石油污染滩涂生物体内TPH分布及健康风险评估

谭 娟，吴 健,，吴建强，林根满，王 敏*

1. 上海市环境科学研究院，上海 200233；2. 华东师范大学资源与环境科学学院，上海 200062；3. 东华大学环境科学与工程学院，上海 201620

石油污染滩涂生物体内TPH分布及健康风险评估

谭 娟1，吴 健1,2，吴建强1，林根满3，王 敏1*

1. 上海市环境科学研究院，上海 200233；2. 华东师范大学资源与环境科学学院，上海 200062；3. 东华大学环境科学与工程学院，上海 201620

通过研究溢油事故污染区域中典型生物体内TPH（Total Petroleum Hydrocarbons）分布特征，对其进行暴露人体健康风险评估，从而为污染区域的生态系统修复与恢复工作提供指导依据。在研究区域受溢油污染并采取应急处置10个月后，采集了位于4个污染滩涂集中填放区和1个不受污染的对照区内的生物体和沉积物样品，采用紫外分光光度法和荧光分光光度法测得TPH含量。结果表明，污染区域中无齿螳臂相手蟹Chiromantes dehaani）肌肉组织中的TPH含量分布范围为2.94～39.63 mg·kg-1，内脏中的TPH含量分布范围为8.62～155.41 mg·kg-1，内脏组织中的TPH含量高于肌肉组织，两者呈显著的相关性（Pearson相关系数r=0.945 6）。受潮汐水动力等环境因素的影响，整个研究区域生物体内TPH的累积呈现不连续非均质特征。生物体肌肉和内脏组织中的TPH含量与沉积物中TPH含量具有明显的线性关系（y=283.3 x+100，r2=0.990 1；y=60.701 x+100，r2=903 8），溢油事故造成的沉积物污染是影响生物体内TPH累积的一个重要因素。同时，采用US EPA人体暴露风险评价方法进行人体健康风险评估，结果显示，污染区域生物体内TPH经口摄入的暴露风险指数ERI均值均大于1，分别为1.13、1.05、2.58、2.73，暴露风险处于不可接受水平。根据人体健康风险的可接受水平计算得出可接受的无齿螳臂相手蟹体内TPH安全值为34.4 mg·kg-1，进一步计算得出污染区域沉积物中TPH的修复目标值为2 513 mg·kg-1。

石油污染；滩涂；生物体；分布；健康风险

近年来，沿海地区经济发展迅速，港口航道分布密集，随着海上交通运输业的迅猛发展，溢油事故频发，石油污染带来的有毒有害污染物严重危害沿岸海域的生态环境（Silva等，2014；陈澎等，2013；李雪英等，2011）。总石油烃（total petroleum hydrocarbon, TPH）的化学成分复杂，进入滩涂环境后，其迁移、转化过程复杂多变（李海明等，2005；李磊等，2014），研究表明，湿地、沼泽或是海滩至少需要数10年才能从一个溢油事件的影响中恢复过来（Thomas和Regina，2002；刘峰等，2011）。溢油事故给滩涂生态系统带来较大的危害，主要表现在破坏滩涂生物的栖息环境，进而影响生物体正常生长（Xin和Kai，2009；Deepak等，2012）。此外，累积在生物体内的TPH，通过食物链传递给人体，对人的神经系统、泌尿系统、呼吸系统、循环系统、血液系统等都有危害，长期接触TPH会严重危害人体器官，使人体组织细胞突变致癌，甚至导致人体死亡（Xu等，2011；Bierkens和Geerts，2014）。目前，国内对溢油污染事故的研究热点主要集中在污染物分布特征、迁移转化规律及修复等方面（唐景春等，2013；Teng等，2013），对生物体内残毒及人体健康风险评估研究相对薄弱。因此，研究污染滩涂湿地中典型生物体内TPH分布特征，对其进行暴露人体健康风险评估，进而指导后续修复工作，对污染区域的生态系统恢复具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究区域

研究区域为河口滩涂湿地，滩地狭长。高潮滩地势平缓，滩地沉积物主要由较细的黏土组成，中潮滩主要由粉砂质黏土与黏土质粉砂组成。中潮滩普遍发育潮水沟，在高潮滩与中潮滩地势低洼处有潮水潴留形成的小水塘。滩地植被主要有芦苇（Phragmites australis）、海三棱藨草（Scirpus mariqueter）、灯芯草（Juncus effusus L）等，其中，高潮滩芦苇中种植了大片池杉（Taxodium ascendens）、旱柳（Salix matsudana Koidz.）。滩地的底栖动物主要有无齿螳臂相手蟹、中华绒螯蟹（Eriocheir sinensis）、泥螺（Bullacta exarata）、河蚬（Corbicula fluminea）等。此次溢油事故泄漏的油品主要为重质燃油，油品泄漏后进入水体后，形成大面积油膜，受潮汐和风力作用，对研究区域生态环境造成影响。溢油事故发生后，采取了应急处置措施，为避免在潮汐作用下二次污染释放，用机械将污染滩涂沉积物推至中高潮滩临时填放，以待后续处置。

