櫛孔扇貝煙臺養(yǎng)殖區(qū)海水水質(zhì)及扇貝體內(nèi)重金屬含量評價

徐曉瑩，胡麗萍，趙強，姜黎明，曹亞男，賀加貝，劉燕英

(煙臺市海洋經(jīng)濟研究院，山東 煙臺 264000)

山東省是中國漁業(yè)大省,貝類增養(yǎng)殖是山東海洋漁業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)。山東省貝類養(yǎng)殖主要集中在煙臺、青島和威海3市。根據(jù)統(tǒng)計資料顯示，煙臺市在貝類養(yǎng)殖產(chǎn)量方面位居3市首位[1]，且扇貝養(yǎng)殖主要集中在煙臺。近年來，煙臺大力加強生態(tài)建設(shè)，不斷促進海洋漁業(yè)持續(xù)發(fā)展。

養(yǎng)殖區(qū)海水水質(zhì)是影響海洋漁業(yè)產(chǎn)業(yè)的重要因素，海水污染和水域富營養(yǎng)化等問題對扇貝生長發(fā)育影響較大。近年來，近岸海域的重金屬污染愈來愈嚴重[2-4]。相關(guān)研究表明，貝類對重金屬等有害污染物具有較強的生物蓄積能力[5-8]，開展養(yǎng)殖區(qū)海水水質(zhì)調(diào)查及貝類質(zhì)量安全評價工作尤為重要[9]。

櫛孔扇貝(Chlamysfarreri)是中國北方扇貝養(yǎng)殖主要品種之一，其肉質(zhì)鮮美，深受消費者喜愛。山東、遼寧沿海是櫛孔扇貝的主要分布區(qū)域，山東以蓬萊、長島等為主要產(chǎn)地。本研究選取長島及蓬萊往東的煙臺開發(fā)區(qū)、牟平區(qū)3個櫛孔扇貝主要養(yǎng)殖區(qū)，在櫛孔扇貝集中上市時間段，對海水水質(zhì)及櫛孔扇貝重金屬富集情況進行分析和評價，以期為扇貝健康養(yǎng)殖及海洋貝類重金屬衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的制定提供資料。

1 材料與方法

1.1 采樣點設(shè)置

根據(jù)煙臺海域櫛孔扇貝養(yǎng)殖區(qū)域分布現(xiàn)狀，選取長島(CD)、開發(fā)區(qū)(KF)和牟平區(qū)(MP)3個具有代表性的的扇貝養(yǎng)殖海域采樣地，每個采樣地設(shè)置3個采樣點。

1.2 采樣時間及方法

櫛孔扇貝大批量上市時間集中在4～5月份，本研究所有樣品采集時間為2021年4月20日～23日。海水樣品采集：在養(yǎng)殖區(qū)沿對角線方向均勻設(shè)3個采樣點，每點周圍100 m區(qū)域內(nèi)采集5個海水表層樣品，采集的水樣按照GB 17378—2007《海洋監(jiān)測規(guī)范》[10]第3部分進行保存和處理。

扇貝樣品從養(yǎng)殖海域采集后加冰冷藏，并于24 h 內(nèi)運至實驗室，活體解剖，分別取整體軟體組織(整貝去殼)和閉殼肌。樣品的平均殼高(61.78±4.61)cm，殼長(57.01±4.10)cm，殼寬(20.64±1.36)cm，全貝質(zhì)量(31.33±4.17)g，均達到商品規(guī)格。

1.3 測定方法

pH、鹽度和溶氧(DO)含量用美國奧利龍5-star水質(zhì)分析儀測定，硫化物用德國默克NO-VA-60A進行現(xiàn)場檢測，化學(xué)需氧量(COD)、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、無機磷(DIP)含量均按《海洋監(jiān)測規(guī)范》[10]第4部分進行檢測。扇貝生物體中鉛(Pb)、鎘(Cd)、汞(Hg)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鋅(Zn)等重金屬含量按照海洋監(jiān)測規(guī)范《海洋監(jiān)測規(guī)范》[10]第6部分進行測定。

1.4 評價方法

海水水質(zhì)按照GB 3097—1997《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》[11]進行分析評價。

扇貝中重金屬污染程度評價采用單因子評價模式[12]，公式如下：

式(1)

式中，Pi為單項污染物i的污染指數(shù)，Ci為單項污染物i的含量，Si為單項污染物i的評價標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)Pi<0.2時，表示該污染物處于正常的背景值范圍內(nèi)；當(dāng)0.2≤Pi≤0.6時，表示該污染物處于輕污染狀態(tài)；當(dāng)0.6

