中华绒螯蟹养殖环境汞的残留特征与风险评估

王新池，曹国庆，殷玉婷，汪 倩，宋 超,，陈家长,

（1南京农业大学无锡渔业学院，江苏无锡 214081；2中国水产科学研究院淡水渔业研究中心，江苏无锡 214081；3农业农村部水产品质量安全环境因子风险评估实验室（无锡），江苏无锡 214081；4农业农村部水产品质量安全控制重点实验室，北京 100141）

0 引言

水产品是高蛋白的重要来源，可以满足人类的饮食需求，我国是一个水产大国，水产品产量主要靠大规模的水产养殖[1]。中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)，又被称为河蟹、大闸蟹，中国于20世纪70年代开始探索中华绒螯蟹的人工养殖，目前取得了突飞猛进的发展。中华绒螯蟹的人工养殖已成为中国淡水名特优新品种养殖中的支柱产业，在推动中国淡水养殖生产持续健康地发展中发挥着至关重要的作用，而无锡市又有“太湖明珠”的美称，共有大小河道3100余条，地表水资源丰富，为水产养殖业提供了便利条件，但随着中国工业大发展，排出大量工业废水，含有多种重金属，对养殖水体造成了巨大影响[2]。重金属具有在生物体内难降解，容易富集的特点而获得了广泛关注。中华绒螯蟹为底栖生物，以水生植物、有机碎屑及动物尸体为食，活动能力较小，因此更容易富集污染物[3]，中国人每年食用大量中华绒螯蟹，其富集的重金属会沿着食物链伴随着生物放大作用传递到人体，危害人类自身安全[4]。

汞(Mercury)是重金属元素的一种，是唯一一种常温下呈液态的金属元素，在大多数环境中，汞以元素(Hg)、无机二价汞(Hg2+)和有机汞化合物如甲基汞(MeHg)和乙基汞(EtHg)的形式存在[5]，汞及其化合物曾大量用于杀菌剂、杀虫剂、化妆品等领域[6]。根据暴露的剂量和暴露途径，每种形式的汞都可能对健康造成危害。甲基汞在环境中的含量低但因为它在食物网中对水生生物群落、肉食性野生动物和人类健康造成危害[7]，而受到广泛关注。甲基汞已被充分证明对人类具有神经毒性作用，特别是在大脑发育的早期阶段[8]，若长期暴露于高汞环境中有可能造成脑损伤甚至死亡[9]，而甲基汞进入人体的主要途径就是摄食含甲基汞的食物，如水产动物、大米等[10]。因此，汞排放对人类和环境均存在危害，国际社会达成共识，于2013年128个国家签订了《水俣公约》[11]。中国是全世界汞排放量最大的国家，约占到全球汞排放量的30%～40%[12]，而中国关于保护水生生物的甲基汞水质标椎正在探索中[13]。目前对于汞在鱼类体内的富集和效应研究较多，但汞在中华绒螯蟹体内的富集以及对人健康的威胁鲜有研究。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

液相色谱仪（Agilent1260美国安捷伦科技有限公司）；电感耦合等离子体质谱仪（Agilent ICP-MS 8900美国安捷伦科技有限公司）；色谱柱(ZORBAX Eclipse plus C18 Analytical 4.6 mm*150 mm 5-Micron)；AL104电子分析天平（梅特勒-托利多仪器有限公司）；Master-QUT水纯化系统（上海和泰仪器有限公司）；KQ3200E型超声清理器（昆山市超声仪器有限公司）

流动相A相：甲醇-水（体积比5:95，其中水相含0.077%乙酸铵、0.12%半胱氨酸盐，氨水调节至pH 7.5），上机前需超声1 h；B相：甲醇。

实验所用器皿均用5%的硝酸溶液浸泡24 h以上，再用超纯水冲洗干净，去除容器壁上的可溶性重金属离子，晾干备用。

1.2 样品处理

2021年8月在无锡周边宜兴、江阴、惠山、东港等地蟹塘取水样和泥样共14份。水样经0.22 μm滤膜过滤后取1 mL装入进样小瓶；泥样经冷冻干燥后称取0.50 g左右置于15 mL离心管，以加入6%盐酸、3%甲醇的流动相作为提取液，超声1 h后于3000 rpm离心5 min，再取上清液经0.22 μm滤膜过滤后取1 mL装入进样小瓶当天上机测定。

