巢湖重要河口湿地贝类中汞的生物富集研究

余 骏， 李玉成， 张学胜， 王 宁， 崔鲁楠， 吴义国

(安徽大学 资源与环境工程学院， 合肥 230601)

巢湖重要河口湿地贝类中汞的生物富集研究

余 骏， 李玉成， 张学胜， 王 宁， 崔鲁楠， 吴义国

(安徽大学 资源与环境工程学院， 合肥 230601)

以巢湖主要河口湿地中的无齿蚌(Anodonta)为研究对象，分析汞在贝类体内的生物积累和空间分布情况。结果表明：研究区的沉积物均受到不同程度的汞污染，其中以十五里河和南淝河河口污染最为严重；无齿蚌对汞和甲基汞具有明显的生物富集，其与对应沉积物中汞和甲基汞含量均呈显著正相关，且生物体内的汞污染分布趋势与沉积物中汞污染水平反映较为一致，表明无齿蚌可作为河口湿地汞污染监测的指示生物。无齿蚌体内不同组织对汞的积累具有明显选择性，表现为外套膜中汞浓度最高，内脏次之，腮和肌肉较低。贝类评价结果表明，巢湖各重要河口湿地无齿蚌中汞和甲基汞含量均符合我国相关限量标准，其食用的健康风险较低，可划入生态保育区进行重点保护和利用。

河口湿地；无齿蚌；汞；甲基汞；生物富集

河口湿地是沟通河流与湖泊的天然生态缓冲带，在涵养水源、净化环境、维持生物多样性和生态平衡等方面均具有十分重要的作用[1-3]。作为合肥的“内湖”，巢湖未来的生态建设已被明确纳入到合肥市“十三五”规划纲要，并重点提出在各入巢河流河口处规划一批新的湿地生态保育区。因此，在巢湖主要入湖河口湿地开展先期环境质量和生物资源评估，对构建环巢湖生态走廊具有十分重要的意义[4-5]。

双壳贝类具有净化水质、生物固碳以及维持生态系统结构多样性等重要功能，亦可作为指示生物用于水环境质量的监测预警[6-8]。双壳贝类在巢湖流域曾十分繁盛，河蚬等可食性贝类曾远销东南亚和日韩。然而，随着巢湖近年来污染加剧水质恶化，湖区及主要入湖河流中双壳贝类日渐稀少，优势物种渐渐被耐污性较强的环棱螺类替代。目前，国内外利用双壳贝类对重金属的富集特征来监测评价水环境质量已取得诸多成果，然而对河口湿地的贝类生物监测研究还鲜见报道[9-11]。

汞作为一种典型的重金属污染物，在水环境中容易经微生物转化生成甲基汞，被贝类吸收蓄积于体内，再通过食物链积累放大最终进入人体造成健康危害[12-13]。因此本研究通过采集巢湖各主要河口湿地出现最频、分布最广的双壳贝类——无齿蚌(Anodonta)，分析其组织中汞和甲基汞的蓄积量，并对研究区汞污染水平和贝类食用安全性进行评价，旨在揭示无齿蚌对汞的生物富集规律，以便为合理利用河口区的贝类资源及构建环巢湖河口湿地生态保育区提供参考依据[14-15]。

1 材料与方法

1.1 样品的采集和预处理

于2015年5月在巢湖6个主要河口湿地布设采样点，其中包括属于城市污染控制型的南淝河、十五里河和派河河口，水土保持控制型的杭埠河河口，面源污染控制型的柘皋河和裕溪河河口[16]，各采样点分布如图1所示。

图1 采样点示意图Fig 1 Sampling sites of this study

现场测定水样溶氧、温度和pH值，同时在对应点位使用彼得逊采泥器采集表层沉积物(0～10 cm)和无齿蚌样，每个点位采集5次混合成样，具体釆样点情况见表1。沉积物剔除杂物后经过真空冷冻干燥、研磨后过100目筛备用。无齿蚌用加冰的聚乙烯自封袋封装带回实验室，并在曝气的水中暂养72 h以清空肠内杂物。每个点位选取一定数量尺寸大小相近的无齿蚌，解剖以获取全部软组织，所取样品均经称重、匀浆后冷冻干燥备用[17]。

表1 采样点相关指标Table 1 Index of correlation in the study area

1.2 样品分析

取沉积物(0.1 g)和无齿蚌(0.1 g)干样，依据美国EPA-7473固态和液态样品中汞的分析方法，用DMA-80直接测汞仪分析测定样品中总汞的含量，沉积物和无齿蚌中的甲基汞采用萃取-乙基化结合GC-CVAFS法进行分析测定[18-19]。分析过程以水系沉积物标准物质BW07304a和贻贝成分标准物质SRM2976进行质量控制，加标回收率符合美国EPA 标准要求的80%～120%的范围。所有样品分析均重复进行3次，以提高精确度和减小随机误差，试验结果取平均值。利用Origin 8.5和SPSS 18.0软件对数据结果进行处理。

