊衛(wèi)誠 陶紅梅 姜連

摘 要：【目的】 探究貴州草海小龍蝦不同部位重金屬的富集情況及與其生活環(huán)境間的關(guān)系，為小龍蝦的安全健康養(yǎng)殖和水體重金屬污染狀況的科學(xué)評估提供依據(jù)。【方法】 采集草海不同樣地的水樣、底泥和小龍蝦樣品，并對草海小龍蝦進行不同濃度重金屬Cu2+和Cd2+室內(nèi)富集試驗，運用原子吸收法測定小龍蝦不同部位Cu、Cd、Pb、Zn、Hg等5種重金屬的含量，采用Pearson相關(guān)性分析、方差分析對小龍蝦不同部位重金屬富集情況與樣地環(huán)境進行分析。【結(jié)果】 5種重金屬元素在小龍蝦樣品、底泥和水樣中均有檢出，檢出率100%，5種重金屬在小龍蝦不同部位含量由大到小均呈現(xiàn)出內(nèi)臟>蝦殼>蝦肉的規(guī)律;Pearson相關(guān)性分析結(jié)果表明小龍蝦樣品中的Cd、Pb、Zn含量與底泥中的相應(yīng)元素具有顯著正相關(guān)，與水樣具有一定相關(guān)性但相關(guān)性不顯著;室內(nèi)不同濃度重金屬Cu2+和Cd2+富集試驗顯示，隨著重金屬離子的濃度增高，小龍蝦內(nèi)臟中的重金屬含量升高，蝦殼、蝦肉、螯肢變化不明顯?！窘Y(jié)論】 小龍蝦不同部位對重金屬的富集能力不同，小龍蝦體內(nèi)重金屬含量的高低與環(huán)境中重金屬含量密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞：貴州;草海;小龍蝦;重金屬;相關(guān)性

中圖分類號：S 971文獻標識碼：A文章編號：1008-0384（2019）02-247-08

0 引言

【研究意義】克氏原螯蝦Procambarusclarkii，俗稱小龍蝦，隸屬于節(jié)肢動物門Arthropoda，甲殼綱Crustacea，十足目Orgerdecapoda，螯蝦科Cambaridae，原螯蝦屬Procambarus。其原產(chǎn)于北美洲的美國南部和墨西哥北部，20世紀30年代經(jīng)日本引入到我國南京[1]。目前，長江中下游地區(qū)是我國淡水小龍蝦的主產(chǎn)區(qū)[2]。小龍蝦具有繁殖能力強、生命周期短、生長快、生態(tài)幅寬、食性雜等生物學(xué)特征，具備r-型生長特征[3-6]，因此在我國的大部分野生水域和稻田等人工濕地中廣泛繁殖。近年來，隨著環(huán)境污染的加劇，大量重金屬污染物被排入江河湖泊中，導(dǎo)致水質(zhì)惡化現(xiàn)象嚴重。水生動物能將水體中濃度很低的重金屬離子在短期富集于體內(nèi)，通過食物鏈威脅人類的安全與健康[7-9]?！厩叭搜芯窟M展】國內(nèi)外專家研究發(fā)現(xiàn)，克氏原螯蝦對重金屬有很強的富集特性，其體內(nèi)重金屬污染物濃度可能是周圍環(huán)境的數(shù)倍，在克氏原螯蝦生長環(huán)境中，重金屬遍布于土壤、水和空氣，蝦體不可避免地會受到重金屬污染[10-13]。趙白等[14]在對縉云縣克氏原螯蝦5種重金屬富集特征性的研究表明，克氏原螯蝦的不同組織對不同重金屬的積累具有高度的選擇性。朱玉芳等[10]對蘇州地區(qū)克氏原螯蝦體內(nèi)重金屬分布規(guī)律的研究結(jié)果顯示，銅、鎘有不同程度的污染，且肌肉的殘留量低于鰓、肝、螯足肌肉。【本研究切入點】近年來，我國在小龍蝦重金屬富集的諸多方面取得了一定的進展，但在研究小龍蝦重金屬富集情況的同時，對采樣水體連同底泥沉積物中的重金屬含量進行同步測定的研究相對較少[15]。因此，本文在研究草海自然水域小龍蝦對5種重金屬富集的同時，也首次對草海小龍蝦重金屬富集和環(huán)境間關(guān)系進行研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】采集草海湖區(qū)8個樣地的水樣、底泥和4個樣地的小龍蝦樣品，測定其中銅、鎘、鉛、鋅、汞5種重金屬元素的含量，并對小龍蝦在不同濃度重金屬Cu和Cd富集情況下進行室內(nèi)培養(yǎng)試驗，以期探明草海小龍蝦體內(nèi)5種重金屬元素含量與樣地底泥和水樣重金屬含量之間的關(guān)系以及小龍蝦不同部位對Cu和Cd富集的差異，為今后的研究工作奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

