温州南部海域重要经济物种体内重金属含量评价

陈 军，雒 贵，叶茂盛，沈小飞，张荣保，宋伟华

(1．杭州希澳环境科技有限公司，浙江杭州 310011；2.华能(浙江)能源开发有限公司玉环分公司，浙江玉环 317604)

鱼类和甲壳类含有丰富的蛋白质、omega-3脂肪酸、氨基酸、维生素B1、尼克酸、微量矿物质等，是人们饮食中的重要组成部分。海洋污染会增加水中有毒金属的浓度，对海洋生物健康产生负面影响。Cu、Zn、Fe等重金属对鱼类的新陈代谢是必不可少的，而其他一些重金属如Cd、Pb在生物系统中没有已知的作用。与必需金属的路径相似，非必需金属也被海洋生物摄取并在其组织中积累，通过食物链传递，最后被人类食用，对人类身体健康造成影响[1-2]。已有许多学者关注经济海洋生物体内重金属含量和评价，重金属污染严重的河流入海口，海洋生物体内重金属含量较高[3]，海洋生物体内重金属含量与生境重金属存在一定的关系[4]。

温州位于浙江省南部沿海，海域面积广阔，拥有丰富的渔业资源。随着温州沿岸经济建设、水产养殖、交通运输的高速发展和海洋资源的大力开发，导致近岸海域环境质量下降，海洋生物生存环境受到威胁。近年来，环境质量状况公报报道了温州近岸海域水体和沉积物种存在重金属超标现象。据文献报道，海洋游泳生物对生活环境中的重金属具有较强的富集能力[3]，为了解温州南部海域高含量重金属环境中的经济鱼类和甲壳类物种体内重金属含量水平，笔者于2019年3月在温州南部海域采集了7种常见经济类鱼类和甲壳类生物，对其体内重金属进行检测，分析其污染水平，以期为当地海洋食品安全及海洋污染防治提供基础数据。

1 资料与方法

1.1 样品采样2019年3月以底拖网方式在温州南部海域共采集了两大类7种经济类物种，其中鱼类有花鲈(Lateolabraxjaponicus)、刀鲚(Coiliaectenes)、棘头梅童鱼(Collichthyslucidus)、龙头鱼(Harpadonnehereus)，甲壳类有脊尾白虾(Exopalaemoncarincauda)、三疣梭子蟹(Portunustrituberculatus)、口虾蛄(Squillaorarotia)，采样站点见图1。所选样品个体大小适中，同种间长度和体重接近，现场用淡水清洗干净，放入自封袋中冷冻保存。

图1 采样站点分布Fig.1 Distribution of sampling stations

1.2 分析方法生物样品解冻后，用陶瓷刀取其肌肉组织，经匀浆器搅碎，待用。准确称量1.000 0 g的湿生物体样品于聚四氟乙烯消解罐中，加入9 mL浓硝酸和2 mL 30%过氧化氢混合，静置12 h预消化；然后将消解罐转移至一个微波消解仪中消解执行四步程序，消解后将消解罐转移至加热器上加热赶酸，直至将残余酸蒸至大约1 mL；最后剩余溶液转移至比色管内，用Milli-Q水稀释至25 mL。在分析过程中同步加测质控样和空白样进行质量控制。采用石墨炉原子吸收光谱法测定Cu、Pb、Cd含量，其检出限分别为0.4、0.04、0.005 mg/kg。

1.3 数据分析与评价方法使用SPSS 24.0软件对金属种间差异进行统计分析，在此基础上分析海洋经济生物体内重金属元素的分布特征。

该研究采用单因子污染指数[5]、重金属污染指数、生物浓缩系数3种评价方法对海洋经济生物体内重金属含量进行评价。各计算公式如下：

(1)单因子污染指数计算公式：

SFI=Ci/Si

(1)

式中，SFI为第i项因子的单因子污染指数，SFI≥1.0为重污染，0.6≤SFI <1.0为中度污染，0.2≤SFI<0.6为轻度污染，SFI<0.2为正常背景水平。Ci为第i项因子的实测浓度；Si为第i项因子的评价标准值，采用《无公害食品 水产品中有毒有害物质限量》(NY 5073—2006)，各因子标准值见表1。

