贵州荔波喀斯特洞穴鱼体重金属含量及食用健康风险评价

晏翰林,徐承香,巴家文,黎道洪，雷莉莎,胡碧露

(1.贵州师范大学生命科学学院，贵阳 550025； 2.铜仁学院农林工程与规划学院，贵州铜仁 554300)

鱼类吸收水体或食物中的重金属后会富集在鱼体的各个组织中[1]，被食用后对人体产生潜在的致癌、致畸、致突变等身体健康危害[2]。如铅富集会损害人体肝脏和肠胃等器官，并且还会引起贫血和高血压等身体疾病[3]；砷富集能造成神经系统受到损伤[4]。已有研究表明，重金属会随着食物链的生物富集和放大作用破坏生态系统及造成人体健康风险[5-7]，特别是食入受重金属污染的鱼类超出限定每日推荐摄入量时，将会引起明显的人体健康危害风险[8]。因此，研究作为人体蛋白质补充重要来源的鱼类的重金属含量及其健康风险评价具有重要的理论意义和现实价值。

洞穴鱼类是喀斯特洞穴中一类重要而独特的生态类群[9]。迄今，国内外对洞穴鱼类的研究已取得许多成果，但大部分集中于洞穴鱼的形态、生理、适应性[10,11]、物种多样性与分布[12]和系统演化与发育[13]等领域，却鲜有对洞穴鱼类重金属含量及健康风险评价的研究报道。但是，其他水域鱼类重金属含量及健康风险评价已有大量研究，如意大利波河[14]、孟加拉国布里甘加河[8]和塞尔维亚多瑙河[15]，以及国内珠江三角洲河网区[16]、东江惠州段[4]和贵州百花湖[17]。荔波喀斯特洞穴发育充分，经调查发现该地区农村大部分居民会食用洞穴鱼类。因此，本研究以贵州荔波部分喀斯特洞穴鱼类为对象，初步分析其体内7种重金属(Cr、As、Cd、Pb、Zn、Cu、Ni)的含量水平，采用USEPA推荐的健康风险评价模型评估洞穴鱼体内重金属潜在健康风险水平，旨在为研究区居民摄食洞穴鱼类健康安全提供科学保障，进一步为喀斯特洞穴鱼类重金属污染与治理提供基础数据和科学参考依据。

1 材料与方法

1.1 环境概况

荔波县位于黔南部，地处贵州高原南部斜坡向广西丘陵岩溶和孤峰岩溶平原过渡地带[18]。已采集到洞穴鱼的3个洞穴的部分环境情况见表1。

1.2 洞穴鱼类采集

于2017年7月赴荔波县进行实地调查，选择具有代表性的岩溶洞穴进行鱼类采集，鱼类采集后立即放入冷藏箱内运回实验室，在实验室进行鱼类

表1 荔波3个洞穴的部分环境概况Tab.1 Partial environmental profile of 3 caves in Libo

种类的鉴定，3个洞穴共采集52个样本3种鱼类，分别为荔波金线鲃(Sinocyclocheilusliboensis)、大鳞金线鲃(S.macrolepis)和越鲇(Parasiluruscochinchinensis)。运用耳石磨片鉴定鱼类年龄，其中荔波金线鲃和大鳞金线鲃采用微耳石磨片，越鲇采用星耳石磨片，并测定鱼类体重和体长等生物学参数(表2)。于-20 ℃冷冻冰箱进行冷冻保存备用。

1.3 样品处理及其重金属含量测定

每种洞穴鱼类的鳃、皮肤、椎骨、肌肉和内脏等组织，按年龄组分别解剖取出，再把每个年龄组内的各组织分类进行混合冷藏备用，测定前将解冻后各组织于160 ℃烘干箱中烘干，用玛瑙研钵研磨成粉末。再用HNO3-HClO4(9 ∶1，v/v)混合液进行消解，过夜消解后于室温内自然冷却，再用超纯水定容，摇匀待测，每个样品设3个平行样，实验用的HNO3和HClO4均为优级纯。

1.4 重金属健康风险评价方法

采用US EPA(2009)推荐的目标危害系数法(THQ)[19]估算人体经食物摄取情况下重金属的健康风险。该方法假定人体摄入剂量等于吸收剂量，以测定的摄入量与参考剂量的比值作为评价标准，具体计算公式和公式中的参数均参照文献[7]。