草海自然保護區(qū)位于貴州省威寧縣城西南側(cè)，地處北緯26°49′～26°53′，東經(jīng)104°12′～104°18′，是云貴高原東部最大的淡水湖泊，因水草豐茂而得名[16-17]。草海屬溫帶氣候，年平均溫度10.5℃，年平均降水量950 mm，平均相對濕度79%。海拔 2 170～2 527 m，湖區(qū)面積24.59 hm2，水域面積20.98 km2，湖區(qū)水深2.4～5.0 m。草海水體偏堿性（pH平均值為8.0），水源補給主要是雨水，其次是地下水。干濕季分明，干季為11月至翌年4月，濕季為5～10月[18]。草海生物資源豐富，有生物物種1 941種，鳥類228種，以黑頸鶴為代表的珍稀鳥類多達10余萬只，其中黑頸鶴2 200余只;水生植物涵蓋沉水植物、挺水植物、浮葉植物、漂浮植物4個類型，覆蓋度達80%以上。因此，草海素有“鳥的天堂”、 “水下森林”、“物種基因庫”和“露天博物館”的美譽。

1.2 研究方法

1.2.1 樣品采集與制備

在草海湖區(qū)自然水域布設(shè)江家灣（A）、西海碼頭（B）、劉家巷（C）、嘍啰山（D）、胡葉林（E）、鄭家營萬下組（F）、陽關(guān)山（G）、吳家?guī)r頭（H）8個樣點。在8個樣點內(nèi)采集水樣、底泥和小龍蝦樣品，按照《GB/T 12998-1991 水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)》要求進行采樣[19]，用200 mL聚乙烯采樣試管采集各樣地的水樣;用彼得遜采泥器采集各樣地底泥，采集的底泥樣品放入無菌聚乙烯塑封袋中，置于背陰通風(fēng)處自然晾干，用瑪瑙研缽將底泥磨碎后過100目篩，放入塑封袋中待測;小龍蝦樣品采集使用捕蝦地籠捕獲，將捕獲的小龍蝦帶到實驗室用蒸餾水洗凈后迅速將蝦殼、內(nèi)臟、蝦肉解剖分離，解剖的樣品攪碎后放入50℃的烘箱中烘干，樣品烘干后放入塑封袋中待測;室內(nèi)重金屬培養(yǎng)試驗的小龍蝦通過捕蝦地籠捕獲后帶到實驗室用清水養(yǎng)殖4 d。

1.2.2 小龍蝦室內(nèi)重金屬培養(yǎng)試驗

在待測的5種重金屬中，既包含大量元素也包括微量元素，由于實驗室空間有限，無法滿足所有待測重金屬的室內(nèi)培養(yǎng)試驗，因此選取大量重金屬元素銅和微量重金屬元素鎘進行小龍蝦室內(nèi)重金屬富集試驗。根據(jù)《漁業(yè)水質(zhì)標準 GB 11607-89》[20]中規(guī)定的限值：Cu≤0.01 mg·L-1、Cd≤0.005 mg·L-1，《污水綜合排放標準 GB 8978-1996》[21]關(guān)于重金屬銅和鎘的含量標準分別為Cu≤1 mg·L-1、Cd≤0.1 mg·L-1的規(guī)定設(shè)計試驗。其中，Cu的暴露質(zhì)量濃度分別為0、0.5、1.0 mg·L-1;Cd的暴露質(zhì)量濃度分別為0、0.05、0.10 mg·L-1。

