福建东山湾养殖贝类重金属污染状况及健康风险评价

杨妙峰，郑盛华，席英玉，林娇，罗冬莲,*

1. 福建省水产研究所，福建省海洋生物增养殖与高值化利用重点实验室，厦门 361013 2. 福建省海洋生物资源开发利用协同创新中心，厦门 361013

海湾是江河的入海汇入点，营养物质丰富，富足的饵料生物及相对封闭的自然条件，使其成为重要的海洋生物产卵场、索饵场及重要的海水养殖区域，其受到陆海相互作用以及人类活动的强烈干扰，也承接了人类开发活动带来的大量污染物，是环境变化和生态系统的敏感区域[1]。近年来，随着东山湾大开发的进程和海洋经济的迅速发展，海洋生态环境受到较大的威胁，渔业环境污染问题日愈突出[2-3]。

重金属污染具有持久性、积累性和不可降解的特点，通过食物链直接或间接进入人体，并最终对人体健康产生影响，海产品中重金属污染水平调查及人体健康风险评价也日益得到重视[1,4-8]。底栖滤食性贝类生长位置相对固定，对污染物(特别是重金属污染物)富集累积能力较强[9]，质量状况与养殖环境的优劣休戚相关，如牡蛎和贻贝等常作为近岸海域环境监测的污染指示生物；贝类还是我国沿海重要的食物来源之一，贝类养殖是漳州市海水养殖的主体(占81.0%，2016年)[10]，当地居民对贝类的食用需求较高，贝类的膳食消费也是人类暴露于各种污染物的一种重要途径，其食用安全不容小觑。本文以东山湾为研究区域，分析了该区域6种主要养殖贝类体内7种重金属(Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg和As)的污染状况，并评估其膳食暴露的健康风险，旨在了解当地贝类产品的污染水平及食用安全性，并对其风险管理提供一定参考依据。

1 材料与方法(Materials and methods)

1.1 样品采集与处理

2016年11月在东山湾(117.45°～117.60°E；23.65°～23.90°N)分别采集华贵栉孔扇贝(Chlamysnobills)、菲律宾蛤仔(Ruditapesphilippinarum)、鲍(Haliotissp.)、巴非蛤(Paphiasp.)、牡蛎(Saccostreasp.)和翡翠贻贝(Pernaviridis)等6种海水养殖贝类样品；2010—2017年，每年9月份在东山湾进行一次僧帽牡蛎样品采集，采样点如图1所示。每个样品采集3 kg以上，所有样品的采集、保存和前处理均按照《GB17378—2007海洋监测规范》[11-12]的要求执行。

1.2 样品分析与质量控制

按照《GB17378.6—2007海洋监测规范》[12]规定的原子吸收分光光度法和原子荧光法分别对样品中铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)、铬(Cr)、总汞(Hg)和砷(As)的含量进行检测，每批样品同步设分析空白，并以GBW10024(GSB-15)扇贝成分分析标准物质作为质控样验证方法准确性。

1.3 评价方法

1.3.1 污染状况评价

(1)单因子污染指数法

Si=Ci/Cs，式中：Ci为第i类评价因子的实测浓度，Cs为第i类评价因子的参比标准。

图1 东山湾采样示意图Fig. 1 Sampling map of Dongshan Bay

(2)内梅罗综合污染指数法[13]

(3)金属污染指数(MPI)[4]

(4)污染状况过程评价——养殖生物质量指数ΔRF

养殖生物质量指数法通过对典型养殖生物(僧帽牡蛎)质量的变化情况来表征养殖环境重金属污染状况的变化。

1.3.2 健康风险评价

(1)膳食暴露评估[5-6,14]

