中国海洋湖沼学会主办。
文章信息
- 孙玲玲, 宋金明, 于颖, 孙萱, 刘瑶, 李琛, 林强. 2018.
- SUN Ling-Ling, SONG Jin-Ming, YU Ying, SUN Xuan, LIU Yao, LI Chen, LIN Qiang. 2018.
- 荣成湾14种海洋经济生物体中的重金属水平与食用风险初步评价
- PRELIMINARY ASSESSMENT ON HEAVY METAL LEVELS AND FOOD RISK IN 14 ECONOMIC ORGANISMS OF THE RONGCHENG BAY
- 海洋与湖沼, 49(1): 52-61
- Oceanologia et Limnologia Sinica, 49(1): 52-61.
- http://dx.doi.org/10.11693/hyhz20170500135
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文章历史
- 收稿日期:2017-05-18
- 收修改稿日期:2017-07-10
2. 中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室 青岛 266071;
3. 青岛海洋国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室 青岛 266237
2. CAS Key Laboratory of Marine Ecology and Environmental Sciences, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China;
3. Functional Laboratory for Marine Ecology and Environmental Science, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266237, China
重金属是一类具有潜在危害的可持续污染物, 其污染具有来源广、蓄积性、隐蔽性、长期性、易于沿食物链富集转移、难以降解等特征, 对海洋生物物种和类群产生严重影响, 与其他污染物造成的复合污染可导致海洋生物资源的衰退(许思思等, 2011; 宋金明等, 2017)。海洋生态系统中重金属来源主要包括陆源输入、天然源和大气沉降, 其中陆源输入是海洋重金属污染的主要来源(田金等, 2009)。由不同途径进入海洋水体中的重金属, 部分经过一系列物理化学过程吸附在悬浮颗粒物上, 最终沉降进入海底沉积物中(Hare et al, 2003), 部分被生物体吸收, 并在体内不断累积、转化, 导致生物体内的重金属浓度逐渐增加。重金属污染已经对海洋生态系统的重要组成如生物多样性、生物链完整性以及生物栖息环境等构成了极大的威胁(Pan et al, 2012)。此外, 海洋生态系统中重金属沿食物链累积并迁移, 人们食用被重金属污染的海产品可能存在潜在的健康风险, 最终威胁人类健康。
荣成湾位于山东半岛最东端, 邻近烟威、石岛、连青石渔场, 是多种鱼虾洄游的必经之路, 生物资源十分丰富。但是, 从20世纪60年代开始, 随着工业和农牧业的迅速发展, 近岸海域环境质量和生物质量受到了不同程度的污染。本文选取采自荣成湾近岸海域14种常见海洋经济生物体(鱼类、贝类、甲壳类), 运用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)和原子荧光光谱法(AFS)对其体内7种重金属(Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As)含量进行研究分析。采用单因子污染指数法(SFI)和金属污染指数法(MPI)评价了14种经济生物体重金属污染水平和食用质量水平。在此基础上, 以日摄食量(DI)和目标危害系数(THQ)为评价指标, 分别评估了成人和儿童摄食被污染海产品可能存在的非致癌健康风险。本研究为探明不同经济海洋生物中重金属水平、化学物质-生物相互作用过程奠定基础, 同时也为海洋环境污染评估、海产食品安全研究提供基础数据。