重金屬含量根據(jù)GB 2762—2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》[13]進行評價，GB 2762—2017中未涉及的重金屬銅(Cu)和鋅(Zn)根據(jù)GB 18421—2001《海洋生物質(zhì)量》[14]進行評價，具體見表1。

表1 貝類中重金屬評價標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Heavy metal evaluation standard in shellfish

富集系數(shù)是生物體內(nèi)某種元素或化合物的濃度與其所生存的環(huán)境中該物質(zhì)濃度的比值。扇貝對重金屬的富集系數(shù)以如下公式計算：Ax(重金屬富集系數(shù))=櫛孔扇貝體內(nèi)重金屬含量(mg·kg-1)/養(yǎng)殖海水中重金屬含量(mg·L-1)×100%[15]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2010 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行單因子方差分析，檢驗方差齊性，并對數(shù)據(jù)進行Duncan′s多重比較，顯著性水平為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 采樣點海水水質(zhì)

2.1.1 DO和COD

煙臺扇貝養(yǎng)殖區(qū)同一時期不同采樣點海水DO變化差異不大，范圍在9.37 ～9.53 mg/L(表2)；COD含量變化范圍在0.73～1.02 mg/L，其中牟平區(qū)海域最高，長島海域最低。本研究中各養(yǎng)殖區(qū)海水DO及COD含量均符合國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

表2 3個扇貝養(yǎng)殖海域水體DO及COD含量Tab.2 Contents of DO and COD in seawater of three Chlamys farreri aquaculture areas (mg·L-1)

2.1.2 DIN和DIP

總無機氮(DIN)由氨態(tài)氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮3部分組成。2021年4月下旬，煙臺牟平區(qū)、開發(fā)區(qū)和長島扇貝養(yǎng)殖區(qū)海水氨態(tài)氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮及DIN含量(以N計)見圖1。單因素方差分析結(jié)果表明，在同一時間，不同采樣點養(yǎng)殖區(qū)海水無機氮含量差異顯著(P﹤0.05)，其中，長島扇貝養(yǎng)殖區(qū)海水中的DIN含量最高(0.106±0.04)mg/L，牟平區(qū)最低(0.035±0.00)mg/L。3個采樣海域均表現(xiàn)為亞硝態(tài)氮含量較低，約占無機氮總量的1.00%～3.80%。除開發(fā)區(qū)扇貝養(yǎng)殖海域表現(xiàn)為硝態(tài)氮高于氨態(tài)氮外，其余2個海區(qū)均為氨態(tài)氮較高。依據(jù)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 3097—1997，在3個采樣點海水中無機氮含量均低于0.20 mg/L，達到國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 煙臺不同扇貝養(yǎng)殖海域海水無機氮含量Fig.1 Inorganic nitrogen content in seawater of different Chlamys farreri aquaculture areas in Yantai

單因素方差分析結(jié)果表明，3個不同采樣海域海水中DIP含量在同一時期差異顯著(P<0.05)，長島海域DIP含量最高，為(0.008 780±0.001 0)mg/L，牟平區(qū)海域含量最低，為(0.000 686±0.000 2)mg/L。3個采樣點養(yǎng)殖區(qū)海水中DIP含量均小于0.015 mg/L，依據(jù)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 3097—1997，均符合國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.3 重金屬

3個櫛孔扇貝養(yǎng)殖海區(qū)海水的6種重金屬檢測數(shù)據(jù)如表3所示。3個扇貝養(yǎng)殖區(qū)海水中Zn含量符合一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，Hg、Pb和Cd含量均符合二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，Cu含量除長島養(yǎng)殖區(qū)符合一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)外，另外2個養(yǎng)殖區(qū)海水Cu含量符合二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。6種重金屬在3個扇貝養(yǎng)殖區(qū)均表現(xiàn)為Zn含量最高，Cu次之，Hg含量最低。重金屬含量排序分別為：牟平區(qū)和開發(fā)區(qū)海域為Zn>Cu>Cr>Pb>Cd>Hg，長島海域為Zn>Cu>Cd>Cr>Pb>Hg。

表3 不同養(yǎng)殖海區(qū)海水中重金屬含量Tab.3 Contents of heavy metals in seawater of different aquaculture areas (μg·L-1)