2010年WHO/FAO食品添加剂联合专家委员会(JECFA)第72/73次会议撤销了铅和无机砷的暂定每周耐受量(PTWI)(分别为25 μg·(kg bw)-1和15 μg·(kg bw)-1)，提出Pb的基于成人心血管效应收缩压升高的值(CED)1.2 μg·(kg bw·d)-1和按增加0.5%的肺癌发病率确定的无机As基准剂量下限(BMDL0.5)3.0 μg·(kg bw·d)-1进行暴露评估(暴露边界比MOE法)；将Cd的PTWI改为暂定每月耐受量(PTMI)，降低为每月25 μg·(kg bw)-1；鱼贝类食品则延用2006年第67次会议确认的甲基汞PTWI值1.6 μg·(kg bw)-1。

(2)非致癌风险评价

针对膳食摄入途径，采用美国环保局(US EPA)推荐的健康风险评价模型，计算贝类体内重金属污染物对人体产生的非致癌风险，具体公式如下[15-17]：

单一污染物日暴露量的公式为

式中：ADD为污染物日暴露量(mg·(kg·d)-1)；EF为贝类膳食暴露的频率(d·a-1)，多取值365；ED为膳食暴露的时间(a)，一般取值70；10-3为单位换算系数；AT为目标人群平均寿命(d)，取值365×70=25 550。则该公式可简化为

非致癌风险的公式为Rn=ADD/RfD，式中：RfD为污染物的经口参考剂量(mg·(kg·d)-1)。若Rn≤1，表明贝类产品中重金属污染物尚未对人体造成健康风险；Rn>1，表明有很大可能性对人体健康产生影响；Rn>10，表明已经对人体健康造成威胁，存在慢性毒性。

(3)致癌风险评价

致癌风险的公式为Rc=ADD×OSF，式中：OSF为污染物的经口致癌斜率因子(mg·kg-1·d-1)-1。若Rc≤1×10-6，表示贝类产品中重金属污染物不会对人体健康造成致癌风险；1×10-61×10-4，表明可能存在引发癌症的风险。将7种重金属的RfD和OSF列于表1中。

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所有生物样品中重金属含量以湿重计(μg·g-1)，图形采用Origin 9.0(或Excel 2010)及Sufer 8.0制作。

2 结果与分析(Results and analysis)

2.1 贝类体内重金属污染物含量

东山湾养殖贝类体内Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As的含量范围分别在1.02～37.6 μg·g-1(均值9.69 μg·g-1)、0.10～0.37 μg·g-1(均值0.19 μg·g-1)、8.46～184 μg·g-1(均值43.5 μg·g-1)、0.044～2.94 μg·g-1(均值0.65 μg·g-1)、0.097～0.53 μg·g-1(均值0.21 μg·g-1)、0.004～0.021 μg·g-1(均值0.010 μg·g-1)和1.03～2.45 μg·g-1(均值1.69 μg·g-1)。不同贝类体内重金属含量的变异系数范围在36.8～176之间，种间差异明显；同种贝类体内不同重金属污染物含量的变异系数在157～213之间，表明贝类对污染物的累积和代谢能力与贝类品种和污染物类型有关且差异显著。总体而言，贝类对污染物的富集能力呈Zn>Cu>As>Cd>Cr/Pb>Hg的趋势，华贵栉孔扇贝对Cd，牡蛎对Zn和Cu具有明显的选择性吸收，含量分别高出其余贝类品种的4.16～65.8倍、5.11～20.1倍和4.33～35.9倍。

2.2 污染状况分析

如图2(a)所示，按照海洋生物质量第一类标准(GB 18421—2001)[18]，东山湾6种养殖贝类体内重金属单因子污染指数均值顺序依次为Hg

比较6种养殖贝类的综合污染状况：金属指数MPI范围在0.25～1.16之间(均值0.60)，污染程度为菲律宾蛤仔<巴非蛤<翡翠贻贝<鲍<华贵栉孔扇贝<牡蛎(表2)；单因子污染指数均值范围在0.60～3.43之间(均值1.51)，顺序为菲律宾蛤仔<巴非蛤<翡翠贻贝<鲍<牡蛎<华贵栉孔扇贝(图2(b))；内梅罗综合指数P值范围在0.93～10.7之间(均值3.72)，除华贵栉孔扇贝和牡蛎污染程度为重度污染外，其余贝类污染程度均为无污染～轻度污染，顺序为鲍<翡翠贻贝<巴非蛤<菲律宾蛤仔<牡蛎<华贵栉孔扇贝(图2(b))。