1.3 测定条件

雾化室温度：2℃；等离子体气（氩气）流量：15.00L/min；辅助气流量：1.00L/min；雾化气1.00L/min；补偿/稀释气流量：1.00 L/min。

1.4 评估方法

水体无机汞(Hg2+)残留的生态风险评估采用单因子法[14]，其计算方法见公式(1)。

式中，Pi为重金属Hg的单因子污染指数；Ci为重金属Hg的含量，mg/kg；Si为重金属Hg的安全浓度[15]，mg/kg，其计算方法见公式(2)。

Pi值反映环境的受污染程度，Pi值越大，表明水体受重金属Hg的污染程度越严重；反之，Pi值越小，表明水体受重金属Hg的污染程度越轻。当Pi＜0.2时，表明符合正常范围，几乎未受污染，无风险；当0.2≤Pi≤0.6时，表明水体处于轻度污染水平，风险水平较低；当0.6＜Pi＜1时，表明水体处于中度污染水平，风险水平较高；当Pi≥1时，则为重度污染水平，风险值很高。汞形态检测限范围为0.02～45.14 mg/kg，R2＞0.999，3种汞形态平均加标回收率为74.77%～126.22%。

1.5 数据处理

数据采用Excel 2019进行数据整理及绘图。

2 结果与分析

2.1 养殖环境汞的残留特征

水样和泥样中汞的残留情况如图1、2所示。总体来看，水体和底泥中的汞主要存在形态为Hg2+，MeHg和EtHg，其中水体以无机汞为主；底泥环境中Hg2+含量减少，MeHg的占比增大。NYT 5361—2016《无公害农产品淡水养殖产地环境条件》中规定淡水养殖用水中总汞≤0.0001 mg/L，淡水底栖类水产养殖产地底质中总汞≤0.2 mg/kg[16]。经过单位换算，无锡周边所采的7个水样中有5个超过标准，超标率达到71.42%；7个泥样中有0个超过标准，超标率为0%。

图1 无锡周边水样中汞残留情况

图2 无锡周土样中汞残留情况

2.2 水体中汞残留的风险评估

采用单因子法对水体中残留的汞进行分析，结果如图3所示，水体和底泥中都存在汞残留超标的情况，但是污染指数都最高的仅为0.05，均在正常范围内，风险值都几乎为0。当以不同标准为参考时，会得到不同的结果，《渔业水质标椎GB 11607—89》中规定汞≤0.0005 mg/L；而NYT 5361—2016《无公害农产品淡水养殖产地环境条件》中规定淡水养殖用水总汞≤0.0001 mg/L，底栖类水产养殖底质中总汞≤0.2 kg/mg。对于这一问题，有关部门应尽快发布统一的标准，更加有利于及时、准确、全面的进行水质的检测工作。

图3 单因子污染指数

3 讨论

3.1 水环境中汞的来源及转化

金属汞，在常温下为银白色液态金属并伴有金属光泽，但其沸点低，在常温下具有挥发性，蒸发量随着温度升高而增大，产生汞蒸气[17]。由于汞特殊的物理性质，汞在自然界分布广泛，不同形态的汞及其化合物也可以相互转化并迁移，汞在水体及底泥中转化途径如图4所示。全球来看，水体大概占到了70%的比例，水体中的汞大部分来自于大气迁移和水的迁移[18]。大气中汞的来源有两个，自然来源和人类来源，自然来源包括火山爆发、森林火灾、生物质燃烧和低温挥发等，人类来源有化石燃料的燃烧、采矿、废物处理和化学生产[19]。所有这些来源都向大气中释放汞，再通过大气沉降过程，导致水生生态系统中沉积或累积[5]。在水环境中汞的主要存在形式为Hg2+，经过底泥中厌氧微生物的作用，有部分Hg2+被甲基化，变成毒性更大，具有亲脂性的MeHg，在环境中被研究最多的甲基化剂当属产甲烷菌、硫酸还原菌(SRB)等[20]。雷沛等[21]研究表明在富营养化湖泊中溶解性有机物是影响汞甲基化的重要因素，尤其是夏季藻华腐解后产生的藻源性有机质能促进产甲烷菌的丰度和活性，进而促进水体甲基化。一旦转化为甲基汞的形式，很容易进入水生食物链，首先是被浮游生物吸收，进而扩散到多细胞大型动物体内。

