濟寧市采煤塌陷區(qū)5種淡水魚類肌肉組織中鉛、鎘含量研究及食用安全性評價

孟娟，吳廣州，時兵，鄧晨曦，孟麗華，史艷偉，時彥民

(山東省濟寧市漁業(yè)發(fā)展和資源養(yǎng)護中心，山東 濟寧 272000)

濟寧是一座典型的煤炭資源型城市，目前濟寧市的采煤塌陷地區(qū)主要分布在鄒城市、微山縣、兗州區(qū)、濟寧高新區(qū)和曲阜市等13個縣市區(qū)[1-3]。塌陷最為嚴重的兩個區(qū)域主要分布在任城區(qū)的東南部以及兗州、鄒城和曲阜三市的交界處[4-6]。塌陷后長期形成大面積積水，進入到水體中的重金屬易造成漁業(yè)養(yǎng)殖地的污染。采煤塌陷區(qū)的水產品可能存在食用安全隱患，尤其是重金屬，水產品中重金屬的殘留與消費者的健康息息相關[7-9]。目前，重金屬的污染在中國廣為關注，國內有關采煤塌陷區(qū)水體及水生植物重金屬含量及污染情況的研究較多，但對于采煤塌陷區(qū)水產品中的重金屬含量及污染情況研究較少。鉛、鎘等不可降解的環(huán)境重金屬污染物可在水體中蓄積，最終通過食物鏈進入人體，對人體健康造成危害。為了解濟寧采煤塌陷區(qū)水產品肌肉組織中鉛、鎘含量水平，本研究選取濟寧市具有代表性的5個采煤塌陷區(qū)及1個非采煤塌陷區(qū)為采樣點，通過石墨爐原子吸收法進行抽樣檢測，掌握濟寧市采煤塌陷區(qū)5種淡水魚類肌肉組織受鉛、鎘污染的基本情況，分析可能的原因，進行安全性評價，為開展采煤塌陷區(qū)水產品安全風險監(jiān)測和促進采煤塌陷區(qū)的生態(tài)建設提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鉛(Pb)、鎘(Cd)標準液(1 000 μg/mL)均采購于國家標準物質中心。實驗過程中所用的玻璃儀器及聚四氟乙烯容器均用硝酸浸泡過夜，并反復沖洗干凈[10-11]。硝酸溶液(1∶1，V/V)。

1.2 儀器與設備

MDS-6型自動變頻溫壓雙控微波消解/萃取儀(上海新儀微波化學科技有限公司)；JA3003電子天平(上海舜宇恒平科學儀器有限公司)；TAS-990AFG原子吸收分光光度計(北京普析通用儀器有限公司)；3205型食品加工機(德國博朗公司)。

1.3 實驗方法

1.3.1 標準溶液的配制

取1 mL濃度為1 000 μg/mL鉛、鎘的標準液分別置于1 000 mL容量瓶中，分別用1% HNO3(V/V)、2% HCL(V/V)稀釋至刻度，搖勻得到中間濃度1 μg/mL(1 000 ng/mL)的鉛、鎘標準儲備液。分別移取此標準儲備液配置濃度梯度為0、10.0、20.0、40.0、100.0 ng/mL的鉛的標準溶液和濃度梯度為0、1.0、2.0、4.0、8.0 ng/mL的鎘的標準溶液。

根據《食品中鉛的測定》(GB 5009.12—2017)、《食品中鎘的測定》(GB/T 5009.15—2014)測定樣品中的鉛、鎘含量[12]。

1.3.2 樣品的預處理

水產品的采樣方法參照《水產品抽樣方法》(SC/T 3016—2004)。水產品于2019年4～10月采自太白湖區(qū)、微山縣、鄒城市、曲阜市和兗州區(qū)等采煤塌陷區(qū)及梁山縣的非采煤塌陷區(qū)(見圖1)，種類包括草魚(Ctenopharyngodonidella)、鯉(Cyprinuscarpio)、鰱(Hypophthalmichehysmolitrix)、鳙(Aristichthysnobilis)和鯽(Carassiusaumtus)。每種魚各采集3條，取樣標記后-18 ℃凍藏。樣品用純水洗干凈，取其肌肉組織，勻漿后放入聚乙烯薄膜袋內備用。

圖1 采樣點分布圖Fig.1 Distribution of sampling sites

1.3.3 樣品分析

準確稱量每個均質后的樣品0.5 g于聚四氟乙烯杯中，加入5 mL硝酸溶液(1∶1，V/V)，靜置一夜后，加入過氧化氫2 mL，加蓋密封，放入微波消解裝置中，按照微波消解工作條件，設定控制壓力為400 kPa，微波消解程序為:200 W,120 s;300 W,300 s;400 W,480 s進行消解。消解結束，待冷卻后取出消解罐，置于紅外于燥箱內蒸發(fā)至近干，移至50 mL容量瓶中，用少量水洗滌消解罐數次，用雙重蒸餾水將消化液定容至50 mL。同時做空白對照。樣品經微波消解后用石墨爐原子吸收光度法測定Pb、Cd的濃度，Pb、Cd的測定波長分別為283.3 nm、228.8 nm，燈電流均為3 mA，光譜通帶寬度為0.5 nm，塞曼背景校正，石墨爐程序升溫測定。