（1）重金屬Cu2+的富集試驗：

將360只經(jīng)過實驗室水族箱（100 cm×50 cm×50 cm）飼養(yǎng)4 d的健康（無斷觸角、斷螯、斷步足和游泳足）的小龍蝦分別放入9個聚乙烯透明水箱中，將9個水箱進行標號，其中1～3號水箱為一組（水體Cu2+質(zhì)量濃度為0 mg·L-1，對照）、4～6號水箱為一組（水體Cu2+質(zhì)量濃度為0.5 mg·L-1）、7～9號水箱為一組（水體Cu2+質(zhì)量濃度為1.0 mg·L-1）。飼養(yǎng)水源為充分曝氣48 h的自來水，水體pH為（7.3±0.6），水溫為（24.2±2.3）℃，自然光照;為減少飼料對克氏原螯蝦富集重金屬的影響，選擇低目標重金屬含量飼料作為克氏原螯蝦的食物。從重金屬富集的第0 d起，每隔4 d從水箱中取2只小龍蝦（每組共6只），將蝦殼、蝦肉、內(nèi)臟、螯肢分離攪碎后放入50℃的烘箱中烘干，樣品烘干后放入塑封袋中待測。

（2）重金屬Cd2+的富集試驗：

重金屬Cd2+的富集試驗過程同上，1～3號水箱為一組（水體Cd2+質(zhì)量濃度為0 mg·L-1，對照）、4～6號水箱為一組（水體Cd2+質(zhì)量濃度為0.05 mg·L-1）、7～9號水箱為一組（水體Cd2+質(zhì)量濃度為0.1 mg·L-1）。

1.2.3 樣品前處理

（1）樣品消解：

稱取0.500 0 g經(jīng)過處理的小龍蝦各部位的樣品放入100 mL錐形瓶中，加入6 mL硝酸，2 mL過氧化氫，加蓋過夜;稱取0.200 g經(jīng)過研磨的底泥放入消解罐中，依次加入5 mL硝酸、6 mL氫氟酸、1 mL高氯酸，加蓋放入高壓消解釜置于142℃烘箱中消解10.5 h。

（2）趕酸定容：

將放置過夜和消解過的小龍樣品和底泥放到140℃的石墨電熱板上進行趕酸，待容器中剩1 mL左右溶液后將其從電熱板上拿下，冷卻后加入10 mL 4%的硝酸溶液，用蒸餾水定容到50 mL容量瓶中，同時做樣品空白。

1.2.4 重金屬含量的測定

運用原子吸收和原子熒光儀器測定小龍蝦不同部位樣品、樣地水樣、底泥樣品中的銅、鎘、鉛、鋅、汞的含量和室內(nèi)試驗所制取樣品中重金屬的含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件進行方差分析和Pearson相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同部位小龍蝦樣品重金屬富集差異

所布設(shè)的8個樣地中，只有江家灣、西海碼頭、吳家?guī)r頭和嘍啰山4個樣地捕獲到小龍蝦。4個樣地小龍蝦不同部位對5種重金屬的富集情況如表1所示。

可以看出，4個樣地小龍蝦樣品中對Cu、Cd、Pb、Zn、Hg重金屬元素均有檢出，檢出率達到100%，小龍蝦樣品不同部位對5種重金屬富集的規(guī)律均為：內(nèi)臟>蝦殼>蝦肉。根據(jù)《GB/T 18406.4-2001 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全 無公害水產(chǎn)品安全要求》[22]中對有毒、有害物質(zhì)的限量要求：銅≤50 mg·kg-1、鎘≤0.1 mg·kg-1、鉛≤0.5 mg·kg-1、汞≤0.3 mg·kg-1（該標準中并未提及鋅的限量值），4個樣地小龍蝦樣本中，Cu、Hg重金屬元素均在標準范圍值內(nèi)，而除了吳家?guī)r頭蝦肉的Cd、吳家?guī)r頭和嘍啰山蝦肉的Pb，均已超出標準范圍，說明草海小龍蝦已不同程度受到重金屬Cd和Pb的污染。2.2 不同樣地水體和底泥的重金屬含量