图4 水环境中汞的迁移转化

3.2 无锡地区养殖中华绒螯蟹Hg残留的差异性

从14份样品的检测结果来看，第一，宜兴地区的汞残留量明显高于江阴、东港、惠山地区。张聪等[22]对太湖流域中华重金属镉和铬的风险进行评估时也曾指出宜兴地区的铬含量显著高于周围的苏州、常州和湖州。首先这可能与宜兴地区以及太湖流域的工业发展有关系。宜兴市位于 31°07′—31°37′N，119°31′—120°03′E，地处江苏省南端、沪宁杭三角中心。岳震等[23]指出国内各大水域水体均受到了不同程度的重金属污染，主要集中在工业发达，靠近城市的地区重金属含量高于其他地区，而全国来看，苏南以及沪宁杭地区均属于经济发达，工业高速发展的地区。其次，可能与当地农户以及养殖户的农业活动有关。养殖中华绒螯蟹的饲料来源包括配合饲料和冰鲜杂鱼两种，冰鲜杂鱼是指那些经济价值低、食用品质差、不适合人类食用的小型鱼类[24]，然而鱼类被认为是汞的重要来源[25]。

随着农业化进程的不断推进，农药和化肥的使用变得普及，甚至存在使用量超标的问题，含有汞的化肥或农药沉积到土壤，在通过陆地径流进入湖泊和海洋中[26]。第二，水样中的汞含量高于泥样，原因可能是底泥与水体相比，含氧量更低，厌氧菌含量更高。

综上，造成中华绒螯蟹养殖区域，Hg残留总量地区差异性的原因主要是工业发展和养殖活动的影响；造成Hg残留形态差异的原因主要是厌氧细菌的作用。

3.3 中华绒螯蟹汞的风险评估

汞因其半衰期长、迁移途径广泛、难以去除等特点，很容易被水生生物富集，并在食物链中迁移转化，在生物体内绝大部分以甲基汞形式存在，进而造成不同程度的健康与生态风险[27]。水生生物富集水体中MeHg，会导致体内甲基汞含量比水体高出104～106倍[28]。戴光伟等[29]表明甲壳类动物对重金属的富集能力大于鱼类。

根据测得的中华绒螯蟹养殖水体和底泥中汞的含量以及计算所得单因子指数显示，中华绒螯蟹所生活的环境处在一个低风险水平。环境中汞含量的多少关系到食品安全问题，因此在养殖过程中应注意养殖水环境的富营养化问题，水体富营养化条件下硫酸还原菌的活性和生物量均增大，其作为是主要的汞甲基化细菌，在厌氧环境下，将有利汞甲基化转化成为甲基汞[30]。

4 结论

无锡周边中华绒螯蟹养殖池塘水体中汞值范围在ND～18.2 μg/L，按照不同的标椎作为参考，均有个别池塘存在超标现象；底泥中汞值范围在0.01～0.022 μg/g，不存在池塘汞值超标，但底泥中甲基汞的比值变高，需要引起重视。水体中汞的含量与地区具有相关性，宜兴地区养殖塘重金属汞的含量显著高于其他地区。养殖池塘汞的风险评估显示，水体和底泥均处于低风险状态，几乎未受到污染，但仍需加强对重金属汞的监控，在工业、农业、生活等多方面减少重金属的排放。我们也将继续加强中华绒螯蟹对不同形态汞富集系数的研究。