水体中有毒金属毒性作用的规律性探讨

史 东 丽

（辽宁省地质矿产研究院，辽宁 沈阳110032）

水体中有毒金属毒性作用的规律性探讨

史 东 丽

（辽宁省地质矿产研究院，辽宁 沈阳110032）

讨论了水体中有毒金属毒性作用的基本规律，不同的动物对毒物的敏感性是不同的，但不同的鱼类对同一种有毒金属的敏感性大致是一样的，同一金属对不同年龄的各种水生物的毒性作用是不同的。有毒金属对生物联合毒性作用时没有明确的规律。

毒性试验;有毒金属； 敏感性;联合毒性效应;累积作用;

金属及其无机化合物是污染水中主要有毒污染物之一。流入到水体中的金属物质由于其种类、浓度和存在形式不同而给生态系统带来不同的影响，在评价有毒金属及其无机化合物对人、动物、水生植物的毒害时必须考虑到毒性作用的一系列规律性。本文在综合大量现有资料的基础上，对工业污染水中的金属及其无机化合物毒性作用的一般规律进行了探讨。

1 毒性试验方法

依据环境毒理学研究方法通过用不同的生物体进行外来金属化合物的毒性实验。

1.1 毒性试验分类

分3种方式，即急性毒性试验、亚急性毒性试验和慢性毒性试验。急性毒性试验由于变化因子少，时间短、经济以及容易试验，所以被广泛采用。

1.2 毒性和剂量关系表示方式

污染物的毒性和剂量关系用下列指标区分[1-2]：半数致死量（浓度），简称LD50，如液体用浓度简称LC50；是使一组受试动物死亡 50%的剂量，其单位是每公斤体重所摄入受试物质的毫克数，即 mg/kg体重。在水生生物急性毒性试验中，半数致死浓度（LC50），用来表示化学物质或工业废水对水生生物的急性毒性。最小致死量（浓度），简称MLD（MLC）；绝对致死量（浓度），简称LD100（LC100）；最大耐受量（浓度），简称MTD（MTC）。

2 有毒金属在水体中主要形态

金属在天然水中的浓度一般很低，呈悬浮或溶解状态。随污水排放到水体中的许多金属一般浓度较高，不但呈不同的化合物形式存在，而且都有一定的毒性，其中锌、铁、钛、毒性较小、铍、金、锂、锰、钴、镍、毒性较强、而砷、钡、镉、铬、氟、铅、汞、硒、和钒，则是属于剧毒金属。

由于水中氧化还原环境不同，金属元素呈不同价态[3-4]。已知部分毒性较大元素的在水体中主要形态分别是：砷：有三、五价化合物，砷酸盐易溶于水，大多以砷酸根（，）与亚砷酸根（）形式存在，A3+比 A5+毒性大。钡：有二价化合物，氯化钡、硝酸钡、氯化亚钡、醋酸钡易溶于水，毒性较大，难溶的碳酸钡毒性较小。镍：有二价化合物，硫酸镍、硝酸镍、氧化镍易溶于水，氢氧化镍难溶于水。铜：有二价化合物，硫酸铜、氯化铜、硝酸铜易溶于水，氢氧化铜难溶于水。 镉：有二价化合物，硫酸镉、氯化镉、硝酸镉易溶于水，碳酸镉、氢氧化镉难溶于水。铬、有二、三、和六价 3种化合物，三价化合物中，氯化铬、硝酸铬、硫酸铬易溶于水，碳酸铬、氢氧化铬难溶于水。六价铬化合物中，铬酸盐、重铬酸钠、重铬酸钾、重铬酸铵易溶于水，六价铬化合物在水中很稳定。六价铬比三价铬毒性大。铅：有二价化合物，氯化铅、过氯酸铅、硝酸铅、醋酸铅易溶于水，二氧化铅难溶于水，硫酸铅、碳酸铅微溶于水。大多以Pb2+与形式存在。汞：有一、二价2种化合物，氯化亚汞、硫酸汞、硝酸汞、次氯酸汞易溶于水，氧化汞、硫化汞难溶于水。有机汞比无机汞毒性大。硒：有四价化合物，亚硒酸、硒酸、亚硒酸纳、硒酸纳易溶于水，多以H2Se3与SeO32-形式存在。钒：有五价化合物，硫酸钒、三氯化钒易溶于水，五氧化二钒难溶于水，大多以 VO2+，VO3+，与 VO43--形式存在。锌：有二价化合物，氯化锌、硫酸锌、硝酸锌易溶于水、碳酸锌、氧化锌难溶于水，大多以Zn2+与形式存在。