1.2 样品采集与处理

在研究区域受石油污染并采取应急处置10个月后，对4个污染滩涂集中填放区域（A区、B区、C区、D区）以及不受溢油污染的对照区域（R区）的生物体和沉积物进行采样分析。考虑到无齿螳臂相手蟹的活动范围，以集中填放区为中心（M点位），上下各20 m（上：靠近堤坝，下：靠近水域）距离处设一个监测点位（H点位和L点位），在各个采样区域的M点位同步采集沉积物样品，如图1所示。

沉积物样品采集方法：在A、B、C、D、R区域采样时，使用梅花布点采样法，尽量使采样点均匀分布于污染区域中，各点采集到的沉积物样品充分混匀后，采用四分法收集足量样品装于玻璃瓶中，带回实验室检测；生物样品采集方法：在一个点位的四周大约10 m2范围内，采集无齿螳臂相手蟹，采取4个平行样，质量各约0.5 kg，当日送回实验室，对剥离出来的内脏和肌肉组织分别进行称质量、匀浆，然后放于冷柜中-10 ℃下保存。

1.3 TPH检测

沉积物和无齿螳臂相手蟹生物体样品均按《海洋监测规范》（GB 17378—2007）方法，分别由紫外分光光度法和荧光分光光度法测得TPH含量。

图1 监测点位布设Fig. 1 Distribution of sampling point

图2 无齿螳臂相手蟹肌肉与内脏组织中的TPH浓度分布Fig. 2 The TPH content distribution in muscle and in visceral tissue

2 结果与讨论

2.1 肌肉与内脏组织中TPH浓度及分布特征

经实验室检测分析，无齿螳臂相手蟹肌肉与内脏组织中的TPH质量分数分布如图2所示。就肌肉组织而言，在受石油污染10个月后，A、B、C、D 4个区域中，H点位的TPH质量分数分布范围为2.94～27.75 mg·kg-1，M点位的TPH质量分数分布范围为14.39～39.63 mg·kg-1，L点位的TPH质量分数分布范围为2.39～13.67 mg·kg-1，均高于R区（对照）对应点位的无齿螳臂相手蟹肌肉组织中的TPH质量分数。同一区域M点位的生物体肌肉组织中的TPH质量分数高于H点位和L点位；从不同污染区域的分布情况来看，C区和D区无齿螳臂相手蟹受污染程度较严重，而A区和B区无齿螳臂相手蟹肌肉组织中TPH质量分数相当，受污染程度相对较轻。

就内脏组织而言，在受石油污染10个月后，A、B、C、D 4个区域中，H点位的TPH质量分数分布范围为8.62～119.5 mg·kg-1，M点位的TPH质量分数分布范围为79.24～155.41 mg·kg-1，L点位的TPH质量分数分布范围为35.36～99.34 mg·kg-1，均高于R区（对照）对应点位的无齿螳臂相手蟹内脏中的TPH质量分数。同时，内脏组织中的TPH分布与肌肉组织中的TPH分布规律一致，同样是M点位的TPH质量分数高于H点位和L点位，并且C区和D区污染较为严重，而A区和B区相对较轻。

综合不同污染区域、不同点位及生物体不同器官TPH的分布情况，可以看出溢油事故发生后，对整个研究区域造成的TPH污染是不连续非均质的。初步分析，造成这种空间异质性的主要原因是受到潮汐水动力、植被分布、环境状况等因素的影响，其中潮汐水动力条件是最直接影响TPH分布的因子，溢油事故发生时正值大潮汛，形成的大块油膜在潮汐和风力条件下往复震荡，并且以泄漏点为中心向四周发生大面积扩散，一部分进入水体，一部分吸附在潮滩上，不断被潮水冲刷，这种随机的不均匀的污染物注入方式及强烈的外界条件扰动导致TPH污染的不连续非均质性。

图3 内脏与肌肉组织中的TPH浓度分布关系Fig. 3 The TPH content distribution relationship between in muscle and in visceral tissue