1 材料与方法 1.1 仪器与试剂iCAP Q电感耦合等离子体质谱仪(美国Thermo Fisher公司); AFS-820双道原子荧光光谱仪(北京吉天仪器有限公司); Speed Wave MWS-4微波消解仪(德国Berghof公司); BT125D电子天平(德国Sartorius公司); 移液枪(100—1000μL、0.5—5mL, 德国Eppendorf公司); Milli-Q Direct 8超纯水仪(美国Millipore公司)。
HNO3(优级纯, 国药集团化学试剂有限公司); H2O2(优级纯, 国药集团化学试剂有限公司); N9300233多种元素混合标准溶液(10mg/L, 美国Perkin Elmer公司); MSHG-10PPM汞标准溶液(10mg/L, 美国Inorganic Ventures公司); 1323770 Tune B iCAP Q调谐液(美国Thermo Fisher公司); GBW10024扇贝成分分析标准物质(中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所); 超纯水(电阻率18.2MΩ·cm)。
1.2 试验材料本实验所选实验样品于2016年3月采自荣成湾近岸海域, 包括白姑(Argyrosomus argentatus)、黄姑(Nibea albiflora)、焦氏舌鳎(Cynoglossus joyneri)、星鳗(Astroconger myriaster)、六线鱼(Hexagrammos otakii)、高眼鲽(Cleisthenes herzensteini)六种鱼类, 栉孔扇贝(Chlamys farreri)、贻贝(Mytilus edulis)、红螺(Rapana thomasiana)、棒锥螺(Turritella bacillum)四种贝类, 鹰爪虾(Trachypenaeus curvirostris)、对虾(Penaeus orientalis)、口虾蛄(Oratosquilla oratoria)和三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)四种甲壳类。新鲜生物样品去壳, 先用自来水冲洗3遍, 再用超纯水冲洗3遍, 最后用吸水纸吸干表面水分, 取其肌肉组织或软组织, 捣碎机捣碎, 供微波消解备用。
1.3 样品预处理和分析方法 1.3.1 样品预处理样品前处理方法采用微波密闭消解法(孙玲玲等, 2014)。准确称取0.500g生物样品于微波消解罐中, 先后加入5.0mL HNO3和1.0mL H2O2, 加盖后静置过夜。次日, 将静置过夜的消解罐对称放入微波消解仪中, 按消解程序进行消解。消解完毕, 待消解罐内温度低于40℃时取出, 置于电热板赶酸。赶酸完毕, 将样品溶液全部转移至25.0mL容量瓶中, 用超纯水定容至刻度, 摇匀, 上机备用。同法进行试剂空白和质控样品的前处理。
1.3.2 样品重金属含量测定生物样品中重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As的分析测定按照《海洋监测技术规程》第3部分(HY/T 147.3-2013) (国家海洋局, 2013)、《海洋监测规范》第6部分(GB17378.6-2007) (中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等, 2008)中规定的分析方法进行。其中Cu、Pb、Zn、Cd和Cr采用电感耦合等离子体质谱法测定, Hg和As采用原子荧光光谱法测定。
电感耦合等离子体质谱法分析。仪器开机预热20min后, 用Tune B调谐液对仪器进行最优化选择, 使仪器的灵敏度、稳定性、氧化物和双电荷等各项指标达到检测要求。具体工作参数如下:射频功率1550W, 等离子体气流量14L/min, 雾化气流量1.03L/min, 辅助气流量0.80L/min, 采样深度5.0mm, 矩管水平位置-0.27mm, 矩管垂直位置0.50mm, 雾室温度(2±0.1)℃, 蠕动泵转速40r/min, 获取点数30, 扫描方式为跳峰, 重复测定次数为3次, Li>50000CPS, Co>100000CPS, In>220000CPS, U>300000CPS, 氧化物指标(140Ce16O/140Ce)为1.93%, 双电荷指标(137Ba++/137Ba)为2.08%。为消除ICP-MS检测过程中产生的质谱干扰, 同位素63Cu、208Pb、66Zn、111Cd和52Cr采用QCell技术, 使用高纯氦气作为碰撞气, 在KED模式下进行分析。同时在线加入103Rh内标溶液, 有效消除因基体效应导致的仪器信号漂移和信号抑制等问题, 保证了测量结果的精准度。采用此条件测定, 14种生物体Cu、Pb、Zn、Cd和Cr的加标回收率在95.1%—103.5%之间, 3次平行测定的相对标准偏差为0.37%—2.76%, 均符合相关检测标准及要求。
