册田水库中鲢、鳙和鲤重金属含量的测定与污染评价

焦清波,李莉莉

(山西省鱼病防治中心， 太原 030002)

册田水库中鲢、鳙和鲤重金属含量的测定与污染评价

焦清波*,李莉莉

(山西省鱼病防治中心， 太原030002)

采用原子吸收光谱法(AAS)对山西省册田水库中的鲢、鳙和鲤的肌肉、鳃、椎骨和肝胰脏组织中4种重金属(铜Cu、铅Pb、镉Cd和铬Cr)的含量进行测定和污染评价。结果表明:不同重金属在同种鱼体组织中的富集程度不同，同种重金属在不同鱼体组织中的分布也不同。3种鱼体中的Cu、Cd和Cr在肝胰脏组织中的富集程度高于肌肉、鳃和椎骨组织，其中Cu在肝胰脏组织中含量最高，Pb在椎骨组织中的含量最高。4种重金属在这3种鱼中的含量无显著性差异(P>0.05)，而不同组织之间含量差异显著(P<0.05)。通过单因子污染指数分析表明，3种鱼体中的Cu处于无污染水平，Pb在椎骨组织中处于污染水平，Cd和Cr在3种鱼的肝胰脏中均处于轻污染水平。根据综合污染指数评估显示，3种鱼处于无污染水平，但椎骨和肝胰脏组织的综合污染指数高于鳃和肌肉组织，其中肌肉组织的综合污染指数最低。研究结果表明,册田水库中的鲢、鳙和鲤受到重金属的污染程度较小。[中国渔业质量与标准，2017,7(6):23-29]

重金属；鲢；鳙；鲤；原子吸收光谱法；单因子污染指数；综合污染指数；册田水库

2011年，国家出台了《重金属污染综合防治十二五规划》，规划对象以铅、汞、镉、铬和类金属砷等生物毒性强且污染严重的重金属元素为主。近年来，经济的快速发展导致环境问题日益突出，尤其是重金属污染严重威胁着人们的健康。2011年的云南曲靖铬污染事件[1]和浙江德清血铅事件[2]，以及2012年的广西龙江河镉污染[3]等事件，给周边生态环境造成了巨大的破坏，危害群众的生命健康。

册田水库位于海河流域永定河水系桑干河中上游，坝址位于山西大同县西册田乡，距大同市约60km，总库容5.8亿m3，主要用于工业供水、灌溉、防洪等，并担负着向北京市供水的任务。水库养殖面积约600hm2，主要养殖品种为鲢(Hypophthalmichthysmolitrix)、鳙(Aristichthysnobilis)和鲤(Cyprinuscarpio)。研究表明，册田水库水质为地表水IV类，其中Cd符合地表水I类[4]；监测结果显示册田水库污染较为严重[5]，但重金属未对册田水库水质产生影响[6]。目前关于册田水库中鱼类重金属污染状况的调查研究尚未见报道。因此，测评册田水库鱼类重金属污染状况，了解该水域鱼类重金属质量安全状况具有重要意义。

实验选取鲢、鳙和鲤3种经济食用鱼类，针对Cu、Pb、Cd和Cr4种常见污染元素的含量进行分析评价，以期为了解册田水库鱼类重金属污染状况和食用安全性提供参考。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

T25 basic高速分散机(德国IKA)，EXCEL微波消解仪(上海屹尧)，DKQ-1000电热板(上海屹尧)，AA-Duo原子吸收光谱仪(美国Varian)，BS223S天平(北京赛多利斯)。

硝酸(优级纯，北京化工厂)，铅、镉、铜和铬的标准溶液(购自环境保护部标准品研究所)，超纯水(Merck Millipore Direct-Q 3制备)。

1.2 样品采集与制备

2014年8月，捕捞册田水库中的鲢、鳙和鲤，选取规格在每尾1 000～1 500 g的鲜活样品各5尾作为实验用鱼。用无菌不锈钢剪刀和解剖刀将鱼的背脊肌肉(去鱼皮)、肝胰脏、鳃和椎骨组织逐次分离，用去离子水冲洗表面血液和杂物，沥干。鱼的背脊肌肉、肝胰脏、鳃用高速分散机室温下分别打碎匀浆，分装入塑料封口袋中(椎骨组织先用刀剁碎，再用高速分散机匀浆后装入塑料封口袋中)，保存在-20 ℃的冰箱中。

选用同等规格的市售无公害认证产品鲤做样品空白。

1.3 样品前处理

制好的样品自然解冻，分别准确称取2.000 g肌肉、鳃和椎骨组织，以及1.000 g肝胰脏，以超纯水为空白对照，每种样品称取5个平行。分别置于微波消解罐中，加入5 mL质量分数为65%的浓硝酸过夜。第2天放入微波消解仪程序消解，自然冷却后，取出。电热板上120 ℃赶酸后，移入容量瓶中用超纯水定容，混匀备用。