2.2 扇貝生物體重金屬含量

2.2.1 櫛孔扇貝體內(nèi)重金屬含量

3個養(yǎng)殖區(qū)中櫛孔扇貝體內(nèi)重金屬含量見表4。由表4可知，櫛孔扇貝整體軟體組織、閉殼肌中Zn含量相對較高，Cu含量次之，Hg含量最低。且除Zn外，其他重金屬均表現(xiàn)為整體軟體組織要高于閉殼肌中含量。櫛孔扇貝整體軟體組織中的Zn含量以開發(fā)區(qū)扇貝最高，達到(17.80±0.95) mg/kg，顯著高于另外2個海域扇貝整體軟體組織中的含量(P<0.05)；而櫛孔扇貝閉殼肌中Zn含量卻表現(xiàn)為開發(fā)區(qū)的最低，為(13.45±2.01) mg/kg。另外，長島海域相較另外2個海域櫛孔扇貝閉殼肌中Cu、Pb、Cd、Hg 4種重金屬含量均偏低。

表4 不同養(yǎng)殖區(qū)櫛孔扇貝重金屬測定結(jié)果Tab.4 Determination results of heavy metals in Chlamys farreri in different aquaculture areas (mg·kg-1)

本研究中3個養(yǎng)殖海域櫛孔扇貝整體軟體組織及閉殼肌中Pb、Cd、Hg和Cr 4種重金屬含量均符合《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》(GB 2762—2017)要求。Cu和Zn含量均符合《海洋生物質(zhì)量》限量要求，且為一類標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 櫛孔扇貝體內(nèi)重金屬污染程度評價

櫛孔扇貝體內(nèi)重金屬污染程度如圖2所示。由圖2可知，3個養(yǎng)殖區(qū)櫛孔扇貝體內(nèi)Cu、Hg和Zn的Pi值均小于0.2，表明該地區(qū)櫛孔扇貝Cu、Hg和Zn含量均處于正常的背景值范圍內(nèi)；Cr的Pi值除在開發(fā)區(qū)櫛孔扇貝整貝中略大于0.2外，其余樣品均處于正常背景值范圍內(nèi)；Cd的Pi值均處于0.2到0.6之間，表明3個養(yǎng)殖區(qū)櫛孔扇貝體內(nèi)Cd含量處于輕污染狀態(tài)；Pb的Pi值除在長島櫛孔扇貝閉殼肌中小于0.2外，其余樣品均處于污染狀態(tài)，其中以牟平區(qū)和開發(fā)區(qū)櫛孔扇貝整體軟體組織最為嚴重，達到中度污染狀態(tài)。

圖2 不同養(yǎng)殖區(qū)櫛孔扇貝重金屬污染程度Fig.2 Heavy metal pollution of Chlamys farreri in different aquaculture areas

2.2.3 櫛孔扇貝對重金屬的富集系數(shù)

本研究中3個海域櫛孔扇貝對重金屬的富集系數(shù)如圖3所示。3個海域櫛孔扇貝均表現(xiàn)為對Zn的富集系數(shù)最大，Cu次之，且兩者均超過1 000，而對Cr的富集系數(shù)最小。3個海域扇貝對重金屬的富集系數(shù)從高到低依次排序為Zn>Cu>Hg>Pb>Cd>Cr。

圖3 3個養(yǎng)殖區(qū)櫛孔扇貝對各種重金屬的富集系數(shù)Fig.3 Enrichment factor of heavy metals in Chlamys farreri in different aquaculture areas

3 討論

3.1 海水水質(zhì)對扇貝養(yǎng)殖影響

DO是影響扇貝生長發(fā)育的重要指標(biāo)，DO含量低會導(dǎo)致扇貝呼吸受阻甚至窒息死亡。一般要求海水養(yǎng)殖DO在5 mg/L以上[16]，本研究中所測海域海水DO含量在海水養(yǎng)殖安全范圍以上。COD是評價海水水質(zhì)的重要指標(biāo)，COD越大，水體有機污染物越多[17]。本研究中，扇貝養(yǎng)殖區(qū)同一時期不同采樣點海水的DO值變化差異不大，牟平區(qū)海域稍低，而COD含量差異顯著(P<0.05)，其中，牟平區(qū)海域最高，表明了牟平區(qū)的扇貝養(yǎng)殖海域水體有機污染物相較其他兩個扇貝養(yǎng)殖海域含量要高一些。