表1 各评价因子标准值

(2)重金属污染指数计算公式：

MPI=(C1×C2×C3×…×Cn)1/n

(2)

式中,MPI为重金属污染指数，反映不同种类生物之间重金属污染程度的差异[6-7]；Cn为第n种重金属实测值(mg/kg)。

(3)生物富集计算公式：

BCF=Cb/Ce

(3)

式中，BCF为生物浓缩系数[8]；Cb为某种元素或难降解物质在机体中的浓度(mg/kg)；Ce为某种元素或难降解物质在机体周围环境中的浓度(mg/kg)。

2 结果与分析

2.1 海洋经济生物体内重金属含量统计分析从温州南部近岸海域海洋经济生物体内重金属含量(表2)可以看出，甲壳类Cu含量为5.68～7.22 mg/kg，平均值为6.26 mg/kg；Pb含量为0.117～0.192 mg/kg，平均值为0.163 mg/kg；Cd含量为0.069～0.101 mg/kg，平均值为0.089 mg/kg。鱼类Cu含量为2.92～3.67 mg/kg，平均值为3.34 mg/kg；Pb含量为0.042～0.080 mg/kg，平均值为0.059 mg/kg；Cd含量为0.016～0.034 mg/kg，平均值为0.026 mg/kg。鱼类和甲壳类海洋经济生物体内重金属含量从高到低依次为Cu>Pb>Cd。

表2 温州南部近岸海域海洋经济生物体内重金属含量

对比国内海洋生物体内重金属含量(表3)发现，温州南部近岸海域甲壳类体内Cu含量低于三门湾海域，高于胶州湾、荣成湾海域；鱼类体内Cu含量大于三门湾、胶州湾、荣成湾海域。温州南部近岸海域甲壳类、鱼类体内Pb含量均高于三门湾，均低于胶州湾、荣成湾海域。温州南部近岸海域甲壳类体内Cd含量均低于三门湾、胶州湾、荣成湾海域；鱼类体内Cd含量高于三门湾海域，低于胶州湾、荣成湾海域。

表3 国内海洋生物体内重金属含量

鱼类和甲壳类海洋经济生物体内Cu含量均高于Pb和Cd，这是因为Cu为生物体内必需的元素[1]，具有结构和功能方面的作用[12-13]，是抗氧化代谢防御体系中超氧化物岐化酶的重要组成部分[14]，生物体对必需元素的吸收能力很强。

比较不同种类海洋经济生物体内重金属含量发现，甲壳类体内重金属Cu、Pb、Cd含量均大于鱼类。甲壳类体内重金属Cu含量是鱼类的1.87倍，甲壳类体内重金属Pb含量是鱼类的2.76倍，甲壳类体内重金属Cd含量是鱼类的3.42倍。甲壳类体内重金属含量普遍较高，与甲壳类生物对重金属有较强的富集能力[15]，鱼类体内重金属的含量取决于不同的鱼种类，有些鱼类重金属蓄积能力较高[14]。

2.2 海洋经济生物体内污染程度评价

2.2.1单因子污染指数。从表4可以看出，甲壳类体内重金属Cu的单因子污染指数(SFI)在0.11(口虾蛄)～0.14(三疣梭子蟹)，平均值为0.12，污染程度处于正常背景水平；重金属Pb的SFI值在0.23(口虾蛄)～0.38(脊尾白虾)，平均值为0.32，污染程度为轻度污染；重金属Cd的SFI值在0.14(脊尾白虾)～0.20(三疣梭子蟹)，平均值为0.18，污染程度处于正常背景水平。鱼类体内重金属Cu的SFI值在0.06(龙头鱼)～0.07(花鲈、刀鲚、棘头梅童鱼)，平均值为0.07，污染程度处于正常背景水平；重金属Pb的SFI值在0.08(龙头鱼)～0.16(花鲈)，平均值为0.12，污染程度为正常背景水平；重金属Cd的SFI值在0.16(龙头鱼)～0.34(刀鲚)，平均值为0.26，污染程度为轻度污染。由此可见，Cu、Pb等重金属元素污染程度为甲壳类大于鱼类，与刘洋等[16]的研究结果基本相同。Cd元素的污染程度表现为鱼类大于甲壳类，与王增焕等[17]的研究结果有所差异。

