养殖环境对小龙虾体内的重金属水平及其分布的影响

魏唯　杨春艳　王紫薇　王敏　舒乾伟

摘要    本文对泰州与连云港的小龙虾及养殖底泥和水体进行取样，利用AAS和ICP-AES检测了样品中Zn、Cu、Pb、Cr、Ni和Cd的浓度。结果表明，小龙虾肉可以放心食用，但虾头（含虾黄）与虾壳中重金属均严重超标;龙虾按不同周期检测出来的重金属数据相差不大，按雄雌来分也无明显变化规律。Pearson 相关性分析表明小龙虾体内重金属与底泥高度相关（r>0.8）。人工饲养小龙虾试验结果显示小龙虾体内重金属和水体内的浓度总体上具一定的相关性。

关键词    小龍虾;重金属;环境影响;富集;分布

中图分类号    TS254.7        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）16-0179-03

Effect  of  Culture  Environment  on  Level  and  Distribution  of  Heavy  Metals  in  Crayfish

WEI Wei    YANG Chun-yan    WANG Zi-wei    WANG Min    SHU Qian-wei

（Tianping College， Suzhou University of Science and Technology， Suzhou Jiangsu 215000）

Abstract    This paper sampled crayfish， its cultured sediment and water from Taizhou and Lianyungang， and detected the concentrations of Zn， Cu， Pb， Cr， Ni and Cd in the samples using AAS and ICP-AES. The results showed that the crayfish meat was safe to eat， but the heavy metals in the head （including the yellow shrimp） and shell of crayfish  were seriously exceeded; the heavy metal datas of crayfish detected in different cycles were not much different， and there was no obvious change according to the male and female. Pearson correlation analysis showed that heavy metals in crayfish were highly correlated with sediments （r>0.8）. The experimental results of artificial breeding of crayfish showed that the concentration of heavy metals in crayfish and the water body were generally related to a certain degree.

Key words    crayfish; heavy metal; environmental impact; enrichment; distribution

小龙虾也称克氏原螯虾，其味道鲜美、营养价值高，广受人们欢迎。但由于环境污染等问题，小龙虾也会摄入并富集一些有害元素，如铅、镉等。这些元素对人体健康均有不利影响，比如铅超标会对人体的生殖系统、神经系统、造血系统等造成损伤[1]。随着人们生活水平的提高，人们对食品安全越来越重视，也更加关注养殖环境对小龙虾质量的影响。本文通过试验研究小龙虾体内重金属富集情况，以期为小龙虾食品安全提供参考。

1    材料与方法

1.1    试验材料

1.1.1    仪器和试剂。试验仪器AA-6300C原子吸收分光光度计（日本岛津公司）、ICPE-3000 ICP-AES（日本岛津公司）。所用试剂均为分析纯。浓硝酸、氢氟酸、高氯酸、过氧化氢，购自苏州市亚太化工玻璃仪器有限公司;6种光谱纯金属的标准储备溶液（1 000 mg/L）由其对应的金属溶于适量硝酸后加蒸馏水定容获得。试验用水为蒸馏水。

1.1.2    材料收集。小龙虾购自连云港市灌云县和泰州兴化市农村地区附近的养殖塘，虾的最少样本量和检测量皆符合《水产品抽样标准》（GB/T 30891—2014）中的要求。

在测量不同周期龙虾时，由于无法按照确切的龙虾生长周期来严格划分大、中、小龙虾，所以试验中按照龙虾的个头、重量来划分，小龙虾的平均重量是9.4 g，中龙虾的平均重量是18.8 g，大龙虾的平均重量是31.1 g。

1.2    试验方法

1.2.1    样品前处理。①龙虾样品前处理。将龙虾放入70 ℃烘箱内烘至完全脱水，用磨碎机磨碎至粉状。后称取0.3～0.5 g龙虾粉末于聚四氟乙烯坩埚中，加入10 mL硝酸和2 mL过氧化氢溶解，静置10 min，在制备试液的同时进行全程序试剂空白试验，平行试验3次。②电热板赶酸定容。提前将电热板高温加热10 min，将静置完的样品溶液置电热板上加热，同时观察溶液，至3～5 mL澄清无杂物的溶液后拿出，微冷后加入约10 mL蒸馏水稀释，静置至杯体常温，溶液过滤到50 mL比色管，最后用蒸馏水定容至标线。③底泥样品预处理。用筛子（尼龙筛网为100目）和玻璃研钵对完全干燥的底泥进行反复过筛、研磨，直至几乎全部过筛。称取约0.5 g土样于25 mL聚四氟乙烯坩埚中，用少许水润湿，之后加入15 mL浓HNO3，直至溶解物剩余约5 mL，再加入5 mL HF，最后加入5 mL HClO4，加热至消解物呈淡黄色，蒸至近干，取下冷却，加入适量2% HNO3微热溶解残渣，移入比色管中定容，平行试验3次，在制备土壤试液的同时进行全程序试剂空白试验。

