“锰三角”区域松桃河大口鲇和斑鳜重金属富集及风险评价研究

巴家文，邢玉花，安远锋，李忠利，梁正其，段辛斌

(1.铜仁学院农林工程与规划学院，贵州铜仁 554300；2.中国水产科学研究长江水产研究所，农业农村部长江中上游渔业资源环境科学观测实验站，武汉 430223；3.铜仁市渔业技术推广站，贵州铜仁 554300)

重金属污染可直接或间接危害鱼类正常生理功能、个体生长、繁殖，严重时甚至会导致鱼类死亡[1-2]。鱼类可从水体或摄食等途径吸收并富集重金属，故鱼类常被作为水生态系统的重金属污染评估的重要指示生物[3-4]。并且鱼体富集的重金属会随着食物链向更高级的生物体(如人类)迁徙[5]。鱼类是人类机体中高蛋白和低饱和脂肪酸等营养物质补给的重要途径，当摄食受重金属污染的鱼类超过允许每日推荐摄入量时，会对人体健康造成显著的危害风险[6-8]，如汞摄入过多会毒害肾脏，并能造成慢性中毒，铅会损害肾脏和肝脏，砷能造成神经系统疾病等[9]。

近年来，已有大量国内外学者对不同流域中鱼类重金属富集及风险评价的研究报道，如意大利波河[10]、塞尔维亚多瑙河[11]和孟加拉国邦仕河[12]以及松花江[13]、北江[14]和长江三峡水库[15]等流域，但对贵州省松桃河鱼类重金属富集及风险评价的研究尚未见报道。贵州松桃苗族自治县位于“黔、湘、渝”锰三角的核心区域[16]，区域内矿产资源丰富，主要有锰、铁、钒、铅、锌、铜、汞等，其中锰矿的储量占全省一半以上[17]。松桃河发源于长江流域沅江水系，地处贵州省松桃苗族自治县。松桃河流域鱼类资源丰富，已有学者报道其土著鱼类37种，隶属于4目10科32属(亚种)[18]，其中大口鲇(Silurusmeridoualis)和斑鳜(Sinipercascherzeri)是松桃河内重要的底栖经济鱼类。因此，本研究以贵州省松桃河大口鲇和斑鳜为对象，测定其肌肉和肝脏中重金属(Cd、Pb、Cr、Ag、Mn、Cu、Zn和Hg)含量水平和富集特征，评估分析其重金属潜在的风险水平，可为评价该水域鱼类重金属富集状况、鱼类资源保护以及食品安全提供科学参考和基础资料。

1 材料与方法

1.1 样品采集

2017年10月在贵州省松桃县区域内的松桃河松桃县城水域采集2种常见的经济鱼类样本，大口鲇和斑鳜各9尾，相关指标见表1。

表1 鱼类样本数量、体长和体重记录

1.2 样品处理与分析

从松桃河内采集的鱼类样本在进行常规生物学测量后，取鱼体背鳍下方去皮肌肉和肝脏组织，将样品置于自封袋中冷冻保存。所有样本需在冷冻条件下运回实验室，置于-20 ℃条件下冷冻保存待测定。

将样品从冰箱取出解冻后加5 mL HNO3-HClO4(9∶1v/v)混合液消解12 h，然后倒入上述混合酸润洗的聚四氟乙烯消解罐进行微波消解。完全消解后自然冷却至室温排出消解产生的气体，用超纯水转移至比色管中定容至25 mL，摇匀待测。Cd、Pb、Cr、Ag、Mn、Cu、Zn采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)测定，Hg采用原子荧光光度法(HCHG-AFS)测定。

1.3 鱼类重金属污染程度评价

1.3.1 评价标准

参照最新的国家标准《农产品安全质量无公害水产品安全要求》[19](GB 18406.4—2001)评价，具体指标评价标准见表2。

表2 鱼类重金属污染评价标准

1.3.2 评价方法

采用单因子污染指数法和综合指数法评价鱼类重金属污染程度[3，9]。单因子污染指数法用于对重金属在鱼体内的污染程度评价，计算公式如下：

Pi=Ci/Si

式中，Pi表示第i种重金属污染指数；Ci表示第i种重金属实测值的平均值(mg/kg)；Si表示第i种重金属限量标准(mg/kg)。

综合指数法能起到突出不同重金属的最高污染指数的作用，即在单因子污染指数评价的基础上对鱼类进行综合评价。计算公式如下：

式中，P综为鱼类重金属综合污染指数，Pave为鱼类各单因子污染指数污染的平均值，Pmax为鱼类各单因子污染指数中的最大值。

1.4 食用安全性评价

RfD是微量元素的每日最大允许摄入量[mg/(kg·d)]，其值来源于中国营养学会编辑的《中国居民膳食营养素参考摄入量》中营养元素的可耐受最高摄入量(ULs)[8]。