1.4 重金屬含量評價標準

根據《食品安全國家標準 食品中污染物限量》(GB 2762—2017)來評價水產品中重金屬污染程度，衡量水產品的食用安全性。其中魚類中Pb的限量標準為0.5 mg/kg，Cd的限量標準為0.1 mg/kg。

1.5 食用安全性評價

以所檢測的5種水產品肌肉組織重金屬平均含量(mg/kg)乘以《中國居民膳食指南2016》中給出的中國居民人均每周水產品攝入量0.525 kg，計算出居民每周實際攝入重金屬量(mg)，并與世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國糧農組織食品添加劑聯(lián)合專家委員會(Joint Expert Committee for Food Additives，JECFA)制定的暫定每周可耐受攝入量(provisional tolerable weekly intake,PTWI)標準進行對比，評價濟寧市采煤塌陷區(qū)水產品的食用安全性，食品添加劑聯(lián)合專家委員會制定的污染物每周可耐受量中Pb的PTWI值為0.002 5 mg/kg，Cd的PTWI值為0.007 mg/kg。

2 結果與分析

2.1 魚肉樣品中鉛、鎘含量

2019年4～10月共取3組樣品，樣品取自太白湖區(qū)、微山縣、兗州區(qū)、鄒城市及曲阜市的采煤塌陷區(qū)，另取梁山縣非采煤塌陷區(qū)的魚樣進行比較。每次取樣地點相同，每組90個樣品，一共270個樣品，測定每組重金屬含量后，取其平均值。通過檢測并計算魚肉樣品中Pb和Cd的含量均未超標。數據如圖2和圖3。

圖2 樣品魚中鉛含量柱形圖Fig.2 Column diagram for plumbum content in fish samples

圖3 樣品魚中鎘的含量柱形圖Fig.3 Column diagram for cadmium content in fish samples

從圖2可以看出，除曲阜市外，其他采煤塌陷區(qū)相對于非采煤塌陷區(qū)的梁山縣來說重金屬Pb的含量普遍偏高，分析原因可能是曲阜市采煤塌陷區(qū)的養(yǎng)殖魚塘時間相比于其他塌陷區(qū)形成時間長，經過長期的治理，重金屬的含量相對較少。曲阜市草魚、鯉及梁山縣鯉、鯽中均未檢測出Pb，鄒城市的魚肉樣品中Pb的含量相比于其他地區(qū)較高，根據劉敬龍等[13]對濟寧采煤塌陷區(qū)現狀分析來看，鄒城市采煤塌陷區(qū)占濟寧市總塌陷面積的31.42%，其塌陷面積為全市最大，相對其他采煤塌陷地來說污染更為嚴重。

由圖3可以看出，梁山縣5種魚類中Cd均為未檢出，其他5個地區(qū)的魚類樣品中均檢出不同含量的Cd。進一步說明了采煤塌陷區(qū)與非采煤塌陷區(qū)相比重金屬污染更為嚴重。其中太白湖區(qū)和鄒城市的草魚檢測出少量的Cd，而其他地區(qū)均未檢出，5個采煤塌陷區(qū)的鳙肌肉組織中均檢出Cd。結合圖2可以看出，草食性的草魚中Pb的含量也相對較少，雜食性的鯽、濾食性的鰱、鳙的肌肉組織中Pb、Cd含量相對較多。分析原因可能與魚類的食性有關，相對于草食性魚類來說，雜食性和濾食性魚類的重金屬含量更高，說明重金屬在食物鏈中隨營養(yǎng)級的升高而增加(雜食性、濾食性>草食性)[14-15]。除梁山縣非采煤塌陷區(qū)外，所取水產品肌肉組織中重金屬含量高低的趨勢是：Pb>Cd，說明在水生動物組織或器官內對重金屬元素的積累有選擇性。

2.2 重金屬污染評價

當污染指數Pi<0.2時判定為正常值，表示未受污染；當污染指數為0.21.0時則判定為重污染水平。根據以上方法計算得出魚類樣品中的Pb和Cd的污染指數如表1和表2所示。

表1 魚類中Pb污染指數(Pi值)Tab.1 Pollution index of Pb in fish (Pi value)

表2 魚類中Cd污染指數(Pi值)Tab.2 Pollution index of Cd in fish (Pi value)