单一重金属的危害系数计算公式：

表2 荔波洞穴鱼类样品信息Tab.2 Information of cavefish in Libo

多种重金属复合危害系数计算公式：

TTHQ=∑THQ单一重金属

结合贵州省居民的实际情况，对部分参数进行了相应的修正，选取人均寿命为68.62岁[20]；人平均体重为57 kg[21]；平均每人每天的水产品摄入量为24 g[7]。

1.5 数据统计与分析方法

鱼类重金属含量等数据均用Excel2010处理，数据用平均值±标准差(mean±SD)表示；运用SPSS25.0进行Pearson相关性分析；利用Origin8.0绘制各年龄组重金属含量堆积图。

2 结果

2.1 洞穴鱼的重金属含量特征

不同的重金属在鱼体同一组织中的含量不同，如荔波金线鲃内脏组织中Zn>Cr>Cu>Pb>Ni>As>Cd。同一金属在鱼体不同的组织器官中的含量也有所不同，如重金属Cr表现为内脏>皮肤>鳃>椎骨>肌肉。但总体来看，重金属(除Zn以外)在荔波金线鲃内脏中的含量均为最高，各组织重金属含量的整体高低趋势为：内脏(188.703 mg/kg)>皮肤(29.027 mg/kg)>鳃(26.678 mg/kg)>椎骨(14.997 mg/kg)>肌肉(11.460 mg/kg)。从含量已全检出的重金属(Cd、Cu和Ni)来看，3种洞穴鱼对重金属的累积大小整体表现为：荔波金线鲃>大鳞金线鲃>越鲇，即在食性上表现为杂食性>肉食性。各重金属平均含量值与标准限值之比的高低趋势为：Zn(0.50)>Cd(0.49)>As(0.48)>Pb(0.39)>Cr(0.24)>Cu(0.049)>Ni(ND)，表明各重金属在平均值水平上均未超标。

表3 荔波3种洞穴鱼类重金属含量水平Tab.3 Heavy metal content levels of 3 kinds of cavefish in Libo (mg/kg，Dry weight)

续表3

注：“*”表示该值已超出标准限值；“标准限值”表示国家食品中污染物限量(GB2762-2012)[22]和无公害食品水产品中有毒有害物质限量(NY5073-2006)[23]限量值；“标准比值”表示各种金属平均含量值与标准限值的比值；“ND”表示未检出或没有该值或未查阅到相关数据，下同。

表3中各组织重金属含量在平均值水平上均未有超标现象。从个别来看，除 Cu和Ni(无标准限值)以外其余重金属均有超标现象，超标率为15.2%，属于低超标率水平。其中以Cd的超标率最高(6.7%)，3种洞穴鱼的超标率高低为荔波金线鲃(10.5%)>大鳞金线鲃(2.8%)>越鲇(1.9%)。各组织以内脏超标率为最高(5.7%)，肌肉均无超标现象。

2.2 各年龄组重金属含量及与年龄、体重和体长的相关性

在平均值水平上，由图1可得，以荔波金线鲃3个年龄组的变化最为显著，同时 Zn在荔波金线鲃2龄组和3种洞穴鱼各年龄组的总含量均为最高值，其次为Cu。此外各重金属在3种鱼类各年龄组的总含量表现为随年龄的增高而减少，并且以 Zn变化相对最显著。而由表5可见，重金属Zn和Cu的含量均与年龄、体重和体长呈负相关，其中仅有重金属Zn与年龄呈显著负相关，系数为0.690，这与图1得出各年龄组的总含量表现为随年龄的增高而减少的结果相互得以验证。此外，Cd与年龄、体重和体长均呈不显著正相关(表4)。其余重金属(Cr、As、Pb、Ni)均与年龄呈不显著正相关，而与体重和体长均呈不显著负相关。

2.3 洞穴鱼重金属健康风险评价

从荔波3种洞穴鱼整体来看(表5)，3种洞穴中所有重金属的THQ和复合重金属TTHQ均小于1。在均值水平上各重金属的THQ大小顺序为：Cu(0.296 875)>As(0.292 115)>Cd(0.026 714)>Pb(0.026 262)>Zn(0.015 594)>Cr(0.000 032)>Ni(ND)，3种洞穴鱼类复合重金属TTHQ的高低为：荔波金线鲃(0.831 393)>越鲇(0.451 728)>大鳞金线鲃(0.375 502)。表明研究区村民摄食这3种鱼类不足以造成潜在的重金属健康风险。