1.4 样品测定和计算

用原子吸收光谱仪分别测定样品中的Cu、Pb、Cd和Cr的含量，同时测定样品空白及标准曲线。参照GB 5009.12—2010《食品安全国家标准食品中铅的测定》、GB 5009.15—2014《食品安全国家标准食品中镉的测定》、GB 5009.123—2014《食品安全国家标准食品中铬的测定》和GB/T 5009.13—2003《食品中铜的测定》的要求测定。计算公式见式(1)。

式(1)

式(1)中，X为试样中重金属含量，mg/kg；C1为消化液中重金属含量，ng/mL；C0为空白液中重金属含量，ng/mL；V为消化液总体积，mL；m为试样质量，g；1000为换算系数。

1.5 质量控制

添加回收样品选用通过认证的无公害水产品鲤的肌肉组织，设置5个添加回收样品，添加回收水平度分别为Cu 0.50 mg/kg、Pb 0.05mg/kg、Cd 0.01mg/kg和Cr 0.10 mg/kg，样品前处理方法按照步骤1.3进行，与被测样品同批次处理。

每批次样品做试剂空白、样品空白和添加回收。

1.6 污染评价方法

采用单因子污染指数法[7]评价鱼体内的某一重金属污染状况，具体计算方法见公式(2)。

式(2)

式(2)中，Pi为单因子污染指数，Ci为样品中该因子i的实际含量，Si为该因子i的评价标准值。以GB 2762—2012《食品安全国家标准 食品中污染物限量》和NY 5073—2006《无公害食品 水产品中有毒有害物质限量》中的限值作为评价标准值(表1)。单因子污染指数分级评价见表2。

多种重金属的污染水平采用均方根综合指数法[7]分析，具体计算方法见公式(3)。综合污染指数分级评价见表3。

式(3)

式(3)中,PI为某一生物样品的综合污染指数；Pi为该样品重金属的单因子污染指数；n为重金属的种类。

表1 各污染因子的评价标准值SiTab.1 The standard value (Si) of pollution factors

表2 单因子污染指数分级表Tab.2 The pollution index of single factor

表3 综合污染指数分级表Tab.3 The pollution indexes of synthetic factor

1.7 数据分析

采用IBM SPSS Statistics 22.0软件进行数据处理。该结果以平均值±标准差表示，用多因素方差分析Duncan法检验组间差异性，认为P<0.05为差异显著。

2 结果

2.1 鲢、鳙和鲤不同组织中Cu、Pb、Cd和Cr的含量

依据《食品安全国家标准 食品中污染物限量》和《无公害食品 水产品中有毒有害物质限量》中的重金属限量判定，3种鱼不同组织中的重金属含量均未超出国家最低限定标准值。

由表4可知，同一鱼体中重金属含量分布Cu>Cr>Pb>Cd。不同鱼体中的重金属含量分布基本相同。鲢、鳙、鲤中4种重金属总含量分别是10.944 5、10.901 8和10.532 9 mg/kg。方差分析结果显示，3种鱼种类之间没有显著差异(P>0.05)，但不同组织对4种重金属平均含量有显著差异(P<0.05)。Cu和Cr在肝胰脏的含量较高，Pb在椎骨中的含量较高，而4种重金属在肌肉组织中的含量较低。肌肉中4种重金属含量分布，Cr>Cu>Pb>Cd；肝胰脏中4种重金属含量分布，Cu>Cr>Pb>Cd；鳃中4种重金属含量分布，Cr>Cu>Pb>Cd；椎骨中4种重金属含量分布，Pb>Cu>Cr>Cd。

表4 鲢、鳙和鲤体内不同组织中重金属的含量(湿重)Tab.4 The contents of heavy metals in different tissues from silver carp, bighead carp and carp (wet weight) mg·kg-1，n=5

图1显示，Cu的含量在组织中表现为肝胰脏>肌肉、椎骨和鳃，且在肝胰脏中的含量明显高于其他组织。肝胰脏中的Cu含量与其他组织之间差异显著(P<0.05),肌肉、鳃和椎骨组织之间的Cu含量差异不显著(P>0.05)。

图2显示，Pb的含量在组织中表现为椎骨>肝胰脏>鳃>肌肉，其中鲤的肌肉和肝胰脏组织中的Pb含量略高于鳙和鲢。3种鱼的椎骨组织中的Pb含量高于其他组织。椎骨组织中的Pb含量与肝胰脏、鳃和肌肉中的差异显著(P<0.05)。肝胰脏中的Pb含量与鳃和肌肉中的差异显著(P<0.05)。鳃与肌肉中的Pb含量差异不显著(P>0.05)。

图1 Cu在3种鱼体内不同组织之间的含量比较标有不同小写字母者表示组间差异极显著(P<0.05)；标有相同小写字母者表示组间差异不显著(P>0.05)。下同。Fig.1 Comparison of the content of Cu in different tissues from 3 kinds of fish(n=5) The difference between groups with different lowercase letters was significant (P< 0.05); the difference between groups with same lowercase letters was not significant (P>0.05). The below same.

