桑沟湾重金属对海洋环境影响和食用贝类的健康风险评估＊

孙丕喜，郝林华，杜蓓蓓，王湘芹，连 岩，代欣欣，赵城南，徐玉珊

（1.国家海洋局 第一海洋研究所，山东 青岛 266061；2.山东省荣成市渔业技术推广站，山东 威海 264300）

桑沟湾位于山东半岛东端，湾口朝东，是面向黄海的半封闭式港湾，其口门北起青鱼嘴（37°08′49″N，122°34′32″E），南至褚岛（37°02′32″N，122°34′14″E），南北口长11.5km，东西宽7.5km。桑沟湾水域广阔，海湾面积163.20km2，岸线长74.4km，湾内平均水深7～8m，最大水深15～17m。湾内水域面积133.33km2，滩涂面积20km2，底质类型为基岩、沙砾、中细沙、粉沙及泥质粉沙五类。入湾的河流有沽河、崖头河、桑干河、小落河等，年径流量为（1.68～2.26）×108m3，年输沙量约为17.07×104t。桑沟湾是我国著名的海珍品和大型藻类养殖基地，湾内养殖面积约66.67km2，扇贝、牡蛎、鲍鱼、海参、菲律宾蛤仔、海带、裙带菜、石花菜和紫菜等增养殖业成果卓著［1－2］。

近些年来，随着经济的发展，在渔业环境中的重金属污染状况日益加重。由于重金属多为非降解型有毒物质，具有生物积累和富集的特点，可通过食物链被生物体吸收、富集，最终造成人体的积累从而达到危害人体健康。因此，水产品膳食中重金属铜（Cu）、铅（Pb）、锌（Zn）、镉（Cd）、汞（Hg）、甲基汞（MeHg）和砷（As）的摄入被认为是人体负荷的主要来源，水环境和水产品中重金属的含量及人体暴露的健康风险评估成为国内外学者研究的热点问题［3－7］。我国和国际组织从水产品质量安全的角度出发，规定了贝类产品中重金属的最高限量［8－10］，以期保护公众安全，特别是避免敏感人群受重金属污染的风险。

根据2009－04—2010－02对桑沟湾贝类养殖区重金属的调查资料，采用海水质量评价指数（Swj）、沉积物质量评价指数（Ssj）和贝类质量评价指数（S0j）以及养殖生态环境质量综合评价指数（SI）就该海域重金属污染对海洋环境质量的影响进行综合评价和类别划分。同时参照世界粮农组（FAO）／世界卫生组织（WHO）的食品添加剂联合专家委员会（JECFA）推荐的临时性周可承受摄入量（PTWI）值［11］，初步对食用桑沟湾贝类水产品的消费人群进行了重金属污染的健康风险评估。为实施贝类生产环境区划、加强贝类养殖生态环境保护、避免贝类水产品高消费人群受到重金属污染危害健康和保障水产品的卫生安全以及实行贝类市场准入制度提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集时间与站位

自2009－04—2010－02在桑沟湾海域贝类养殖区布设9个调查站位（表1，图1），进行了1a6个航次（2009－04，2009－06，2009－08，2009－10，2009－12，2010－02）的表、底层海水和3种养殖贝类现场同步采样；1个航次（2009－06）的表层沉积物采样；采集了6个站位（C2，C4，C5，C6，C7和C9）的3种养殖贝类样品，即栉孔扇贝（Chlamysfarreri）、太平洋牡蛎（Crassostreagigas）和菲律滨蛤仔（Ruditapesphilippinarum），C1，C3和C8站未进行贝类采样（无菲律宾蛤仔底播养殖）。栉孔扇贝和太平洋牡蛎养殖方式为筏式吊养，菲律滨蛤仔为底播增殖。采样、贮存与运输均按《海洋监测规范》［12］的标准执行。

图1 桑沟湾海水、沉积物和养殖贝类采样站位图Fig.1 Sampling stations of seawater，sediment and cultured shellfish in Sanggou Bay

表1 桑沟湾海水、沉积物和养殖贝类采样站位表Table 1 Sampling stations of seawater，sediment and cultured shellfish in Sanggou Bay