3 各种试验动物毒性试验

3.1 温血动物

部分温血动物摄人部分金属的绝对致死量数据如表1所示[5-8]。

表1 温血动物摄人部分金属的绝对致死量Table 1 The LD100of several metals in toxic test for warm-blooded animals mg/kg

从表1中可以看出，不同的动物对同一种金属的敏感性是不一样的。如家兔对砷的敏感性为狗的2倍，豚鼠对钡最敏感，比狗、家兔敏感几十倍。而狗对镍的敏感性为鸽子的8.5倍，为豚鼠的4倍，为其他动物的1.5倍。可以看出不同的动物对毒物的敏感性是不同的，所以在评价各种金属的毒性时，必须搞清楚对该金属最敏感的动物种类。

3.2 鱼类

鱼类毒性实验在我国常用的淡水鱼有：青鱼、草鱼、鲢鱼、鲤鱼、金鱼、鲫鱼等。其中以鲢鱼、草鱼应用较多[9-20]。表 2-4列出几种重金属对鱼类的试验数据。

表2 几种重金属对鱼类的致死浓度(LC100)Table 2 The LC100of several metals in toxic test for the different kinds of fishes mg/kg

表3 几种重金属对1岁和2岁鱼的致死浓度（LC100)Table 3 The LC100of several metals in toxic test for fishes with different ages mg/L

表4 几种重金属对鲫鱼的急性试验（LC50)Table 4 The LC50of several metals in toxic test for crucian mg/L

从表2可以看出鱼类对水环境的变化十分灵敏，但不同的鱼类对同一种有毒金属的敏感性大致是一样的。从鱼类在含有化学污染物的水环境中的反应，可以比较出不同化学物质的毒性高低，重金属.对鱼类毒性顺序Hg＞Cd ＞Cu＞Zn＞Pd＞Co＞Ni＞Cr。而同一种金属，例如:铜引起鱼中毒的死鱼先后依次为金鱼、青鱼、白鲢、鲤鱼、鲫鱼、草鱼。鱼的大小不同，对毒物的敏感度有所不同，从表3可以看出金属毒性的差异，对2岁鱼类致死浓度一般为1岁鱼类的1.5～2倍。由此可见，同一金属对不同年龄的各种水生物的毒性作用是不同的。一般所来鱼苗比成鱼敏感。从表4数据了解到，毒性与实验时间呈正比，接触毒物时间越长，毒性越大，正式实验至少进行48 h，一般是96 h。如果受试化学物的饱和溶液在96 h内不引起实验鱼死亡，可认为毒性不显著，但不能据此作出无毒的结论。

3.3 水生物

下面列出的部分重金属对水生物的致死浓度(LC100)[21-36]。

汞对毛翅目、管状蠕虫、摇蚊幼虫、环节蠕虫、端足目的致死浓度(LC100)分别为0.3，0.3，3.5，0.3，0.1。铜对毛翅目、管状蠕虫、摇蚊幼虫、环节蠕虫、端足目的致死浓度(LC100)分别为0.01，0.04，0.02，0.06，0.01。镉对毛翅目、管状蠕虫、摇蚊幼虫、环节蠕虫、端足目的致死浓度(LC100)分别为5.0，5.0，150，5.0，0.4。钴对毛翅目、管状蠕虫、摇蚊幼虫、环节蠕虫、端足目的致死浓度(LC100)分别为45，400，600，400，8.0。镍对毛翅目、管状蠕虫、摇蚊幼虫、环节蠕虫、端足目的致死浓度(LC100)分别为35，30，85，30，15。铬对毛翅目、管状蠕虫、摇蚊幼虫、环节蠕虫、端足目的致死浓度(LC100)分别为 0.01，0.1，0.02，0.03。

从以上数据说明各种水生物致死浓度变化很大，所以在制定排入水体中的污水有毒金属的最大允许浓度时，必须考虑到水体的具体条件和水体内在某些条件下不能生存的水生物。

4 联合毒性作用

有毒金属进入水体中呈各种化合物的形式存在。这些化合物对人体、温血动物、水生植物和动物能产生共同作用，即所谓的联合作用[37-48]。在最近的文献资料中有人指出，联合作用分二种情况，一种观点认为联合作用是简单的总合作用，另一种观点认为联合作用是协同、拮抗作用。

表5列出几种重金属的联合毒性研究数据，可以看出有毒金属联合作用时没有明确的规律。在每一种具体情况下，毒物的性质及其作用的程度必须通过试验才能确定出来。

表5 几种重金属的联合毒性数据Table 5 Data of Joint toxic effects of several metalsfor aquatic animals mg/L