表4 温州南部近岸海域单因子污染指数(SFI)

2.2.2重金属污染指数。重金属污染指数(MPI)反映不同各类生物之间重金属污染程度的差异。从表5可以看出，甲壳类MPI值大于鱼类，说明甲壳类重金属污染程度比鱼类污染程度高。甲壳类MPI均值为0.45，MPI值从高到低依次为三疣梭子蟹、脊尾白虾、口虾蛄，说明三疣梭子蟹的重金属污染程度最高，口虾蛄的重金属污染程度最低。鱼类MPI均值为0.18，刀鲚、花鲈的MPI值相等(0.20)，棘头梅童鱼的MPI值(0.19)大于龙头鱼(0.13)，说明刀鲚、花鲈的重金属污染程度最高，龙头鱼的重金属污染程度最低。

表5 温州南部近岸海域重金属污染指数(MPI)

2.3 海洋经济生物体内富集生物体内富集通过非吞食的方式从周围环境中蓄积某种元素物质，使其体内元素含量超过环境中元素含量的现象[18]，用生物浓缩系数(BCF)表示。根据我国近海海洋综合与评价专项，海域中重金属的质量分数较均匀，在海水中重金属的含量比海洋生物体内中的含量低3个数量级，根据2019年春季该海域水质调查结果，海水水质中Cu、Pb、Cd含量分别为1.68、1.14、0.47 μg/L。

由表6可知，甲壳类体内重金属Cu、Cd生物浓缩系数最大的是三疣梭子蟹，Pb生物浓缩系数最大的是脊尾白虾；鱼类体内重金属Cu、Cd生物浓缩系数最大的是刀鲚，Pb生物浓缩系数最大的是花鲈。从生物浓缩系数来看，只有大于103才被认为具有潜在的生物积累危害[19]，该研究中甲壳类和鱼类中Cu的生物浓缩系数大于103，甲壳类和鱼类中Pb、Cd的生物浓缩系数均小于103，Cu是海洋生物生命必需元素，在周围环境低浓度水平条件下也能促成海洋生物体内高度富集，以满足生物机体的需要；从另一方面说，在低浓度的环境条件下，海水中的浓度并不是影响海洋生物体内重金属含量的主要因素，其他因素如生理特性、捕食途径等可能起到主要作用[19]。

表6 海洋经济生物体内浓缩系数(BCF)

3 结论

(1)温州南部近岸海域甲壳类体内重金属Cu、Pb、Cd含量平均值分别为6.26、0.163、0.089 mg/kg；鱼类重金属体内Cu、Pb、Cd含量平均值分别为3.34、0.059、0.026 mg/kg。鱼类和甲壳类海洋经济生物体内Cu的含量均高于Pb和Cd，主要原因是Cu作为生物体内必需的元素，需求量较大。

(2)甲壳类和鱼类海洋经济生物体内重金属含量大小排序是一致的，均为Cu>Pb>Cd。根据不同海洋经济生物种类比较，甲壳类体内重金属Cu含量是鱼类的1.87倍，甲壳类体内重金属Pb含量是鱼类的2.76倍，甲壳类体内重金属Cd含量是鱼类的3.42倍。

(3)单因子污染指数(SFI)表明，甲壳类体内重金属Cu、Cd的SFI均值小于0.2，污染程度为正常背景水平，Pb的SFI均值0.32，污染程度为轻度污染；鱼类体内重金属Cu、Pb的SFI均值小于0.2，污染程度为正常背景水平，Cd的SFI均值为0.26，污染程度为轻度污染。

(4)从生物体内浓缩系数表明，甲壳类体内重金属Cu、Cd生物浓缩系数最大的是三疣梭子蟹，Pb生物浓缩系数最大是脊尾白虾；鱼类体内重金属Cu、Cd生物浓缩系数最大的是刀鲚，Pb生物浓缩系数最大的是花鲈。此次研究中甲壳类和鱼类中Cu的生物浓缩系数大于103，Cu是海洋生物生命必需元素，在周围环境低浓度水平条件下也能促成海洋生物体内高度富集，以满足生物机体的需要。