图1 三种洞穴鱼各年龄组重金属含量堆积图Fig.1 Accumulation of heavy metal content in various age groups of three cavefish

CrAsCdPbZnCuNi年龄0.0740.1000.2430.212-0.690∗-0.1920.127体重-0.394-0.3200.142-0.293-0.788∗-0.544-0.356体长-0.343-0.2700.186-0.235-0.792∗-0.501-0.301

注： “*”表示 0.05 水平相关性显著(双尾)。

表5 荔波3种洞穴鱼类肌肉组织重金属的健康风险评价Tab.5 Health risk assessment of heavy metals in muscle tissues of 3 kinds of cavefish in Libo

3 讨论

3.1 洞穴鱼重金属含量特征分析

荔波洞穴鱼体内7种重金属含量总体上，Zn含量显著高于其他元素，Cu次之，这与涂宗财等[24]的研究结果一致，主要因为Zn是生命体必需微量元素，不仅参与生物体内的多种代谢过程，还是许多酶的组成成分或激活剂；Cu在生物体内不仅参与造血过程中铜及铁的代谢，同时还参与一些酶的合成和黑色素合成[17,24]。

鱼体组织中重金属含量不仅反映了重金属元素的暴露情况，而且反映了不同组织器官通过代谢活动的排出情况[1]。本研究洞穴鱼各组织中的重金属以内脏的含量最高，肌肉最低，与王兆群等[25]研究结果相同，主要是因为内脏中肝脏是主要的解毒器官，可诱导产生大量束缚重金属的金属硫蛋白(MT)，使肝脏成为体内蓄积重金属的主要部位。

重金属在不同种鱼体内的含量大小与其食性也有关系，虽然在前人的研究结果中绝大部分显示为肉食性>杂食性[1,7]，就该3种洞穴鱼体已全检出的重金属(Cd、Cu和Ni)来看，其含量高低表现为荔波金线鲃>大鳞金线鲃>越鲇，即杂食性>肉食性，与Yousafza等[26]和虎贞贞[27]的研究结果相同，如虎贞贞[27]研究发现在红树林地区鱼体中Cd的含量分布特征为：植食性>杂食性>肉食性。王文雄等[28]也认为自然环境中生物体内金属的含量并不一定和生物在食物链中所处的营养级有相关关系，还受到生物的同化、排出等过程以及其他生理生化因子的影响。

3.2 洞穴鱼重金属含量与年龄、体重和体长的关系

在年龄方面，虽然以往的研究表明鱼体中Pb会随年龄的增长而上升[29]，但也有学者如Papagiannis等[30]研究发现处于低年龄段快速生长期的欧洲拟鲤(Rutilusylikiensis)幼鱼有较高的Zn含量，因为这有利于鱼体生长代谢，这与本研究结果相似。在体重和体长方面，从生理生化的角度来看，越年轻的个体新陈代谢活动越旺盛，越老的个体代谢则越弱，故越年轻的个体所含金属元素量会越高[31]，并且在快速生长过程中存在对重金属的生长稀释作用[32]，因此体长、体重等生物学指标与重金属含量之间并非一定具有特定规律的相关性。

3.3 洞穴鱼重金属健康风险分析

由于人们食用的主要是鱼类的肌肉组织，与洞穴外其他水域鱼类相比，在平均值水平上仅As和Cr的THQ分别低于三峡水库[33]和东江惠州段鱼类[4]，此外，与广西刁江野生鱼类相比，Cd和Cr的THQ均要低[7]。复合重金属风险TTHQ的均值(0.642)较洞外三峡水库(0.162)、东江惠州段(0.090)和广西刁江野生鱼类(0.591)要高。进一步分析得出，3种洞穴鱼体内不同重金属对TTHQ的贡献率具有较大的差异性，以Cu的贡献率54.90%为最高、As次之(35.22%)，贡献率大小表现为：Cu>As>Cd>Pb>Zn>Cr>Ni。重金属Cu和As的总贡献率高达90.12%，故可视 Cu和As为主要风险元素，应予以优先关注As的防控。