表2為各樣地底泥和水樣的5種重金屬的含量。根據(jù)《漁業(yè)水質(zhì)標準 GB 11607-89》中規(guī)定的水質(zhì)限定值：銅≤0.1 mg·L-1、鎘≤0.005 mg·L-1、鉛≤0.05 mg·L-1、鋅≤0.01 mg·L-1、汞≤0.000 05 mg·L-1，8個樣地水中的5種重金屬含量均小于漁業(yè)水質(zhì)標準中規(guī)定的標準值，說明草海各樣地水質(zhì)情況良好，并未受到重金屬的污染。根據(jù)《GB/T 18407.4-2001 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全無公害水產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境要求》[23]中養(yǎng)殖區(qū)域底質(zhì)重金屬含量的要求：銅≤50 mg·kg-1、鎘≤0.5 mg·kg-1、鉛≤50 mg·kg-1、鋅≤100 mg·kg-1、汞≤0.2 mg·kg-1，8個樣地中Cd、Zn和西海碼頭的Hg含量均已超出標準值，其他元素均在標準范圍內(nèi)，但江家灣和西海碼頭的Pb含量已經(jīng)接近標準值，含量相對其他樣地較高。

2.3 小龍蝦樣品與養(yǎng)殖環(huán)境中重金屬含量的相關(guān)性分析

小龍蝦樣品中重金屬含量與環(huán)境中重金屬含量的相關(guān)性見表3。由于8個樣地水樣中Cd和Hg的檢測含量較低（分別為0.05和0.04 μg·L-1），所以相關(guān)性分析的結(jié)果均顯示為“-”。

2.3.1 蝦樣與底泥的關(guān)系 Pearson相關(guān)性分析結(jié)果表明小龍蝦樣品中的Cd、Pb、Zn含量與底泥中的相應(yīng)重金屬含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.840、0.973和 0.978，蝦樣中Cd含量與底泥中Cu含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.951，蝦樣中Pb、Zn含量與底泥中Zn、Pb含量呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.988、-0.986。已有研究表明，

小龍蝦在不同混合濃度重金屬水體條件下對重金屬的富集會出現(xiàn)協(xié)同或拮抗富集效應(yīng)[24]，上述兩種富集效應(yīng)可能是導(dǎo)致本部分小龍蝦體內(nèi)Cd含量與底泥中Cu含量呈顯著正相關(guān)，而蝦樣中Pb、Zn含量與底泥中Zn、Pb含量呈顯著負相關(guān)的原因。小龍蝦樣品中的Cu（0.752）和Hg（-0.651）與底泥中相應(yīng)重金屬含量沒有顯著相關(guān)性。

2.3.2 蝦樣與水體的關(guān)系 小龍蝦樣品中重金屬與水樣的Pearson相關(guān)性分析表明，小龍蝦樣品與水樣具有一定相關(guān)性，但不顯著。2.4 小龍蝦室內(nèi)重金屬富集試驗

小龍蝦不同部位在不同濃度重金屬試驗水體中富集試驗的結(jié)果如表4所示?？梢钥闯觯海?）在3個不同重金屬濃度的試驗組中，小龍蝦對重金屬Cu和Cd的富集含量均呈現(xiàn)出隨重金屬濃度增加而增加的趨勢，偶爾也會出現(xiàn)低濃度試驗水體中小龍蝦不同部位重金屬含量比高濃度試驗水體中相應(yīng)部位含量高的情況，這可能是由于小龍蝦對不同濃度重金屬的富集速率不同以及富集尚未達到飽和狀態(tài)的原因造成的。（2）在對照組中（A）無論是蝦殼、蝦肉、內(nèi)臟和螯肢中重金屬Cu和Cd的含量變化并不明顯，基本維持原有重金屬含量，但是各部位重金屬含量存在差異，表現(xiàn)為：內(nèi)臟>蝦殼>螯肢>蝦肉;當試驗水體重金屬濃度增加時，小龍蝦體內(nèi)2種重金屬含量增加，但是蝦殼、蝦肉和螯肢隨著富集天數(shù)的增加含量變化并不明顯，內(nèi)臟隨著富集天數(shù)的增加含量也明顯增加。（3）顯著性分析表明，3種試驗水體中小龍蝦對重金屬Cu（F=1.068，P>0.05）和Cd（F=1.706，P>0.05）的富集均不具有顯著性，小龍蝦不同部位在3種試驗水體中僅內(nèi)臟對重金屬Cu（F=6.121，P<0.05）和Cd（F=4.308，P<0.05）的富集具有顯著差異性，說明小龍蝦內(nèi)臟對重金屬Cu和Cd的富集含量變化更明顯。