原子荧光光谱法分析。仪器最佳工作条件如下:光电倍增管负高压270V, 灯电流30mA, 原子化器高度8mm, 载气流量300mL/min, 屏蔽气流量800mL/min, 注入量0.5mL, 测量方式为校准曲线, 读数方式为峰面积, 读数时间10s, 延迟时间1.0s。采用此条件测定, 14种生物体Hg和As的加标回收率为89.6%—94.8%, 3次平行测定的相对标准偏差为1.25%—3.90%, 均符合相关检测标准及要求。
1.3.3 质量控制采用扇贝成分分析标准物质(GBW10024)控制分析质量。扇贝成分分析标准物质7种重金属测定标准曲线相关系数均大于0.999, 方法检出限为0.002—0.086μg/kg, 加标回收率为93.6%— 104.8%, 3次平行测定的相对标准偏差为0.60%— 2.55%, 表明本实验对样品的检测方法符合分析要求。
1.4 评价方法及标准 1.4.1 海洋生物重金属污染水平评价本文依据《海洋生物质量》(GB18421-2001) (中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 2004), 采用单因子污染指数法(Single Factor Index, SFI) (中华人民共和国环境保护部, 2009)和金属污染指数法(Metal Pollution Index, MPI) (Usero et al, 1997; Hao et al, 2013), 对本研究区域的14种海洋生物的污染程度和重金属富集水平差异性进行评价。
式中, SFI为重金属i污染指数; Ci为生物体中重金属i的实测含量(mg/kg, 鲜重); Si为重金属i的评价标准值(mg/kg, 鲜重)。
运用单因子污染指数法评价海洋生物重金属污染程度。目前国内尚无明确的等级标准, 一般认为, 污染指数SFI<0.2时, 属正常背景值水平; SFI=0.2—0.6时, 属轻污染水平; SFI=0.6—1.0时, 属中度污染水平; 当SFI>1.0时, 属重污染水平。所以, 当SFI<1.0时, 生物质量符合标准; 当SFI>1.0时, 生物质量超标(黄长江等, 2007)。
式中, Cn为样品中第n种重金属的浓度(mg/kg, 鲜重); n为评价元素个数。
1.4.2 海洋生物食用安全质量评价依据《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762-2012) (中华人民共和国卫生部, 2013)和《无公害食品水产品中有毒有害物质限量》(NY5073-2006) (中华人民共和国农业部, 2006)对经济生物体内Cu、Pb、Cd、Cr、Hg、As等6种重金属进行食用安全质量评价。目前, 由于我国国家标准和行业标准对重金属Zn限量指标均无明确规定, 因此, 本文不对其进行食用安全质量评价。
1.4.3 重金属暴露健康风险评估本文以人体每日从海产品中摄入重金属的量(Daily Intake, DI) (Copat et al, 2012)和目标危害系数(Target Hazard Quotient, THQ) (USEPA, 2000)为评价指标, 评估人体食用受重金属污染海产品的摄入风险。
式中, DI为日摄入量[μg/(kg·d)]; FIR为食品摄入量(g/d), 成人FIR为55g/d, 儿童FIR为17.4g/d (Zheng et al, 2007); C为海产品中重金属浓度(mg/kg, 鲜重); BW为平均体重(kg), 成人BW为55.9kg, 儿童BW为32.7kg (Zheng et al, 2007)。
THQ是美国国家环境保护局(U.S. Environmental Protection Agency, USEPA)建立的一种评价人群健康风险的方法, 该方法既可评价单一重金属的健康风险, 也可评价多种重金属复合暴露的健康风险THQs (总目标危险系数, Target Hazard Quotients)。该评价方法将重金属人体摄入剂量与标准限值的比值作为风险评价标准。THQ<1, 说明暴露人群没有明显的非致癌健康风险; THQ>1, 说明暴露人群存在潜在非致癌的健康风险; THQ值越大表明有害重金属对人体健康的非致癌风险越严重。