表1 水产品中重金属经口摄入的致癌斜率因子及参考剂量Table 1 Oral slope factor of heavy metals in aquatic products by ingestion way and reference dose

注：IRIS为美国综合风险信息系统；致癌物类别A为已知的人体致癌物；B1为很可能的人体致癌物，人体致癌证据有限；B2为可能的人体致癌物，动物致癌证据充分；C为可能的人体致癌物，动物致癌证据不足；D为非人体致癌物。

Note: IRIS stands for Integrated Risk Information System; Carcinogenicity classification A is known human carcinogen; B1 is probable human carcinogen based on limited evidence of carcinogenicity in humans; B2 is probable human carcinogen based on sufficient evidence of carcinogenicity in animals; C is possible human carcinogen; D is not classifiable as to human carcinogenicity.

根据食品中污染物限量标准(GB 2762—2017)[19]，若甲基汞以总汞含量计，无机砷以总砷含量的10%计[7,20-21]，按Si<0.2时为安全，未受污染，0.2≤Si≤0.6时为轻污染，0.61.0为重污染[7]进行评价，除华贵栉孔扇贝Cd含量超标(超标0.47倍)，污染指数为重污染外，6种养殖贝类Hg含量均处于安全范围内，Pb、Cr和无机砷的污染指数处于未受污染～轻污染水平(图2(a))。总体而言，东山湾养殖贝类受到一定程度的重金属污染，但污染水平不高。

表2 东山湾养殖贝类体内重金属含量及限量标准Table 2 Concentrations and guidelines of heavy metals in cultured shellfishes in Dongshan Bay

注： MPI表示金属污染指数。

Note: MPI is metal pollution index.

图2 东山湾养殖贝类单因子污染指数评价结果注：Si表示单因子污染指数，P表示内梅罗综合污染指数。Fig. 2 The single factor polluted index of cultured shellfishes in Dongshan BayNote: Si is single factor contamination index; P is Nemerow composite pollution index.

2.3 健康风险分析

(1)膳食暴露评估

贝类作为常见的经济水产品，是人们膳食的重要组成部分，也是人体暴露于污染物(特别是重金属污染物)的重要途径，由于Cu、Zn是人体必须的微量元素，不作为污染物指标，Cr作为生命过程的必需元素，仅在过量摄入时对组织器官产生毒性[22-23]，此处不对这3种元素进行暴露评估。

福建省人均每天食用水产品60.1～81.2 g[24]，漳州市海水养殖贝类产量约占水产品总产量的48%，则人均贝类消费量约39.0 g·d-1(以高值计)，鲍、贻贝、扇贝、蛤和牡蛎约占贝类产量的1.56%、2.70%、0.45%、19.5%和60.9%[10]，鲍、贻贝、扇贝、蛤和牡蛎人均日消费水平约为0.61、1.05、0.18、7.60和23.8 g(合计33.2 g·d-1)，Pb、Cd、Hg和总砷加权浓度分别为0.22、0.44、0.010和1.98 μg·g-1。由此可知，东山湾6种养殖贝类导致的Pb暴露边界比(MOE)值为9.99；无机砷(按总砷10%计)MOE值为27.4，膳食暴露风险处于较低水平(MOE>1)。Cd的月摄入量EM为7.39 μg·(kg bw)-1，占世界贸易组织(WTO)规定的暂定每月耐受量(PTMI)的29.5%；Hg的周摄入量Ew为0.037 μg·(kg bw)-1，占WTO规定的暂定每周耐受量(PTWI)的2.34%，摄入风险较低。