图2 Pb在3种鱼体内不同组织之间的含量比较Fig.2 Comparison of the content of Pb in different tissues from 3 kinds of fish(n=5)

图3显示，Cd的含量在组织中表现为肝胰脏>椎骨>鳃>肌肉，其中鲤鳃和椎骨组织中的Cd含量略高于鳙和鲢。3种鱼的椎骨组织中的Cd含量高于肌肉和鳃组织。肝胰脏中的Cd含量与椎骨、鳃和肌肉中的差异显著(P<0.05)。椎骨中的Cd含量与肝胰脏、鳃和肌肉中的差异显著(P<0.05)。鳃与肌肉中的Cd含量差异不显著(P>0.05)。

图3 Cd在3种鱼体内不同组织之间的含量比较Fig.3 Comparison of the content of Cd in different tissues from 3 kinds of fish(n=5)

图4显示，Cr的含量在组织中表现为肝胰脏>鳃>肌肉>椎骨，其中鲢和鳙鳃组织中的Cr含量略高于鲤。肝胰脏中Cr的含量与鳃、肌肉和椎骨中的差异显著(P<0.05)。鳃中Cr含量与椎骨和肌肉中的差异显著(P<0.05)。肌肉和椎骨中的Cr含量差异不显著(P>0.05)。

图4 Cr在3种鱼体内不同组织之间的含量比较Fig.4 Comparison of the content of Cr in different tissues from 3 kinds of fish(n=5)

2.2 质量控制结果

由表5可知,向空白样品中分别添加Cu 0.5 mg/kg、Pb 0.05 mg/kg、Cd 0.01 mg/kg和Cr 0.10 mg/kg，采用同样的前处理方法，进行平行实验，4种重金属的平均回收率为88.8%～92.8%，相对标准偏差为4.75%～9.47%。实验结果表明，方法重现性好，精密度高，适用于鲤等鱼体中重金属含量的测定分析。

表5 样品加标回收率和精密度Tab.5 Recovery and precision of the method from fortified samples mg·kg-1, n=5

2.3 污染评价

如表6所示，从单因子污染指数看，Cu在鱼体中处于无污染水平；Pb在鲢和鳙的肌肉中处于无污染水平，在3种鱼的椎骨和鲤的肝胰脏中处于污染水平，其他部分处于轻微污染水平；Cd只在3种鱼的肝胰脏中处于轻微污染水平，其他组织中均处于无污染水平；Cr在3种鱼的肝胰脏和鳃中处于轻微污染水平，其他组织中均处于无污染水平。3种鱼肌肉组织和肝胰脏组织中的单因子污染指数大小为Pb>Cr>Cd>Cu,鳃组织表现为Pb>Cr>Cd>Cu，椎骨组织表现为Pb>Cd>Cr>Cu。鲤肌肉组织中的Pb为轻微污染水平，鲢和鳙的肌肉组织处于无污染水平。3种鱼的肝胰脏组织的Pb、Cd和Cr处于轻微污染水平，其中鲤肝胰脏中的Pb处于污染水平。3种鱼鳃组织的Pb和Cr处于轻微污染水平，椎骨组织中的Pb处于污染水平。从综合污染指数看，椎骨和肝胰脏的综合污染指数最大，肌肉的综合污染指数最低。总体而言，鲢、鳙和鲤3种鱼不同组织的PI≤1.0，均处于无污染水平。

表6 鲢、鳙和鲤体内不同组织中重金属污染指数Tab.6 Pollution indexes of heavy metals in different tissues from silver carp, bighead carp and carp