式中, EF为人群暴露频率(365d/y); ED为暴露时间, 成人70年, 儿童10年; RfDo (Oral Reference Dose)为参考剂量, 评价非致癌性健康效应的毒性阈值; AT为暴露时间, 非致癌污染物暴露时间为365d/y×暴露年数(成人70年, 儿童10年); i为评价元素个数; FIR、C和BW表示的含义与公式(3)相同。
由于美国国家环境保护局对Pb的RfDo没有做出规定, 因此Pb的THQ按公式(6)计算(Liu et al, 2009)。
式中, C为海产品中重金属浓度(mg/kg, 鲜重); MRL(Maximum Regulation Limit)为参考剂量(EC, 2006)。
2 结果与讨论 2.1 经济生物体中重金属含量14种经济生物体中7种重金属含量结果见表 1。由表 1可知, 7种重金属在14种生物体中平均含量由高到低依次为Zn>Cu>Cr>As>Pb>Cd>Hg。Zn含量最高, 变化范围为3.279—29.73mg/kg, 平均含量为11.85mg/kg, 其中, 栉孔扇贝中Zn含量高达29.73mg/kg。Cu含量次之, 其中, 红螺中Cu含量高达13.14mg/kg。Cr、Pb、As和Hg在14种生物体内的含量差异相对较小, 变化范围分别为0.128— 0.762、0.118—0.589、0.114—0.658、0.025—0.065mg/kg, 平均含量分别为0.505、0.275、0.286、0.039mg/kg。Cu和Cd在不同生物体内的含量差异相对较大, 变化范围分别为0.579—13.14mg/kg和0.012—0.195mg/kg, 平均含量分别为3.886、0.085mg/kg。Hg总平均含量在7种重金属中最低。
生物样品 | 元素 | 金属污染指数MPI | |||||||
Cu | Pb | Zn | Cd | Cr | Hg | As | |||
鱼类 | 白姑 | 0.615 | 0.187 | 4.433 | 0.034 | 0.496 | 0.049 | 0.189 | 0.260 |
黄姑 | 1.014 | 0.143 | 5.488 | 0.012 | 0.569 | 0.058 | 0.244 | 0.258 | |
焦氏舌鳎 | 0.579 | 0.186 | 3.279 | 0.028 | 0.234 | 0.037 | 0.271 | 0.218 | |
星鳗 | 1.016 | 0.290 | 6.010 | 0.047 | 0.615 | 0.044 | 0.340 | 0.359 | |
六线鱼 | 0.678 | 0.127 | 3.985 | 0.032 | 0.128 | 0.065 | 0.154 | 0.203 | |
高眼鲽 | 0.852 | 0.197 | 7.880 | 0.020 | 0.549 | 0.043 | 0.308 | 0.295 | |
贝类 | 栉孔扇贝 | 1.873 | 0.118 | 29.73 | 0.044 | 0.677 | 0.028 | 0.204 | 0.379 |
贻贝 | 4.415 | 0.208 | 26.22 | 0.042 | 0.496 | 0.033 | 0.251 | 0.457 | |
红螺 | 13.14 | 0.589 | 22.95 | 0.195 | 0.762 | 0.040 | 0.530 | 0.920 | |
棒锥螺 | 12.15 | 0.253 | 19.09 | 0.189 | 0.619 | 0.025 | 0.658 | 0.732 | |
甲壳类 | 口虾蛄 | 5.916 | 0.351 | 11.59 | 0.118 | 0.573 | 0.035 | 0.114 | 0.487 |
鹰爪虾 | 4.830 | 0.275 | 9.652 | 0.141 | 0.473 | 0.029 | 0.246 | 0.483 | |
三疣梭子蟹 | 3.900 | 0.558 | 7.260 | 0.150 | 0.539 | 0.036 | 0.221 | 0.519 | |
对虾 | 3.425 | 0.368 | 8.351 | 0.132 | 0.344 | 0.025 | 0.268 | 0.440 | |
平均值 | 3.886 | 0.275 | 11.85 | 0.085 | 0.505 | 0.039 | 0.286 |