2 结果与讨论

2.1 沉积物和无齿蚌中汞含量

无齿蚌营底栖固着生活，其周围水环境中的汞可通过表面吸附、呼吸或者滤食等途径进入到无齿蚌中，进而在水生生态系统中伴随着食物链进行迁移富集，各河口湿地沉积物和无齿蚌中汞含量见表2。

表2 沉积物和无齿蚌中汞含量Table 2 The contents of mercury in sediments and Anodonta

巢湖各河口湿地沉积物中汞含量的变化范围为49.96～195.78 μg/kg，其污染水平由高到低分别为：南淝河>十五里河>裕溪河>派河>柘皋河>杭埠河；沉积物中甲基汞含量的变化范围为0.48～1.93 μg/kg，其污染水平由高到低分别为：南淝河>十五里河>裕溪河>杭埠河>柘皋河>派河，并且汞在沉积物中的甲基化率变化范围为0.87%～1.07%。本研究依据“安徽省江淮流域区域生态地球化学调查”项目9个湖泊663件沉积物样品统计结果，取巢湖流域沉积物汞的背景值为48 μg/kg，可以看出，巢湖六条主要河口湿地均受到不同程度的汞污染，其中以城市污染控制型河流的河口汞污染最为严重[20]。无齿蚌中汞含量的变化范围为122.93～274.31 μg/kg，其污染水平由高到低分别为：十五里河>南淝河>裕溪河>柘皋河>杭埠河>派河；无齿蚌中甲基汞含量的变化范围为67.73～172.35 μg/kg，其污染水平由高到低分别为：十五里河>南淝河>裕溪河>柘皋河>派河>杭埠河。对比数据发现，无齿蚌生物体内汞的甲基化率变化范围为52.87%～62.83%(56.58%)，要远高于沉积物中汞的甲基化率(均值为0.98%)。总体上看，无齿蚌的汞污染分布趋势和沉积物中汞污染水平反映较为一致，表现为西半湖各河口湿地汞污染程度要高于东半湖。依据美国国家海洋与大气管理局(NOAA)颁布的沉积物质量标准当中有关效应范围低值ERL(Effects Range-Low)的规定，即当沉积物中汞含量≤150 μg/kg时，可以认为沉积物中未发生污染，底栖贝类等不会发生不良生物反应[21]。由表2数据可知，巢湖十五里河和南淝河河口湿地的汞污染已超过限定标准并表现出较高的生态风险。

2.2 无齿蚌对汞的生物富集

为比较无齿蚌对沉积物中重金属汞的积累能力，采用生物-沉积物积累因子(biota-sediment accumulation factors, BSAF)来表示[22]，计算公式为：

BSAF=CO/CS

式中，CO为生物体中重金属含量，CS为沉积物中重金属含量，计算数值见表3。分析结果表明，无齿蚌对于沉积物中的汞和甲基汞均表现出明显的生物富集，其中总汞的BSAF为1.24～2.93(均值为2.25)，而甲基汞的BSAF则高达70.92～168.96(均值为130.29)，表明汞在无齿蚌体内主要以甲基汞的形式进行贮存富集[23]。此外，汞污染严重的十五里河和南淝河河口处无齿蚌中汞和甲基汞的BSAF数值均下降明显，这可能是水环境中高浓度的汞背景含量对无齿蚌的生物积累产生了抑制作用，但是相关机理还有待进一步研究。

表3 无齿蚌对汞的生物-沉积物积累因子(BSAF)Table 3 Biota-sediment accumulation factors of Hg in Anodonta( BSAF)

在本研究的6个河口湿地当中，杭埠河水质相对较优且河段内蕴含着数量足够丰富的贝类资源，因此在杭埠河河口附近每间隔300 m辐射布点共采集7处不同点位的无齿蚌，按照外套膜、腮、肌肉和内脏进行分类解剖，进而对各组织中的汞含量进行分析(图2)。结果表明：无齿蚌各组织对汞的积累具有明显选择性，总体上是外套膜中汞的浓度最高，均值为(143.82±9.83) μg/kg，内脏次之均值为(124.76±6.76) μg/kg，腮和肌肉较低，均值分别为(99.46±9.91) μg/kg和(93.31±7.72) μg/kg。由前文研究结果可知，汞在无齿蚌体内主要以甲基汞的形式贮存分布，而水环境中汞在被微生物转化生成甲基汞后极具亲脂性，可快速通过细胞膜扩散进入无齿蚌体内，其生物累积能力远大于无机汞进而在无齿蚌体内表现出特定组织和器官对汞的富集[12]。此外，无齿蚌对汞的富集速率还取决于汞进出生物体的相对速率以及生物体内金属硫蛋白等特定“解毒酶”的数量和活性，其变化影响着对汞的积累量[24-25]。