由表3可以看出，樣品中重金屬Pb輕污染的占60%，中污染占12%，其他污染指數在正常值內，均未受到污染。其中輕污染魚類主要分布在太白湖區(qū)、微山縣及兗州區(qū)內。只有鄒城市存在中度污染魚樣，應引起重視。曲阜市和梁山縣的魚樣污染指數均在正常值內，表示未受到污染。

表3 各地區(qū)Pb污染評價Tab.3 Contamination assessment of plumbum in different regions

從表4可以看出，雖然魚肉樣品中Cd的含量各有不同，但是均在正常值的范圍內，顯示各地區(qū)的魚均未受到污染。對比表3與表4發(fā)現在魚肉樣品中Pb比Cd的污染程度高。分析原因可能與生物的攝食行為、解毒機制及代謝機理和金屬的物理化學形態(tài)對金屬的生物蓄積特性有關[17-18]。所以在魚類肌肉組織中Pb污染比Cd污染更嚴重。

表4 各地區(qū)Cd污染評價Tab.4 Contamination assessment of cadmium in different regions

2.3 食用安全性評價

參考《中國居民膳食指南(2016)》，以中國居民人均每周水產品攝入量0.525 kg計，進一步對濟寧市采煤塌陷區(qū)居民每周人均實際重金屬攝入量及占PTWI百分比進行分析，結果如表5所示。

表5 每周人均實際重金屬攝入量Tab.5 Actual weekly per capita intake of heavy metals from aquatic products

由表5可知，濟寧市采煤塌陷地區(qū)居民人均重金屬攝入量均未超過PTWI，其中Cd的人均攝入量占PTWI比例較小，低于5%；Pb人均攝入量占PTWI比例超過40%，長期食用可能存在潛在安全風險。此結果僅以《中國居民膳食指南(2016)》提供的數據為參考，實際情況有待進一步調查和研究。

3 討論

由于魚類重金屬含量取決于水和沉積物的濃度，水體底層的魚類重金屬的含量相對高于生活在中層、上層的魚類[19-20]。不同種類的魚代謝水平也會有所差別，對同一種重金屬的富集和吸收能力也存在顯著差異。水體中重金屬元素的超標再經過生物作用的放大、富集和轉移，將在后期對人體產生危害性。

濟寧市采煤塌陷區(qū)魚類肌肉組織中鉛、鎘含量明顯高于非采煤塌陷區(qū)魚類，說明采煤塌陷區(qū)與非采煤塌陷區(qū)相比重金屬污染更為嚴重，重金屬的富集與魚類的食性有關，采煤塌陷區(qū)的重金屬含量可能與煤礦形成時間和煤礦數量有關。淡水魚類對重金屬有較強的吸收積累能力，能夠在體內積累重金屬，亦可反映環(huán)境的重金屬水平，而且可以在一定含量范圍內作為吸收重金屬的載體。

國際食品法典委員會(CAC)及歐盟(EU)與中國對魚類中的重金屬限量標準存在差異。Pb在中國的限量標準為魚類中0.5 mg/kg，而EU、CAC的限量標準為0.3 mg/kg[21]。

4 結論

本實驗研究了濟寧采煤塌陷區(qū)不同魚類中重金屬Pb、Cd的含量，通過微波消解萃取儀對魚樣進行消解，再通過原子吸收分光光度計得出魚肉樣品Pb、Cd的濃度，分析比較了采煤塌陷區(qū)與非采煤塌陷區(qū)魚類重金屬含量的差異性，表明因魚類食性不同而存在差異(雜食性、濾食性>草食性)，魚體不同部位對Pb和Cd富集存在差異。分析表明濟寧大部分采煤塌陷區(qū)中所檢測的魚樣中Pb和Cd的含量均大于非采煤塌陷區(qū)，采煤塌陷區(qū)的重金屬含量可能與煤礦形成時間和煤礦數量有關。根據《食品安全國家標準 食品中污染物限量》(GB 2762—2017)所測樣品Pb、Cd的含量均小于其限量值(Pb的限量值為0.5 mg/kg，Cd的限量值為0.1 mg/kg)。雖然所測樣品Pb、Cd含量均未超過GB 2762—2017的要求，但是根據對其進行重金屬污染評價來看，采煤塌陷區(qū)的魚樣仍存在污染，長期食用可能存在潛在安全風險，其危害程度需結合不同人群水產品消費量調查、劑量-反應關系等做進一步研究?？紤]到重金屬在水產品中具有蓄積性，建議有關部門及時對采煤塌陷區(qū)的水源和水產品中重金屬跟蹤檢測，動態(tài)掌握重金屬的污染水平及變化趨勢，及時采取控制措施，避免高污染水產品的流通及銷售，積極開展水產品食用安全性的科普宣傳教育，降低重金屬對人體健康危害的風險。