多种毒性共同污染水环境后，发生了复杂的联合毒性效应，只用单一毒物的含量去判定水污染后的毒性危害是不切实际的，在测定单一毒物含量的同时，还应从联合毒性角度进行试验，才能反应出污染的实际情况，对水环境的治理具有重要的科学及经济意义。

5 进入生物体内的途径

对人和温血动物来说，有毒金属化合物主要是随饮水通过消化道进入体内。只有某些金属化合物，如铬酸盐和重铬酸盐，在水中沐浴时可通过体内。而进入鱼体内的主要途径时由水通过鳃。每kg人体重量和鱼体重量所需氧气气量很少：人体为0.16～0.33 cm3，丝鱼为0.22 cm3，鲫鱼为0.07 cm3。但是，鱼类体内进行氧化作用的氧，从水中所得到的氧比人和温血动物从空气中所得到的氧少得多。氧在空气中的扩散系数为11，而在水中为0.000 034，大约小320 000倍。可见水生物从水中得到氧比地面动物要困难得多。鲫鱼1 g体重1 h内所需氧气为0.07 cm3。1天内所需氧气为0.07×24=1.68 cm3。平均体重为0.5 kg的鲫鱼1天内所需氧气为840 cm3。河水中特别在冬季的冰期，氧气的平均含量为8 mg/L。渔业水体允许浓度为6 mg/L，因此鲫鱼从水体中只能得到2 mg/L的氧。所以，鲫鱼从河水中得到的毒物比人体从饮水中得到的多。其他的鱼类，如草鱼从水中得到的毒物比人体和温血动物从水中得到的多，可以看出，鱼类对毒物的敏感性比人强。

从表6明显看出，铜、锌通过鳃进入鱼体的毒性浓度比喝水进入体内的毒性浓度大许多倍。因此，可以把鱼类的死亡看作是水体中有毒金属毒性作用的首要标志，若水池中鱼类出现死亡的现象，说明水体受到了污染。在自然水域中，鱼类如能正常生活，说明水体比较清洁；当有毒工业废水排入水体，常常引起大批鱼的死亡。因此，鱼类毒性实验是检测成分复杂的工业废水和废渣浸出液的综合毒性的有效方法。

表6 铜、锌通过不同途径进入鱼体的致毒量Table 6 The death concentration of Zn2+,Cu2+by different ways into the fish body mg/L

6 累积作用

有毒金属聚积与体内或者猛然进入血液和组织中可出现累积作用。其结果是出现急性和慢性中毒症状。在人体中可以发现有毒金属随饮水进入人体内而出现累积作用。而在各种水生物和水生植物中也可发现有毒金属通过进入体内而出现的累积作用。当用工业污水进行灌溉时，可发现土壤和植物中都有金属的累积。硒、镉、铬、汞等毒物随饮用水、鱼肉和蔬菜进入人体，有出现体内毒物的聚积作用的危险。所以有毒金属在土壤中聚积到一定程度，不能再继续种植农作物。镉、铬、锌、铅体现在生物体中累积作用明显。

7 结束语

在环境质量评价中，利用生物体在水环境中的反应，确定水环境的综合质量，是一种重要的手段。但是单凭理化数据，是难以对环境质量作出准确评价的。因为水的物理化学特性对金属毒性有较大的影响。比如：水的硬度、（一般低硬度水毒性大）温度、（一般温度高毒性大）溶解氧、（一般氧气少毒性大）pH、（一般pH值高毒性小）有机质的含量等。国内有学者曾对白鲢作过试验，在水温16～30 ℃范围内，温度升高 10 ℃，铜毒性增加1.7～1.8倍。对体重12 g的鳙鱼的实验表明，温度从22.9 ℃升至26.7 ℃，铜的安全浓度从0.71 g/m3降至0.5 g/m3。尽管如此，在确定的条件下，还是可以发现一些水体中有毒金属毒性作用的基本规律，而了解这些规律性，对认识污染水中的金属及其无机化合物的危害及预防有一定的参考价值。

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Discussion on Regularity of Toxic Action of Toxic Metals in Water

SHI Dong-li
（Academy of Geology and Mineral Resources of Liaoning Province, Liaoning Shenyang 110032, China）

Basic law of toxic action of toxic metals in water was discussed.The sensitivity of different animals for poison is different, but the sensitivity of different kinds of fishes for the same toxic metal is roughly same, toxic actions of the same toxic metal for all kinds of aquatic animals with different ages are different.The biological joint toxic action of toxic metals still has not definite law.

Toxicity test;Toxic metals;Sensitivity;Joint toxic effects;Cumulative effect

X 703

A

1671-0460（2011）05-0521-04

2010-03-26

史东丽（1958-），女，辽宁沈阳人，工程师，从事岩矿测试分析工作。E-mail：sdl㴐_zb@126.com。