(2)非致癌风险

按贝类体内重金属加权浓度及人均消费水平计算，膳食摄入时总非致癌风险Rn为0.94，风险水平小于1，尚未对人体造成健康风险，其中无机砷、Cd、Cr、Hg和Zn的贡献率分别为39.0%、26.3%、2.51%、5.70%和26.5%，As、Cd和Zn是主要的风险元素。如图3所示，东山湾养殖贝类多种重金属联合的非致癌风险排序为牡蛎>蛤>翡翠贻贝>华贵栉孔扇贝>鲍。其中，食用牡蛎和蛤的重金属暴露量之和，对贝类膳食摄入时总非致癌风险贡献率高达95.3%，这主要是因为牡蛎和蛤的消费水平较高，二者占所选6种贝类膳食比例的97.4%，而华贵栉孔扇贝含Cd量虽然高于其他贝类品种，但由于人均日消费水平较低，对健康风险的贡献很小。

(3)致癌风险

东山湾5种贝类膳食摄入导致的总致癌风险为1.65×10-4，其中，牡蛎风险指数最高，为1.27×10-4(贡献率达77.0%)，应适当减少膳食摄入的频率；其余蛤、翡翠贻贝、鲍和华贵栉孔扇贝风险指数依次为3.22×10-5、2.91×10-6、1.57×10-6和1.10×10-6，在可接受范围内。

图3 东山湾养殖贝类膳食摄入的非致癌风险评价注：Rn表示非致癌风险；①表示鲍(Haliotis sp.)；②表示华贵栉孔扇贝(Chlamys nobills)；③表示牡蛎(Saccostrea sp.)；④表示蛤；⑤表示翡翠贻贝(Perna viridis)。Fig. 3 The noncarcinogenic risk for ingestion of cultured shellfishes of Dongshan BayNote: Rn is the noncarcinogenic risk; ① is Haliotis sp.; ② is Chlamys nobills; ③ is Saccostrea sp.; ④ is clam; ⑤ is Perna viridis.

贝类体内无机砷占总砷含量的比例与采用的检测方法、贝类品种、产地和环境污染程度等有关[25-27]，按总砷含量10%的比例进行无机砷污染评价可能过高预估了风险水平。如Krishnakumar等[26]认为贝类和有鳍的鱼类体内无机砷和总砷浓度之间没有相关性，且无机砷占比极低(<1.84%)；Peshut等[27]也得出海洋贝类和鱼类体内无机砷含量多占总砷含量0.5%以下，仅少数品种占比能达到1%～5%的结论。随着砷形态分离技术的发展与成熟，液相色谱-原子荧光光谱法(LC-AFS)或液相色谱-电感耦合等离子体质谱法(LC-ICP-MS)的应用，可以更准确地测定和评价无机砷的健康风险。

3 讨论(Discussion)

3.1 污染状况评价

目前，对贝类体内重金属污染物的研究多采用污染指数进行评价，但现行有效的各生物质量标准，对相同污染物的限量值并不一致，如针对海域使用功能和环境保护的“海洋生物质量标准(GB 18421—2001)[18]”中的第一类标准限值适用于海洋渔业水域、海水养殖区等，Cd的限量值为0.2 μg·g-1(海洋贝类)，而基于污染物在可食用部分中允许的最大含量水平的“食品中污染物限量标准(GB 2762—2017)[19]”中，Cd的限量值为2.0 μg·g-1(双壳类等)，二者相差10倍，这使得污染指数的计算结果差异较大，应根据评价需要(环境质量或食品安全)合理选择相应的限量标准。

图4 2010—2017年东山湾僧帽牡蛎污染指数变化情况注：表示污染指数短期(3年)的年平均值；表示污染指数长期(8年)的年平均值。Fig. 4 The change of the pollution index of Saccostrea cucullata in Dongshan Bay from 2010 to 2017Note: is the annual average of pollution index in short term for three years; is the annual average of pollution index in long term for eight years.