注：“*”代表轻微污染水平,0.2≤Pi<0.6；“**”代表污染水平, 0.6≤Pi<1.0；无标号“*”或“**”代表无污染水平,Pi<0.2。

3 讨论

重金属在鱼体中的富集水平受鱼的品种、组织器官、暴露时间、暴露浓度和重金属种类等因素影响[8]。本实验结果显示，4种重金属在3种鱼中的含量的差异不显著(P>0.05)，而在不同组织中存在显著差异性(P<0.05)。4种重金属在3种鱼中的含量差异不显著可能与3种鱼同属于鲤科有关。3种鱼中Cu、Pb、Cd和Cr在肝胰脏中的含量高，而且在肝胰脏与肌肉、鳃和椎骨组织之间的Cu、Pb、Cd、和Cr的含量差异显著(P<0.05)，这与田林锋等[9]研究结果相一致。因为肝胰脏是鱼的生化转化及储蓄中心，其组织内可诱导产生大量束缚重金属的金属硫蛋白，使其成为重金属蓄积的重要靶器官之一[10]。Cu是鱼类必需的微量元素，主要参与生物酶的合成，并广泛分布于生物组织中，而肝胰脏是合成和释放酶类的主要场所，所以Cu的含量明显高于其他金属。3种鱼椎骨中的Pb含量要高于鳃和肌肉组织，这可能是由于Pb随血液循环到各个部位，其中约90%的Pb会以磷酸铅的形式沉积在骨骼上[11]。Cd积存在肝肾不易排出[12]，Cr参与血糖代谢[13]，所以肝胰脏中Cd和Cr含量较高。综合结果分析，3种鱼肝胰脏组织中重金属富集量最多，而肌肉组织中最少，这与刘芳芳等[14]的研究结果相一致。肝脏作为机体最重要的解毒器官，在重金属高度蓄积时，会通过金属硫蛋白的产生促进重金属代谢以及排放，从而减少了重金属向其他器官组织的输送，也是肌肉组织中重金属含量远低于其他器官组织的原因[15-16]。此外,鱼体中的重金属积累还取决于鱼类的生活习性及自身的生命活动特性[17-19]。

4种重金属在3种鱼体内的4种组织中的含量均未超出国家最低限量值(表1)，但通过单因子污染指数分析发现，Pb和Cr的污染水平较高，这可能与城市生活排污有一定关系。肝胰脏是污染水平较高的组织，鳃和椎骨组织的Pb污染水平较高，而可食用的肌肉组织污染水平较轻微。鲤的肌肉和肝胰脏组织中Pb含量高于鲢和鳙，这或与鲤的食性有关，通过较长的食物链富集了更多的Pb[12]。从综合污染指数看，相近规格的3种鱼尚无受到污染，但鲤的综合污染指数较高，组织中椎骨的综合污染指数最高，肌肉中的最低。由于肝胰脏和鳃在食用前一般都弃去，对消费者安全影响较小，但是椎骨一般不会去除，加工处理过程中的溶出，可能会对消费者食品安全产生影响，这将有待进一步研究。

本研究只针对册田水库中2014年的鱼体污染状况进行评估，因此本结果并不能代表册田水库平均的污染水平。随着鱼体的增长，水库中污染物的持续释放，重金属通过生物链的富集作用，可能会对消费者产生不良影响。因此建议渔业主管部门加强对水库环境监测和出库成品鱼的质量安全的连续检测，从而降低食品安全风险，保障人民群众生命安全。

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Determinationandpollutionassessmentofheavymetalsinsilvercarp,bigheadcarpandcarpinCetianreservoir

JIAOQingbo*,LiLili

(ShanxiProvinceFishDiseasePreventionandControlCenter，Taiyuan030002，China)

The contents of4kinds of heavy metals (Cu, Pb, Cd and Cr) from different tissues(muscle，hepatopancreas, gill，vertebra)of silver carp, bighead carp and carp in Cetian reservoir of Shanxi Province were determined by atomic absorption spectrometry (AAS) and carried out pollution assessment. The results showed that different heavy metals were differently enriched in the same kind of fish tissues,and the distrubution of the same heay metals in different fish tissues wes different. In the3kinds of fish, Cu, Cd and Cr were much more highly enriched in hepatopancreas than that in muscle, gill and vertebra. Thereinto Cu has the highest enrichment in hepatopancreas, but Pb content was the highest in vertebra. The contents of4heavy metals have not significant difference in3fish species (P>0.05), but their contents have significant difference in different tissues (P<0.05). Based on the analysis of pollution index of single factor (Pi), Cu was in levels of no pollution in three kinds of fish．Pb was in levels of pollution in vertebral tissue. Cd and Cr were in levels of mild pollution in hepatopancreas. Furthermore, according to pollution indexes of synthetic factor (PI), the three kinds of fish were in levels of no pollution, but thePIof vertebra and hepatopancreas was higher than that of gill and muscle tissues, and the PI of muscle tissue was the lowest. The results demonstrated that silver carp, bighead carp and carp were less polluted by heavy metals in Cetian reservoir. [Chinese Fishery Quality and Standards,2017,7(6):23-29]

heavy metals; silver carp; bighead carp; carp；atomic absorption spectrometry； pollution index of single factor; pollution indexes of synthetic factor； Cetian reservoir

JIAO Qingbo, qbjiao@126.com

10.3969/j.issn.2095-1833.2017.06.004

S91

A

2095-1833(2017)06-0023-07

2017-03-17；接收日期2017-08-20

物种资源保护(渔业)项目(农业部渔业生态环境监测网)

焦清波(1981-)，男，硕士，工程师，研究方向为水产品质量安全检测与渔业环境监测，qbjiao@126.com