1.2.2    标准曲线的绘制。向6个50 mL比色管中，分别加入0、0.125、0.625、1.250、2.500、5.000 mL 40 μg/mL重金属混标，用2%稀硝酸定容至50 mL标线。利用原子吸收分光光度计测定标准曲线。溶液中Cu、Pb、Cr、Ni的浓度分别为0、0.1、0.5、1.0、2.0、4.0 μg/mL，Zn、Cd的浓度分别为0、0.05、0.10、0.50、1.00、2.00 μg/mL。

1.2.3    小龙虾与水体关系试验。此次试验龙虾从苏州横泾水产品市场购买，共计85只。在试验室人工模拟小龙虾生活环境，刷干净，洗净污泥，小龙虾平均重量约26.7 g。根据《地面水环境质量标准》（GB 3838—1988）中的1～5级水中的限值以及联系《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）中的关于重金属相关含量标准，确定水中投放浓度分别为0.5、0.1、1.0、0.1 mg/L的重金属Cu、Cd、Zn、Pb，每天监测小龙虾体内重金属与水体中重金属浓度。

1.3    数据处理

运用SPSS软件中的Pearson进行相关性分析[2-3]。

2    结果与分析

2.1    养殖环境与小龙虾的相关性分析

2.1.1    不同地区龙虾比较分析。选取的是泰州以及连云港地区的龙虾，如表1所示。连云港龙虾Cu、Zn、Cr的含量明显要高于泰州龙虾。根据限值标准《农产品质量安全无公害水产品安全要求》（GB/T 18406.4—2001）规定Cu≤50 mg/kg，根据《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）可知Pb≤0.5 mg/kg、Cr≤2 mg/kg、Ni≤1 mg/kg，2个标准中均未明确小龙虾体内锌的限值，2个地区样本中除了Cu在标准限值内以外，Pb、Ni均超标，2个地区的龙虾中重金属Zn含量最高。基本来说，小龙虾体内富集元素之间的浓度大小关系为Zn>Cr>Pb>Cu>Ni>Cd，泰州龙虾的Cr未检测出，而连云港龙虾中的Cr超标，并高于Pb含量，2个地区均未检测出重金属Cd的浓度。

2.1.2    不同地区小龙虾的养殖环境分析。由表2可知，《国家渔业水质标准》（GB 11607—1989）规定水体Zn≤0.01 mg/L、Cu≤0.1 mg/L、Ni≤0.1 mg/L、Pb≤0.1 mg/L、Cr≤0.05 mg/L和Cd≤0.000 5 mg/L，在这2个地区的水体中Zn均已经超标，连云港水体中Cu未超标，而其余重金属含量太少，低出检出限，无法测出准确值。已测得泰州水体pH值和连云港水体的pH值均为7左右，《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618—2018）中规定6.5≤pH值≤7.5底泥中Cu≤100 mg/kg、Zn≤250 mg/kg、Ni≤100 mg/kg，《无公害农产品 淡水养殖产地环境条件 》（NY/T 5361—2016）中规定Pb≤60 mg/kg、Cd≤0.5 mg/kg、Cr≤80 mg/kg，在这2个地区底泥中除了Cd未检测出之外，其余重金属均不超标[3]，其中Zn含量最高，泰州地区底泥Cr并未检测出准确值，连云港市底泥中Cr的含量高于Pb，低于Zn，总体符合限值标准，表明泰州与连云港2个地区的土壤、水质情况良好。

由图1与图2可看出，在虾体内重金属与底泥中重金属含量之间关系趋势一致，可初步看出虾样里的重金属含量与底泥中重金属含量有一定的相关性，虾样中Cu含量皆高于底泥，这是由于龙虾通过食物链使Cu在体内不断累积，使生物有机体内Cu浓度超过环境中的浓度[4]。

2.1.3    小龙虾与养殖环境之间的相关性分析。结合2个地区来说，Zn、Pb与底泥中对应的重金属成正相关关系，Zn的相关系数分别为0.952、0.859，Pb的相关系数分别为0.91、0.81。但出现了不对应重金属的负相关，而这个现象出现的原因是小龙虾在不同混合浓度重金属水体条件下对重金属的富集会出现拮抗富集效应。因而2个地区的水样大部分重金属无法测出，故无法做相关性分析（表3）。