式中，HQi为第i种重金属的危害系数；EDIi为成年人平均每日摄取第i种重金属的量[mg/(kg·d)]；X为成年人日均摄入鱼肉量(kg/d)；Ci为鱼体肌肉的重金属测定值；AW为成年人平均体重，AW取值为65 kg[3]。

1.5 数据处理

运用SPSS 16.0和Excel 2010软件对数据整理、统计分析，数据结果用均值±标准差(mean±SD)表示。数据结果均以P<0.05作为差异显著性的标准。重金属含量的差异检验：同一种鱼的肌肉和肝脏，采用配对样本t检验，不同种鱼肌肉和肝脏，采用独立样本t检验。

2 结果

2.1 松桃河大口鲇和斑鳜肝脏和肌肉中重金属含量的比较

研究结果显示(表3)，不同的重金属元素在鱼体内的含量有差异。在肌肉组织中，Zn含量最高，Ag含量最低，斑鳜肌肉组织中的重金属含量为Zn>Mn>Cu>Hg>Cr>Pb>Cd>Ag，大口鲇肌肉组织中的重金属含量Zn>Mn>Cu>Hg>Cr>Pb>Cd>Ag。在肝脏组织中，斑鳜肝脏组织中的重金属含量为Cu>Zn>Mn>Hg>Pb>Cr>Cd>Ag，大口鲇肝脏组织中的重金属含量为Cu>Zn>Mn>Cd>Cr>Pb>Hg>Ag。

肌肉中，Pb、Mn和Cu的含量在两种鱼之间差异不显著， Zn含量均最高， Zn含量在两种鱼肌肉中为大口鲇大于斑鳜，且两者差异显著。肝脏中，Cr 和 Zn 的含量在两种鱼之间差异不显著，Cu 含量均最高，Cu 含量在两种鱼肝脏中为大口鲇大于斑鳜，且差异显著。斑鳜和大口鲇肝脏中的大部分重金属含量均高于肌肉，其中，斑鳜肝脏中的 Cd、Zn、Cu、Mn含量显著高于肌肉，Pb和Cr 含量在不同组织之间差异不显著。大口鲇肝脏中的Cu、Cd、Pb、Cr、Mn 含量显著高于肌肉。

表3 斑鳜和大口鲇肌肉和肝脏中重金属含量

注：每一行具有相同字母数值的表示没有显著性差异(P>0.05)；ND表示检测结果小于Ag的检出限0.02 mg/kg。

2.2 重金属污染程度

根据鱼类质量的评价标准值，并通过应用单因子污染指数法(Pi)、综合污染指数法(P综)进行计算，计算的结果见表4。鱼类的重金属单因子污染指数法评价结果表明，斑鳜和大口鲇肝脏中的Cd均为重污染水平，在大口鲇和斑鳜肌肉中的Cd在鱼体内呈现无污染水平。斑鳜和大口鲇肌肉中的Cd、Pb、Cr、Cu均为无污染水平，Hg均为轻污染水平。大口鲇肝脏中除了Cd为重污染水平，Pb、Cr、Cu、Hg均为无污染水平，斑鳜肝脏中的Pb、Hg为轻污染水平，其他的重金属元素为无污染水平。综合污染指数P综评价结果表明，斑鳜和大口鲇肌肉的重金属污染水平均为轻度污染，大口鲇和斑鳜肝脏的污染水平高于肌肉，且大口鲇肝脏重金属污染程度高于斑鳜肝脏，其中斑鳜肝脏为中度污染水平，大口鲇肝脏为重污染水平。

表4 鱼类重金属单因子污染指数(Pi)和综合污染指数(P综)