图2 无齿蚌不同组织中汞含量Fig 2 The contents of mercury in different tissues of Anodonta

2.3 无齿蚌与沉积物中汞的相关性分析

无齿蚌是水中藻类等初级生产者和有机颗粒物的滤食者，在污染物通过食物链富集放大过程中扮演着重要角色，对6个河口湿地的无齿蚌和沉积物中汞的相关性分析。结果表明(表4)：无齿蚌体内汞和甲基汞含量与沉积物中汞和甲基汞含量均呈显著正相关，特别是无齿蚌对环境中甲基汞的含量变化更为敏感，表明无齿蚌在汞暴露下的生物积累效应能够使其成为河口湿地汞污染监测的优良指示生物[26-28]。

2.4 无齿蚌中汞的风险评价

依据中国《农产品安全质量无公害水产品安全要求》GB18406.4—2001中汞的限值标准(总汞≤300 μg/kg，甲基汞≤200 μg/kg)，研究区无齿蚌体内汞和甲基汞含量均符合相关限量标准[29]。此外，贝类作为巢湖沿岸居民餐桌上的常见食材，有必要对其食用安全进行评估。世界卫生组织(WHO) /联合国粮农组织(FAO)食品添加剂联合专家委员会(JECFA) 制定了污染物每周可耐受摄入量(provisional tolerable weekly intake，PTWI)作为食用安全性评价依据[30]。本研究根据所检测的无齿蚌样品中汞含量(各河口湿地无齿蚌中汞的最大含量)以及我国人均每周贝类消费量0.182 kg[31]，计算成人每周实际重金属汞的摄入量，并与PTWI 比较，评价其食用安全性。结果显示(表5)，各河口湿地无齿蚌中汞和甲基汞的人均摄入量均未超过PTWI规定的阈值。因此，在规划构建环巢湖河口湿地生态保育区的同时，应当加强对所辖区域内贝类资源的保护和利用。

表4 无齿蚌与沉积物中汞的Spearman相关性分析(n=6)Table 4 The correlation of mercury between sediments and Anodonta (n=6)

*：在0.05 水平(双侧)上显著相关；**：在0.01 水平(双侧)上显著相关

表5 人均实际重金属汞摄入量Table 5 Estimated weekly intakes for the shellfish consumed by people

a: 每周可耐受摄入量(mg /kg·BW)；b: 成人(体重60 kg)每周可耐受摄入量(mg)；c: 表中各河口湿地无齿蚌中汞的最大含量，参见表2

3 结论

1)巢湖各河口湿地沉积物中汞含量的变化范围为49.96～195.78 μg/kg，甲基汞含量的变化范围为0.48～1.93 μg/kg，均受到不同程度的汞污染，其中以城市污染控制型的南淝河和十五里河河口汞污染最为严重；各河口湿地无齿蚌中汞含量的变化范围为122.93～274.31 μg/kg，甲基汞含量的变化范围为67.73～172.35 μg/kg，表现出对环境中汞和甲基汞的明显富集。

2)无齿蚌各组织对汞的积累具有明显的选择性，具体表现为外套膜中汞浓度最高，内脏次之，腮和肌肉较低，其全组织中总汞和甲基汞含量与对应沉积物中总汞和甲基汞含量均呈显著正相关。此外，无齿蚌生物体内的汞污染分布趋势与沉积物中汞污染水平反映较为一致，表明其可作为指示生物用于河口湿地环境中汞污染的监测。

3)巢湖各河口湿地无齿蚌中汞和甲基汞含量均符合我国相关限量标准，作为水产品其食用安全性和健康风险均在可接受范围内。考虑到贝类在巢湖流域生态治理当中拥有较好的环境和经济效益，可在各划分的河口湿地生态保育区内对其进行重点保护和利用。

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Bioaccumulation of mercury inAnodontafrom the important estuary wetlands in Chaohu Lake

YU Jun, LI Yu-cheng, ZHANG Xue-sheng, WANG Ning, CUI Lu-nan, WU Yi-guo

(School of Resources and Environmental Engineering, Anhui University, Hefei 230601, China)

The content and the space distribution of mercury inAnodonta, a representative freshwater shellfish from the main estuary wetlands in Chaohu Lake, were investigated in this study. The results showed that the sediments from the estuary wetlands had been affected by mercury pollution. Especially the pollution in estuary wetlands of Shiwuli River and Nanfei River was most serious. The accumulation of mercury and methyl mercury inAnodontawas obvious and the contents of them were significantly correlated with the contents in sediments. The freshwater shellfishAnodontawas used as an indicator for monitoring the mercury pollution in the estuary wetland. The accumulation of mercury in various tissues had obvious selectivity (mantle>guts>gill and muscle). The shellfish evaluation results showed that the contents of mercury and methyl mercury inAnodontawere lower than the limited standards and had a lower risk for eating.Anodontain estuary wetlands should be divided into the conservation areas for ecological protection and resource utilization.

estuary wetland;Anodonta; mercury; methyl mercury; bioaccumulation

2016-03-18；

2016-04-12

国家自然科学基金项目(41172121)

余 骏，硕士，研究方向为生物地球化学，E-mail：ahuyujun@163.com

李玉成，教授，研究方向为生物地球化学，E-mail：li-yucheng@163.com

X174

A

2095-1736(2017)01-0044-04

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2017.01.044