1.2 分析项目与方法

1.2.1 分析内容

桑沟湾贝类养殖区海水和表层沉积物样品中的重金属各检测因子为铜（Cu）、铅（Pb）、锌（Zn）、镉（Cd）、汞（Hg）和砷（As），养殖贝类体内重金属各检测因子为Cu，Pb，Zn，Cd，Hg，甲基汞（MeHg）和 As，各检测因子的分析方法均按《海洋监测规范》规定的标准方法执行［13－15］。

1.2.2 分析方法

在桑沟湾贝类养殖区采集9个站的表、底层海水样品共计108份（6次采样），表层沉积物9份样品（1次采样），和6个站位的3种养殖贝类样品共计108份（6次采样）。海水、沉积物和贝类样品按《海洋监测规范》［12］的方法进行。海水样品用0.45μm孔径的醋酸纤维膜过滤，水样装入500mL磨口玻璃瓶，加H2SO4至pH＜2，送回实验室待分析。采集的表层沉积物样品，每个样品约300g，放入经处理干净的500mL广口磨口玻璃瓶中，盖紧瓶盖，放入样品箱中运回实验室保存至分析。现场采集成品鲜活贝类样品，事先用养殖区海水洗去贝类表壳上附着的泥土和杂物后，将其装入经处理干净的聚乙烯塑料袋中，冷藏保存运送到实验室。单站采集贝类样品量为2～5kg。剥取鲜活贝，收集全部体液和软组织匀浆后冷冻保存待分析。海水、沉积物和贝类样品中Cu，Pb，Cd，Zn和As指标测定所用分析仪器为原子荧光光度计AFS200T（江苏天瑞仪器有限公司）；原子吸收分光光度计240OUO（百里安公司）；Hg和MeHg指标所用分析仪器为Agilent公司的 HPLC－ICPMS（Agilent1100，7500a）联机测定。

1.3 贝类养殖生态环境质量综合评价方法

1.3.1 评价标准

贝类养殖区海水、表层沉积物和养殖贝类体内重金属的质量评价标准见表2。海水6项因子的质量评价采用《海水水质标准》第二类标准［16］；表层沉积物6项因子的质量评价采用《海洋沉积物质量》第一类标准［17］；养殖贝类7项因子的质量评价采用《海洋生物质量和限量标准》第一类和限量标准［8－10］。

表2 桑沟湾海水、沉积物和养殖贝类质量评价标准Table 2 Standard of quality assessment of sea water，sediment and cultured shellfish in Sanggou Bay

1.3.2 评价方法

桑沟湾贝类养殖区生产环境中海水、表层沉积物和养殖贝类三者之间是相互关联、相互影响的。表层沉积物质量的好坏对底栖贝类的影响尤其明显。因此，本研究将贝类养殖区表层沉积物质量亦列入贝类生产环境质量的评价范围内，以便更为客观、全面地体现贝类养殖生态环境质量状况。对海区生态环境质量评价采用钟硕良等［18］的评价方法，即：单因子标准指数法和内梅罗（Nemerrow）环境质量综合评价指数法，扩展为贝类养殖区海水、表层沉积物和养殖贝类质量指数评价法，并以此形成贝类养殖生态环境质量综合评价和类别划分方法一综合指数评价法。

海水质量评价公式：

沉积物质量评价公式：

贝类质量评价公式：

贝类养殖生态环境质量综合评价和类别划分公式：

1.3.3 养殖生态环境质量等级和类别

根据《贝类生产环境卫生监督暂行规定》［20］和《贝类净化技术规范》［21］，贝类产区分成1类区（贝类养殖生态环境质量符合国家有关标准）、2类区（养殖环境受到不同程度污染，贝类须净化达标后方可上市）、3类区（贝类养殖生态环境受到严重污染，禁止养殖）。为了区分2类区的污染程度，将其细分为2a、2b和2c类区。贝类养殖生态环境质量的等级和类别［18］见表3。

表3 贝类养殖生态环境质量等级和类别Table 3 Grade and category of the eco－environmental quality of shellfish－culture