DIN和DIP是浮游植物生長所必須的營養(yǎng)元素，浮游植物是扇貝的天然餌料，DIN和DIP通過影響浮游植物的種類組成進而影響扇貝生長[18]。Redfield[19]提出浮游植物按照氮磷比為16∶1的原子比進行吸收，Justi[20]認為，海水的N/P值大于22/1，存在磷限制，N/P小于10/1，存在氮限制。本研究中煙臺海域N/P處于較高值，變化范圍為26.80～113.91，其中牟平區(qū)最高，長島最低，N/P值均偏離了Redfield系數(shù)，這與邢紅艷等[21]對煙臺四十里灣海域營養(yǎng)鹽年際變化研究中所得結(jié)果一致。這可能與工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)業(yè)及污水處理廠等陸源輸入以及多種經(jīng)濟雙殼貝類和養(yǎng)殖中的污損動物的排泄有關(guān)[21]。統(tǒng)籌考慮扇貝養(yǎng)殖海域海水N/P值和扇貝個體平均質(zhì)量可知，3個海區(qū)的扇貝個體平均體重同本研究中測得的3個海區(qū)海水的N/P值呈現(xiàn)負相關(guān)，若不考慮扇貝種質(zhì)因素，可推測海水N/P值越小，扇貝個體平均體重越大。

3.2 扇貝食用安全

扇貝軟體組織中包含內(nèi)臟團、瓣鰓、性腺、閉殼肌等。已有研究表明，櫛孔扇貝Cd含量為閉殼肌<瓣鰓<內(nèi)臟團[15,22]。另有研究表明，扇貝貝柱中Cd含量僅為內(nèi)臟中的1/5[15]。本研究中，櫛孔扇貝閉殼肌中Cu、Pb、Cd、Cr、Hg含量均低于整體軟組織，這與上述研究結(jié)果一致。Pb、Cd、Cr、Hg為有害重金屬，因此，從飲食安全角度來講，建議食用櫛孔扇貝時盡量食用貝柱，少食或不食內(nèi)臟。

3.3 扇貝對重金屬的富集

對扇貝養(yǎng)殖海域海水水質(zhì)的檢測結(jié)果表明，3個取樣點中Zn和Hg含量均符合一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，說明水體環(huán)境中Zn和Hg的含量很低，因此可以忽略海水中重金屬對櫛孔扇貝的污染。本研究結(jié)果表明，上市櫛孔扇貝對Zn的富集系數(shù)為1 323～1 548，而對Hg的富集系數(shù)卻為500～750，這說明櫛孔扇貝對重金屬的富集具有選擇性，該結(jié)論同馬元慶等[15]研究的櫛孔扇貝對重金屬的富集結(jié)果一致。另外，3個扇貝養(yǎng)殖區(qū)海水中，長島養(yǎng)殖區(qū)Cu含量(3.50±0.36)μg/L為最低，符合一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，牟平區(qū)(5.18±0.30)μg/L次之，開發(fā)區(qū)(6.58±0.46)μg/L最高，而3個海區(qū)扇貝對Cu的富集系數(shù)卻表現(xiàn)出相反的規(guī)律，這說明櫛孔扇貝對重金屬的富集與海水中該重金屬的含量沒有直接對應(yīng)關(guān)系，這與王軍等[23]研究結(jié)果一致。

本研究中所測定的櫛孔扇貝樣品均來自煙臺扇貝養(yǎng)殖海域，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同海域的櫛孔扇貝樣品中各種重金屬含量存在顯著差異。牟平區(qū)和開發(fā)區(qū)櫛孔扇貝中Pb含量均是長島扇貝的1.4倍；開發(fā)區(qū)櫛孔扇貝中Cr含量分別是長島和牟平區(qū)扇貝的1.8倍和1.5倍，Zn含量分別是長島和牟平區(qū)扇貝的1.2和1.1倍。這說明不同海域采集的櫛孔扇貝對重金屬的蓄積能力存在差異，這與龐艷華[12]等報道的的蝦夷扇貝(Mizuhopectenyessoensis)對重金屬的蓄積結(jié)論一致。

4 結(jié)論

2021年4月煙臺選取長島、開發(fā)區(qū)和牟平區(qū)3處具有代表性的櫛孔扇貝養(yǎng)殖區(qū)海水中DO、COD、DIN、DIP含量均符合國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，重金屬含量均未超出二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值。

3個養(yǎng)殖海域櫛孔扇貝整體軟體組織及閉殼肌中Pb、Cd、Hg和Cr 4種重金屬含量均符合中國食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)，Cu和Zn含量均符合《海洋生物質(zhì)量》限量要求，且為一類標(biāo)準(zhǔn)。

3個養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)櫛孔扇貝中Pb處于污染狀態(tài)，櫛孔扇貝對重金屬Zn和Cu的富集系數(shù)均超過1 000，富集有明顯的選擇性。