无齿螳臂相手蟹内脏与肌肉组织中的TPH呈现出良好的线性正相关关系（Pearson相关系数r=0.9456）（图3）。在污染区域中，无齿螳臂相手蟹内脏中TPH质量分数高的，其肌肉组织中TPH质量分数相应也高。内脏组织中的TPH质量分数普遍高于肌肉组织，这表明无齿螳臂相手蟹内脏组织对TPH的吸收和富集能力强于肌肉组织。相关研究（甘居利等，2010）表明，TPH的主要成分是脂肪烃和芳香烃类化学物质，具有亲脂性，容易被生物体内脂肪浓度高的组织吸收和累积，而无齿螳臂相手蟹内脏组织中的脂肪浓度明显高于肌肉组织中的脂肪浓度。

2.2 生物体内与沉积物中TPH浓度及分布特征

本研究中，分别将M点位采集到的无齿螳臂相手蟹肌肉与内脏组织中的TPH与M点位的沉积物中TPH进行对比分析（图4）。可以看出，研究区域中，肌肉组织和内脏组织中的TPH质量分数与在受石油污染10个月后沉积物中TPH质量分数呈现出明显的线性关系（y=283.3 x+100，r2=0.9901；y=60.701 x+100，r2=9038），其积累量随沉积物中TPH含量的升高而增加，这在一定程度上表明，无齿螳臂相手蟹生物体内TPH的累积直接受沉积物中的TPH含量的影响。研究区域是一个开放的不可控系统，沉积物中TPH含量受天气、潮汐水动力等外界复杂因素影响，存在一定程度的降解（Naidu等，2012），而生物体在一定范围内活动，栖息环境或是摄取食物中的TPH含量直接影响其体内TPH累积。因此，生物体内的TPH累积是一个复杂多因素参与的过程（Srinivasarao等，2011），本研究中只简单描述了其与沉积物中TPH含量的一种表征关系，相关的机理分析还有待于更深一步的研究。

2.3 人体健康风险评估

无齿螳臂相手蟹经常被当地居民用来食用，其体内的TPH约占90%以上（Binelli和Provini，2004）通过食物摄入进入人体，因此，本研究中主要评估其经口摄入的健康风险。目前，国际上健康风险的表征采用致癌风险值和非致癌危害商来表示（Pinedo等，2013），由于TPH组成成分复杂，主要由烃类物质组成，且仅有少部分多环芳烃的某些组分具有致癌性，因此只表征其非致癌风险即暴露风险指数ERI（Expose risk index）或是危害商HQ（Hazard Quotient）（Pinedo等，2014；In-Sun和Jae-Woo，2010；杨晓红等，2013）。通常认为ERI≤1时，受体所承受的非致癌风险在可接受水平内。计算公式如下：

其中，Ci为生物体中TPH质量分数，单位mg·kg-1，考虑到当地居民对无齿螳臂相手蟹的食用方法（用酒泡后直接食用），将内脏和肌肉组织均视为食用部位，根据测量时各部位生物量将内脏组织和肌肉组织中TPH浓度换算成生物体中TPH浓度；CR为人均日消费量，单位g·d-1；BW为身体质量（kg），取值为60 kg；RfD为经口摄入参考剂量，单位mg·kg-1·d。

同时，可接受暴露风险的无齿螳臂相手蟹日均最大消费量CRlim，可以通过如下公式进行计算：

经实地走访调查，了解到当地居民主要在春季和秋季食用无齿螳臂相手蟹，日均消费量约在5～10 g·d-1之间，本研究取其平均值7.5 g·d-1。参考美国EPA风险评估信息系统（RAIS），经口摄入参考剂量RfD取值为4.3 mg·kg-1·d。

通过对人体暴露TPH而患有非致癌性慢性疾病的暴露风险指数计算得知（表1），A、B、C、D区的暴露风险指数均值均大于1，以C区和D区较为严重，ERI均值分别为1.13、1.05、2.58、2.73，各区域M点位的经口摄入暴露风险指数明显高于H和L点位。而参照区R区的ERI均值小于1，仅为0.03，暴露风险指数处于可接受水平。此外，通过计算得知，污染区域可接受暴露风险的无齿螳臂相手蟹日均最大消费量范围在2.85～15.14 g·d-1之间。

根据人体健康风险的可接受水平（ERI=1），计算得出可接受的无齿螳臂相手蟹体内TPH浓度安全值为34.4 mg·kg-1，根据生物体内TPH浓度与沉积物中TPH浓度分布存在的线性（y=73.055 x，r2=0.9142）关系（图5所示），计算得出沉积物中TPH的修复目标值分别为2513 mg·kg-1。

图4 生物体内TPH浓度与沉积物中TPH质量分数分布关系Fig. 4 The relationship between TPH content in organism and in sediments

表1 无齿螳臂相手蟹体内TPH经口摄入的暴露风险指数Table 1 The expose risk index of TPH in Chiromantes dehaani

图5 生物体内TPH浓度与沉积物中TPH浓度分布关系Fig. 5 The relationship between TPH content in organism and in sediments