3类生物体重金属平均含量具有一定规律性。由表 2可知, 鱼类: Zn>Cu>Cr>As>Pb>Hg>Cd; 贝类: Zn>Cu>Cr>As>Pb>Cd>Hg; 甲壳类: Zn>Cu>Cr>Pb>As>Cd>Hg。7种重金属含量在3类生物体中的变化趋势基本一致。Zn和Cu作为生物体生长的必需元素, 被生物体富集能力最高, 在3类生物体中的含量均较高, 这2种元素被生物体吸收后大部分都参与了体内生物酶的合成, 成为机体组织的一部分(陆健健, 1990)。其他5种重金属是生物体需量甚微甚至有致害影响的元素, 故在体内的富集量也相对较少。
生物体 | 样品数 | 重金属含量 | ||||||
Cu | Pb | Zn | Cd | Cr | Hg | As | ||
鱼类 | 6 | 0.579—1.016 | 0.127—0.290 | 3.279—7.880 | 0.012—0.047 | 0.128—0.615 | 0.037—0.065 | 0.140—0.408 |
(0.792) | (0.188) | (5.179) | (0.029) | (0.432) | (0.049) | (0.251) | ||
贝类 | 4 | 1.873—13.14 | 0.118—0.589 | 19.09—29.73 | 0.042—0.195 | 0.496—0.762 | 0.025—0.040 | 0.451—0.704 |
(7.895) | (0.292) | (24.50) | (0.118) | (0.639) | (0.032) | (0.411) | ||
甲壳类 | 4 | 3.425—5.916 | 0.275—0.558 | 7.26—11.59 | 0.118—0.150 | 0.344—0.573 | 0.025—0.036 | 0.114—0.368 |
(4.518) | (0.388) | (9.213) | (0.135) | (0.482) | (0.031) | (0.212) | ||
注:括号内数值为平均含量 |
由表 2可知, 不同生物类群对同一重金属的富集能力具有一定差异。Cu、Zn、Cr平均含量由高到低均为:贝类>甲壳类>鱼类; Pb和Cd:甲壳类>贝类>鱼类; As:贝类>鱼类>甲壳类; Hg:鱼类>贝类>甲壳类。总体而言, 贝类体内重金属含量最高, 其次是甲壳类, 鱼类最低。贝类对多数重金属的富集能力强于甲壳类和鱼类, 特别是对Zn的富集能力尤为显著。
由表 2可以看出, 贝类和甲壳类生物体内重金属Cu和Cd含量远高于鱼类, 贝类生物体Cu、Cd含量分别高于鱼类9.97倍和4.07倍, 甲壳类生物体Cu、Cd含量分别高于鱼类5.70倍和4.66倍, 与文献的研究结果相同(Mathis et al, 1973; 崔毅, 1997)。这可能与陆地径流排入海洋的重金属在河口浅海区大量沉积于淤泥中, 以及不同生物体的生活习性、生理特性以及蓄积重金属的特定生理方式有关(王文雄等, 2004; 张敬怀等, 2006)。贝类长期栖息于海底底泥中, 甲壳类一般栖息于靠近底质的环境中, 而沉积物和底质中重金属含量较高, 会对周围生活的生物体中重金属含量产生一定的影响(Esslemont, 2000; Cheggour et al, 2005)。此外, 在受Cu和Cd的污染胁迫时, 甲壳类生物能产生应激效应, 诱导体内金属巯蛋白的分泌增加, 而金属巯蛋白中的巯基与Cu2+、Cd2+金属离子具有较高的结合力和亲和力, 从而使甲壳类更容易富集、累积重金属, 且积累量与产生金属巯蛋白的能力成正比关系(Talbot et al, 1982)。鱼类重金属含量低于贝类和甲壳类(As、Hg除外), 这与其栖息水层及摄食习惯有密切关系。鱼类活动范围大, 远离重金属含量高的沉积物, 其对重金属积累部位主要是肝、胰脏和鳃, 肌肉累积的量相对较少。
鱼类体内Hg含量高于贝类和甲壳类, 可能由于Hg(尤其是甲基汞)是一种具有较强脂溶性的重金属, 相对来说, 鱼类中脂肪含量比贝类、甲壳类更丰富, 因此鱼类更容易被吸收并蓄积Hg, 同时Hg在鱼类体内代谢缓慢, 能长期在鱼类体内蓄积, 最终使鱼类体内Hg的含量随体重和年龄的增加而增高(孟紫强, 2000)。