2 结果与讨论

2.1 贝类养殖生态环境质量水平

2.1.1 海水质量评价

桑沟湾贝类养殖区海水中重金属Cu，Pb，Zn，Cd，Hg和As，其6项评价因子的标准指数和质量指数及其水平等级列于表4。从表中可以看出，桑沟湾贝类养殖区1a6个检测月（2月、4月、6月、8月、10月和12月）海水中6项评价因子的标准指数为Pb（0.28）＞Cu（0.17）＞Zn（0.10）＞Hg（0.039）＞As（0.03）＞Cd（0.026），其各因子的标准指数均为0～1.0，评价结果表明桑沟湾贝类养殖区的海水质量现状均符合国家第二类水质标准，该海域水质环境未受到这6项重金属因子的污染，水域养殖环境良好；贝类养殖区的海水质量指数及其水平等级全年平均为1级，其中，除2009－04的为2级外，其他月份均为1级，质量状况总体处于优良水平；贝类产区生态环境质量全年均为1类区，海水的污染状况均为自然本底。

表4 桑沟湾贝类养殖区海水和表层沉积物质量水平与等级Table 4 Quality level and grade of water and surface sediment of shellfish culture areas in Sanggou Bay

2.1.2 沉积物质量评价

桑沟湾贝类养殖区表层沉积物中重金属Cu，Pb，Zn，Cd，Hg和As，其6项评价因子的标准指数和质量指数及其水平等级列于表4中。由表4可知，评价海区表层沉积物中6项因子的标准指数为Cu（0.59）＞Cd（0.56）＞Zn（0.51）＞Hg（0.44）＞Pb（0.29）＞As（0.01），其各评价因子的标准指数均为0～1.0，该海域表层沉积物环境未受到这6项因子的污染。评价结果表明桑沟湾贝类养殖区表层沉积物的质量现状均符合国家第一类沉积物质量标准，海区表层沉积物环境质量良好，质量水平范围平均为3级，质量状况总体处于较好水平；贝类产区生态环境质量为2a类区，表层沉积物的污染状况为较清洁。

2.1.3 养殖贝类质量评价

桑沟湾海域3种养殖贝类体内的重金属（Cu，Pb，Zn，Cd，Hg，MeHg和As）评价因子的标准指数和质量指数及其水平等级见表5。

2）栉孔扇贝评价因子的标准指数：Cd（0.91）＞Pb（0.20）＝Zn（0.20）＞Cu（0.17）＞As（0.002）＞Hg（0.000 4）＞MeHg（0.000 04），其7项评价因子的标准指数均为0～1.0，该海域养殖的栉孔扇贝体内未受到重金属的污染。评价结果表明桑沟湾海域养殖的栉孔扇贝生物质量现状均符合国家第一类和限量标准；栉孔扇贝的质量指数及其水平等级范围为1～3级，全年平均等级为2级，质量状况总体处于良好水平；贝类产区生态环境质量为1类区，养殖的栉孔扇贝体内重金属的污染状况为清洁。

表5 桑沟湾贝类养殖区3种养殖贝类的质量水平与等级Table 5 Qualitlevel and rade of 3 kinds of culturedshell fishin Sanou Baygggy

2.1.4 贝类养殖生态环境质量综合评价

桑沟湾海域贝类养殖区生态环境质量综合评价指数、等级和类别见表6。桑沟湾贝类养殖区生态环境质量综合评价全年等级均为2级，质量现状总体处于良好水平；贝类产区生态环境质量综合评价为1类区，污染状况为清洁水平。由此可以看出，桑沟湾海域贝类养殖生态环境质量的分布总体上呈良好的格局。

表6 桑沟湾贝类养殖生态环境质量综合指数、等级和类别Table 6 Comprehensive index，grade and catagory of the eco－environmental quality of shellfish culture in Sanggou Bay

2.2 食用贝类中重金属污染的健康风险评估

桑沟湾养殖贝类体内重金属的风险评估参照文献［11］的4个分析步骤，即危害识别、危害特征描述、暴露评估和风险特征描述。根据水产品的食用摄入量估算重金属的暴露量，描述其安全性。根据国际食品添加剂和污染物法典委员会文件［4］，Cu和Zn应作为质量指标而不应作为污染物指标，因此，只评估贝类体内其它5种重金属（Pb，Cd，Hg，MeHg和As）的暴露风险。根据对人类健康的不良影响是急性还是慢性，暴露风险评估分为急性暴露评估和慢性暴露评估。急性暴露评估是24h内的暴露情形，及以最高残留水平计算的高暴露值。慢性暴露风险评估是6个月以上至终身暴露的情形，根据平均残留水平计算的平均暴露值［5］。我们主要是根据桑沟湾海域养殖的3种贝类（菲律宾蛤仔、栉孔扇贝和太平洋牡蛎）调查与检测的实际数据，进行慢性暴露风险评估。对于食用贝类水产品中的重金属而言，其摄食途径主要是食用摄入［6］，其他途径的摄入量本文将不作评估。