3 结论

（1）受污染区域中，无齿螳臂相手蟹肌肉组织中的TPH质量分数分布范围为2.94～39.63 mg·kg-1，内脏中的TPH质量分数分布范围为8.62～155.41mg·kg-1，内脏中的TPH含量高于肌肉组织，两者分布规律一致，呈现显著的相关性（Pearson相关系数r=0.9456）。受潮汐水动力等环境因素的影响，溢油事故发生后，整个研究区域生物体内TPH的累积呈现不连续非均质特征。

（2）无齿螳臂相手蟹肌肉与内脏组织中的TPH与沉积物中TPH含量呈明显的线性关系（y=283.3 x+100，r2=0.9901；y=60.701 x+100，r2=9038），沉积物中TPH含量高的点位，其生物体内TPH含量相应也高。说明石油泄漏事故对研究区域生物栖息环境有较大的影响，溢油事故造成的沉积物污染是影响生物体内TPH累积的一个重要因素。

（3）A、B、C、D 4个污染区域生物体TPH的暴露风险指数ERI均值均大于1，分别为1.13、1.05、2.58、2.73，暴露风险处于不可接受水平，以C区和D区较为严重，同时，经计算得出，污染区域可接受暴露风险的无齿螳臂相手蟹日均最大消费量范围在2.85～15.14 g·d-1之间。

（4）根据人体健康风险的可接受水平计算得出可接受的无齿螳臂相手蟹体内TPH浓度安全值为34.4 mg·kg-1，参考生物体内TPH浓度与沉积物中TPH浓度分布存在的线性（y=73.055 x，r2=0.9142）关系，计算得出沉积物中TPH的修复目标值分别为2513 mg·kg-1，可为后续修复工作提供参考。

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TPH Distribution in Organism from Oil Polluted Tidal Marshes and Health Risk Assessment

TAN Juan1, WU Jian1,2, WU Jianqiang1, LIN Genman3, WANG Min1*
1. Shanghai Academy of Environmental Sciences, Shanghai 200233, China; 2. College of Resources and Environmental Science, East China Normal University, Shanghai 200062, China; 3. School of Environmental Science and Engineering, Donghua University, Shanghai 201620, China

In order to provide guidance for ecosystem restoration in contaminated area, the Total Petroleum Hydrocarbon (TPH) distribution in typical organism (Chiromantes dehaani) around tidal marshes which were polluted after an oil spill accident was studied, and human exposure assessment approach by US EPA was applied to evaluate the human health risk. The sediments and organisms samples were collected in four contaminated areas and one non-contaminated area after taking emergency disposal, the TPH were measured using ultraviolet spectrophotometry and fluorescence spectrophotometry. The results showed that the content of TPH in Chiromantes dehaani’ visceral tissue, ranging from 8.62 mg·kg-1to 155.41 mg·kg-1, was significantly higher than that in muscle tissue, ranging from 2.94 mg·kg-1to 39.63 mg·kg-1. The TPH content in visceral tissue had a significantly positive correlation（Pearson correlation coefficient, r=0.945 6）with the content in muscle tissue. The accumulation of TPH in organisms presented discontinuous and heterogeneous due to the influence of environmental factors such as tidal and hydrodynamic. Meanwhile, the TPH in organisms and sediments have an obvious linear relationship（y=283.3 x+100, r2=0.990 1；y=60.701 x+100, r2=9 038）, the TPH in sediments was an important factor for TPH biological accumulation. The human health risk assessment results indicated that exposure risk index values of TPH in Chiromantes dehaani around the pollution area exceeded 1, which were 1.13, 1.05, 2.58, 2.73 respectively, the exposure risk was unacceptable. It suggested that the acceptable level of TPH in Chiromantes dehaani is 34.4 mg·kg-1according to the human health risk assessment, and the sediment remediation goal should be 2 513 mg·kg-1according to relationship between TPH content in organism and sediment.

petroleum pollution; tidal marshes; organism; distribution; health risk

X171.5

A

1674-5906（2014）09-1472-06

谭娟，吴健，吴建强，林根满，王敏. 石油污染滩涂生物体内TPH分布及健康风险评估[J]. 生态环境学报, 2014, 23(9): 1472-1477.

TAN Juan, WU Jian, WU Jianqiang, LIN Genman, WANG Min. TPH Distribution in Organism from Oil Polluted Tidal Marshes and Health Risk Assessment [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(9): 1472-1477.

上海市科学技术委员会科研计划项目（STCSM-13231203600）

谭娟（1987年生），女，工程师，硕士，主要从事生态修复与评价方面的研究工作。E-mail：tanj@saes.sh.cn *通信联系，Wangm@saes.sh.cn

2014-06-21