2.2    小龙虾体内元素分布情况

由表4可知，重金属Cu、Zn在龙虾部位中均符合标准限值，Pb、Ni在龙虾的头部与虾壳中超标，Cd在龙虾体内并未检测出，Cr在连云港龙虾各部位中则都超标。

总的来说，除了部分重金属以外，整体重金属含量按龙虾头部、外壳、肉依次递减，这是由于龙虾的内脏集中于头部。已有研究表明，一方面可能因为肝脏是生物的解毒器官;另一方面，肝脏可通过抑制相关酶的活性进行自我保护，使代谢物在肝脏内累积[6]，肉中重金属含量符合食品安全相关标准，但龙虾头重金属超标，请勿食用。

2.3    典型龙虾吸收重金属情况

结合2个地区试验数据可知，大、中、小龙虾体内的重金属含量无明显规律。除了个别元素差异较大以外，3个周期的龙虾都相差不大。且公母龙虾基本上也相差无几。泰州公龙虾体内重金属含量整体上比母龙虾略高，连云港母龙虾体内重金属含量总体上呈现出比公龙虾略高的趋势。

2.4    小龙虾与水体之间相关性分析

如表5、6和图3、4所示，投放重金属之后，小龙虾体内的4种重金属浓度总体上呈上升趋势，水体中的Cu、Zn、Cd、Pb整体上呈现先下降后上升趋势，这是由于到后期由于龙虾死亡率较高，只有少量的龙虾吸收水中重金属，因而导致后期水体浓度不减反增。小龙虾对重金属Zn吸收能力强，速率快，对于其余重金属也都有一定的吸收，其速率较缓。由表7可知，小龙虾体内重金属的含量与水体内重金屬含量具有相关性但是并不明显，最高相关系数仅0.581。

由于小龙虾体内含有虾青素，且虾青素含量跟外界环境恶劣程度成正比。虾青素是小龙虾抵抗恶劣环境的重要保障，使其能在污染水体中顽强生存。因此，本次试验通过探究拥有虾青素的小龙虾是否具有净化污水的能力，从而寻找出其潜在环境价值。

试验在一个长约1.4 m，宽约0.85 m，面积约为1.19 m2的桶内进行，于其中放置85只鲜活龙虾。试验结果表明，龙虾的确对于投放的重金属有一定程度的吸收，计算至少需要75只/m2龙虾，然而已有研究表明[9]，龙虾苗最多放养数量为60只/m2，否则会使其存活空间过小导致氧气不足，龙虾极易大批量死亡。若要通过龙虾来实现重金属污染控制，成本太高且可实践性差，因而难以实现。小龙虾喜欢在有土有水的池塘或稻田中打洞穴居，也需要一定的浅滩方便它们呼吸，而储备城市污水的设备都是水泥与钢筋，并不适合小龙虾生存，除污效果往往适得其反。另外，小龙虾每天排出大量的粪便，无活水流动导致其味道刺鼻，加重了污水处理厂的工作负担。综上所述，小龙虾无法实现净化污水的作用[7]。

3    结论与讨论

本试验研究发现，龙虾按不同周期检测出来的重金属含量相差不大，按雄雌来分也无明显变化规律。龙虾头部与虾壳中重金属含量均有所超标，但龙虾肉并未检测到重金属超标，因而人们可以放心食用。关于龙虾与其养殖环境之间的关系，Pearson相关性分析显示，Zn、Pb与底泥中对应的重金属成正相关关系，但同时也出现了不对应重金属的负相关，这是由于小龙虾在不同混合浓度重金属水体条件下对重金属的富集会出现拮抗富集效应。因此，养殖龙虾时应该首选无污染的养殖环境，并定期检测养殖地水体和底泥中重金属含量，从而确保小龙虾肉质安全。

投放重金属到人工饲养小龙虾的水体试验表明，小龙虾与水体重金属含量之间总体上具有相关性，但是并不明显。并且小龙虾并没有净化水体的作用，不适合用作处理污水的生物措施。

4    参考文献

[1] 李友余.铅污染对人体健康的影响[J].求知导刊，2019（6）：26-27.

[2] 介科伟.基于Pearson相关性分析的高校学生恋爱模型[J].首都师范大学学报（自然科学版），2017，38（6）：8-13.

[3] 張宇镭，党琰，贺平安.利用Pearson相关系数定量分析生物亲缘关系[J].计算机工程与应用，2005，41（33）：79-82.

[4] 韩瑞杰，任逸晨，黄涛，等.包头市三类湿地中重金属污染程度及生物富集研究[J].环境工程，2019，37（1）：29-34.

[5] 张振燕.重金属在克氏原螯虾体内吸收与蓄积特性及蓄积过程重金属间相互作用的研究[D].南京：南京师范大学，2013.

[6] 吴春.食物·食物链·生物富集[J].食品与生活，2009（7）：27.