2.2.1 食用贝类重金属摄入量估算

2000年中国总膳食研究成果揭示，全国城市与农村的水产品每日消费量平均为53.7g／（人·d），成年男子体质量（北方地区）定为63.0kg［19］。由于沿海地区水产品消费量高于其它地区的平均水平，因此我们假定桑沟湾沿岸地区居民每日贝类膳食量的上限为100g（贝肉）／（人·d）。根据公式“食用贝类重金属的日摄入量（DI）＝贝类膳食消费量数据／（人·d）×贝类中某重金属元素测定的含量值”，计算桑沟湾沿岸居民食用贝类重金属的日摄入量（表7）。

表7 食用桑沟湾养殖贝类的沿海居民重金属的日摄入量Table 7 Daily intake of heavy metal in dietary shellfish for coast residents of Sanggou Bay

2.2.2 食用桑沟湾养殖贝类重金属污染的健康风险评估

根据报道［11］，JECFA推荐的食用贝类重金属的临时性周可承受摄入量（PTWI）值分别为Pb 25.0μg／kg（体重），Cd 7.0μg／kg（体重），Hg 5.0μg／kg（体重），MeHg 1.6μg／kg（体重）和As 15.0μg／kg（体重），由此推算出重金属的日允许摄入量（ADI）限值分别为Pb 225.0μg／（人·d），Cd 63.0μg／（人·d），Hg 45.0μg／（人·d），MeHg 14.4μg／（人·d）和As 135.0μg／（人·d）。参照该评价标准，对食用桑沟湾养殖贝类的沿海居民重金属污染的健康风险进行了初步评估（表7）。可以看出，食用贝类的沿海居民膳食中Pb，Cd，Hg，MeHg和As的日摄入量（DI）值分别为15.67μg／（人·d），62.02μg／（人·d），0.001 8μg／（人·d），0.001 6 μg／（人·d）和0.188μg／（人·d），占JECFA 相应 ADI限值的6.96%，98.44%，0.004%，0.011%和0.139%，由此表明食用桑沟湾养殖贝类的沿海居民重金属的摄入量低于JECFA的推荐限值。因此，在假定的每人每日最高贝类膳食量100g水平下，食用桑沟湾养殖贝类的消费人群其重金属污染的健康风险处于安全范围。此外，应当引起重视的是，桑沟湾养殖贝类中Cd的污染风险值已相当接近规定的可承受水平，应予以关注。

3 结 论

通过对桑沟湾贝类养殖区海水、表层沉积物和养殖贝类体内重金属Cu，Pb，Zn，Cd，Hg，MeHg和As含量的分析检测，采用单因子标准指数和养殖生态环境质量综合评价指数对该海域养殖生态环境质量进行了综合评价和类别划分，并就食用桑沟湾养殖贝类的人群重金属污染的健康风险进行了评估。得出如下结论：

1）桑沟湾贝类养殖区海水质量、表层沉积物质量和养殖贝类质量水平范围为1～3级，平均分别为1级、3级和2级，养殖生态环境综合质量水平为2级。总体上，桑沟湾贝类养殖区海水质量处于优良水平，沉积物质量处于较好水平，养殖贝类质量处于良好水平。因此，该海域养殖生态环境综合质量处于良好水平，贝类产区生态环境质量为1类区（清洁区），贝类养殖生态环境质量的分布总体上呈良好的格局。

2）食用桑沟湾养殖贝类的消费人群重金属的摄入量低于JECFA相应的推荐限值，因此食用桑沟湾养殖贝类的重金属污染的健康风险处于安全范围。但Cd的污染风险值已相当接近规定的可承受水平，应予以关注。

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