3 討論與結(jié)論

重金屬污染物在環(huán)境中轉(zhuǎn)移時，有時可以通過食物鏈經(jīng)生物濃縮和生物放大作用，將重金屬污染物在生物體內(nèi)富集[25]。小龍蝦因其底棲的生活方式和所處生態(tài)位，使其成為一種較為理想的生物指示物，成為環(huán)境污染監(jiān)測、評價和治理的重要輔助工具[26]。

本研究結(jié)果表明，小龍蝦不同組織對重金屬的富集具有明顯的差異性，多種重金屬元素都主要富集在小龍蝦的內(nèi)臟。由于生物組織的組成、功能和活躍情況差異，對重金屬元素的利用、代謝、耐受和富集也不同，因此表現(xiàn)為重金屬元素在生物體內(nèi)的分布不均一，其原因可能是因為水生生物主要通過鰓進行氧氣交換以及過濾食物中的雜質(zhì)，水和食物中的重金屬被鰓吸收后通過血液進入動物的內(nèi)臟中并逐漸累積，導(dǎo)致內(nèi)臟中重金屬含量要大于其他部位。

對草海小龍蝦、水體和底泥中5種重金屬進行檢測，通過Pearson相關(guān)性分析結(jié)果表明，蝦樣中重金屬含量與底泥中重金屬含量具有顯著的相關(guān)性，與水樣具有相關(guān)性但并不顯著，王書莉[27]的研究結(jié)果也表明，小龍蝦體內(nèi)重金屬含量與其生活環(huán)境中水體和土壤具有顯著相關(guān)性，與本文研究結(jié)果一致。水體和底泥中5種重金屬檢測的結(jié)果顯示，底泥中5種重金屬含量要遠高于水樣中的含量。已有研究表明，濕地植物可以吸收水體和底泥中的重金屬并通過枯落物的分解和礦化將其歸還到底泥中[28]，河流、湖泊等濕地中99%以上的重金屬都富集在底泥中，底泥既是污染物的匯，也是污染物的源[29-30]。由于草海水體中植物覆蓋度高，涵蓋了沉水、挺水和浮水等眾多植物種類，水體和底泥中的污染物通過枯落物的分解和礦化作用將重金屬積累到底泥中，這可能是造成底泥中重金屬含量要遠高于水樣中的原因。

室內(nèi)重金屬富集試驗結(jié)果表明，隨重金屬濃度增加，小龍蝦對重金屬的富集也出現(xiàn)增加的趨勢，重金屬主要累積在小龍蝦的內(nèi)臟，顯著性分析結(jié)果也表明內(nèi)臟在不同重金屬濃度水體中對重金屬的富集具有差異性，這與張振燕等[24]對小龍蝦重金屬富集的研究結(jié)果一致。水生動物的生命活動與其生活的環(huán)境息息相關(guān)，作為水生底棲動物的小龍蝦可以通過呼吸作用和食物鏈將環(huán)境中的重金屬污染物累積到體內(nèi)，并隨環(huán)境中重金屬濃度的變化而改變。

綜上所述，重金屬主要富集在小龍蝦的內(nèi)臟，小龍蝦體內(nèi)重金屬含量與水體和底泥中重金屬含量具有相關(guān)性，且隨著環(huán)境中重金屬含量的增加，其體內(nèi)富集的重金屬含量也會隨之增高。

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（責(zé)任編輯：張 梅）