注：当Pi<0.2时，为无污染水平；当0.2≤Pi<0.6时，为轻污染水平；当0.6≤Pi<1时，为中污染水平；当Pi>1时，为重污染水平。

2.3 食用安全性评价

采用HQ和HI评价。当HQ≤1时表明该污染物不会引起人体的健康风险；HQ>1时表明该污染物会引起人体的健康风险；HQ越大表明该污染物对人体健康风险性则越大(HI的评价标准同HQ)。设HQ=1，通过鱼体肌肉中的重金属含量，可以计算出某一特定的重金属污染时不引起食用安全风险的最大日均摄入的鱼肉量，其数值越大表明因该种重金属污染导致的食用安全风险越小，值越小表明该种重金属污染导致的食用安全风险越大。相应的设HI=1，可计算出重金属混合污染下不引起食用安全风险的最大日均摄入的鱼肉量。结果见表5。

表5 不引起食用安全风险的鱼类最大日均摄入量和重金属健康风险参考剂量

表5显示，Pb的食用安全风险最小，Cr和Hg的风险较大。平均每日摄食斑鳜和大口鲇分别不高于0.134 kg和0.165 kg则不会引起鱼类食用的人体健康风险。

3 讨论

检测结果表明Mn、Cu、Zn的含量较其他几种重金属的含量高，不同的重金属在鱼体内的含量存在差异，可能是因为这些重金属元素在鱼体内的半衰期有所不同，同时也与不同重金属元素在天然环境中的背景值相关[22]。Cu和Zn作为生命必需元素，可能更容易被鱼类主动吸收[1，23]，Papagiannis等[24]研究得出处于快速生长期的欧洲拟鲤幼鱼的Cu 和Zn 含量相对较高，这有助于该时期鱼体的生长代谢；此外松桃主产锰、铁、钒、铅、锌、铜、汞等矿产[17]，这也可能是导致鱼体Zn、Cu和Mn较高的原因。

与前人研究相比，松桃河大口鲇肌肉和肝脏中Mn的含量分别为0.389 mg/kg和2.117 mg/kg，均大于蔡深文等[3]研究结果中大口鲇Mn的含量0.312 mg/kg和2.043 mg/kg。松桃河2种鱼Mn的平均值(1.169 mg/kg)较刘平等[25]对北京农贸市场经济鱼类研究结果(0.423mg/kg)要高。这说明地处“锰三角”区域松桃河的环境条件对大口鲇和斑鳜Mn的含量有所影响。鱼体的肌肉和肝脏组织中重金属含量不仅反映了重金属元素的暴露情况，而且反映不同组织器官通过代谢活动的排出情况。从总体来看，斑鳜和大口鲇肝脏中的大部分重金属含量均高于肌肉，因为肝具解毒功能，是鱼体内蓄积重金属的主要部位[26]。大口鲇肌肉中Zn的含量和肝脏中Cu的含量均大于斑鳜，这与夏雨果研究结果中小个体鱼类重金属含量大于大个体鱼类不同[1]，这可能与松桃河地处的松桃县为矿区有关。

从单因子污染指数结果来看，斑鳜和大口鲇肝脏中的Cd相对肌肉要高，同时也较其他重金属高。综合污染评价表明，大口鲇鱼体中重金属污染大于斑鳜，且两者肝脏的重金属污染均大于肌肉。这说明松桃河斑鳜和大口鲇主要以重金属Cd污染为主，其中肝脏为主要受污染较严重的器官。这可能与重金属Cd在底泥和重金属在鱼体组织中的积累有关，例如于霞等研究得出赤水河流域表层沉积物中潜在生态危害最大的重金属元素为Cd[27]；陈贵良等研究发现水体中的镉经鳃进入鲫体内后，经过血液循环，首先是在肝脏中储存并与金属硫蛋白(Metallothionein，MT)结合，生成镉-MT 络合物再转移到肾脏中，镉在肝和肾中的量约占全身镉总量的1/2～2/3，镉在鲫中的主要蓄积器官是肝脏和肾脏[28]。

与(GB 18406.4—2001)《农产品安全质量无公害水产品安全要求》 中标准限值相比，仅重金属Cd在斑鳜和大口鲇肝脏中有超标现象，而鱼类肌肉为人群摄食的主要部分，说明松桃河斑鳜和大口鲇符合人群摄食安全。由HQ计算的数值Hg在两种鱼体中均最小，即Hg产生的风险最大，可能是由于Hg的重金属毒性较大所致。斑鳜和大口鲇由HI计算的数值分别为0.134、0.165，即成年人平均每日摄食斑鳜高于0.134 kg和大口鲇高于0.165 kg时可产生食用安全的健康风险。斑鳜在两种鱼类中风险相对较大，但参考松桃河流域人们食用野生鱼类的习惯和频率，食用松桃河鱼类的健康风险较低。