由表2可知，牡蛎对Cu、Zn和Cd的富集程度较高，华贵栉孔扇贝体内Cd和Cr含量也高于其余贝类品种，是这2种贝类的主要风险因子，而翡翠贻贝和蛤类的重金属含量相对较低，与汪靖等[28]和姜元欣等[29]的结论一致。贝类对重金属的选择性富集能力主要与贝类品种有关。程家丽等[30]从2001—2015年发表文献中收集牡蛎、菲律宾蛤仔、缢蛏、贻贝、扇贝、毛蚶和螺等多种贝类数据进行统计分析，结果显示，我国东部-南部沿海贝类体内Cu、Pb、Cd、Cr、As和Hg含量分别为26.8、0.49、1.69、0.81、1.45和0.070 μg·g-1(均值)，东山湾养殖贝类体内Cu、Pb、Cd、Cr和Hg含量略低于我国东部-南部沿海贝类的平均水平，As含量相差不大，质量状况较好。

3.2 健康风险评价

海洋食用贝类重金属累积水平与人体健康密切相关，尽管东山湾6种主要养殖贝类受到一定程度重金属的污染，但Pb和无机砷膳食暴露的MOE值分别为9.99和27.4，Cd和Hg的摄入量分别占PTMI和PTWI的29.5%和2.34%，总非致癌风险水平也小于1，总致癌风险略大于1×10-4，有一定的健康风险。风险主要来自牡蛎(对Rn和Rc的贡献率分别为85.1%和77.0%)，主要风险元素为As和Cd，但牡蛎体内富Zn的特性可能对As和Cd的生物毒性有一定拮抗作用[31-32]，提高机体对As和Cd的耐受性。

由于饮食结构的多样性、膳食中污染物含量及相应消费数据的有限性，如何准确获得污染物的膳食暴露水平是健康风险评价的难题。目前评价时多采用贝类体内重金属浓度值平均法(王舟等[33])，或将贝类人均日消费量全部假定为单一品种(程家丽等[7])并在此基础上进行多品种的总食用风险叠加(杜冰等[34])，前者淡化了食用频率高的贝类品种对重金属膳食暴露的影响；后者则加大了食用频率少的贝类品种的影响，特别是后续进行多品种贝类总食用风险叠加时，贝类食用量随着贝类品种数的增加而同步递增，将过高预估其食用风险。姜元欣等[29]则采用贝类消费问卷调查的方法，获得当地主要贝类消费品种及消费量的估算值，并认为该消费特征与贝类相应的价格和产量有关，较准确地对当地居民贝类的食用风险进行定量评估。为了对评估模型进一步简化，参考美国环保局(US EPA)的方法[15]，本文通过贝类各主要品种产量预估其占日常膳食的比例和人均日消费量，获得重金属污染物在多种贝类中的加权浓度，以便较准确地叠加计算多贝类品种多重金属污染物的健康风险。但由于所涉及贝类品种未包含所有可食用贝类(占东山湾海水养殖贝类的85.1%)，无机砷含量采用总砷浓度的10%进行污染评价也存在一定的不确定性，加上未考虑不同重金属之间的拮抗或协同效应以及其他食物的膳食风险和其他暴露途径(呼吸、皮肤等)的贡献，为了确保食用安全性，应酌量降低贝类日常食用的频率。

综上所述，东山湾养殖贝类受到一定程度的重金属污染，按第一类海洋生物质量标准限值进行评价，Pb和As超标率较高，而按食品中污染物限量标准的限值要求，仅华贵栉孔扇贝Cd超标。总体而言，东山湾养殖贝类重金属含量略低于我国东部-南部沿海贝类的平均水平，污染水平不高，且2010—2017年期间污染状况没有明显变化。

通过叠加计算东山湾养殖贝类的健康风险，贝类体内Pb、Cd、Hg和总砷含量的膳食暴露风险均处于较低水平，总非致癌风险不高(Rn<1)，总致癌风险Rc略大于1×10-4，存在一定的健康风险。为了确保食用安全性，应适当降低贝类日常食用的频率。