2.2 生物体中重金属污染水平评价按照海洋生物质量国家标准(GB 18421-2001) (中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 2004)的规定, 海洋生物质量按照海域的使用功能和环境保护的目标划分为三类, 第一类生物质量最优, 第二类生物质量次之, 第三类生物质量相对较差。三类海洋生物质量7种重金属标准值如表 3所示。
元素 | 第一类 | 第二类 | 第三类 |
Cu | ≤10 | ≤25 | ≤50(牡蛎100) |
Pb | ≤0.1 | ≤2.0 | ≤6.0 |
Zn | ≤20 | ≤50 | ≤100(牡蛎500) |
Cd | ≤0.2 | ≤2.0 | ≤5.0 |
Cr | ≤0.5 | ≤2.0 | ≤6.0 |
Hg | ≤0.05 | ≤0.10 | ≤0.30 |
As | ≤1.0 | ≤5.0 | ≤8.0 |
依据《海洋生物质量》国家标准, 采用单因子污染指数法和金属污染指数对本文14种海洋生物体重金属含量进行污染水平评价, 具体分析结果见表 1、表 4和图 1。
生物体 | 类别 | Cu | Pb | Zn | Cd | Cr | Hg | As | |
鱼类 | 按第一类 | SFI范围 | 0.058—0.102 | 1.270—2.900 | 0.164—0.394 | 0.060—0.235 | 0.256—1.230 | 0.860—1.300 | 0.154—0.340 |
SFI均值 | 0.079 | 1.883 | 0.259 | 0.144 | 0.864 | 0.987 | 0.251 | ||
按第二类 | SFI范围 | 0.023—0.041 | 0.064—0.145 | 0.003—0.008 | 0.006—0.024 | 0.064—0.308 | 0.370—0.650 | 0.031—0.068 | |
SFI均值 | 0.032 | 0.094 | 0.005 | 0.015 | 0.216 | 0.493 | 0.050 | ||
贝类 | 按第一类 | SFI范围 | 0.187—1.314 | 1.180—5.890 | 0.955—1.487 | 0.210—0.975 | 0.992—1.524 | 0.500—0.800 | 0.204—0.658 |
SFI均值 | 0.790 | 2.920 | 1.225 | 0.588 | 1.277 | 0.630 | 0.411 | ||
按第二类 | SFI范围 | 0.075—0.526 | 0.059—0.295 | 0.019—0.030 | 0.021—0.098 | 0.248—0.381 | 0.250—0.400 | 0.041—0.132 | |
SFI均值 | 0.316 | 0.146 | 0.025 | 0.059 | 0.320 | 0.315 | 0.082 | ||
甲壳类 | 按第一类 | SFI范围 | 0.343—0.592 | 2.750—5.580 | 0.363—0.580 | 0.590—0.750 | 0.688—1.146 | 0.500—0.720 | 0.114—0.268 |
SFI均值 | 0.452 | 3.880 | 0.461 | 0.676 | 0.965 | 0.625 | 0.212 | ||
按第二类 | SFI范围 | 0.137—0.237 | 0.138—0.279 | 0.007—0.012 | 0.059—0.075 | 0.172—0.287 | 0.250—0.360 | 0.023—0.054 | |
SFI均值 | 0.181 | 0.194 | 0.009 | 0.068 | 0.242 | 0.313 | 0.042 | ||
注: SFI:单因子污染指数 |
从三类生物体的污染指数来看, 与第一类海洋生物质量相比, 鱼类、贝类和甲壳类的Pb的污染指数100%超过1.0, 最高的甲壳类达到三倍以上, SFI均值为3.880, SFI范围为2.750—5.580, 属于重度污染水平, 可见Pb是荣成湾海域的主要污染因子。与第二类海洋生物质量相比, 鱼类、贝类和甲壳类的Pb的平均污染指数均小于0.2, 属于正常背景值水平。
鱼类、贝类和甲壳类另一污染指数较高的元素为Cr, 与第一类海洋生物质量相比, SFI均值分别为0.864、1.277和0.965。鱼类和甲壳类SFI小于1.0, 属于中度污染水平, 贝类SFI大于1.0, 属于重度污染水平。与第二类海洋生物质量相比, 鱼类、贝类和甲壳类的Cr的SFI平均范围为0.216—0.320, 污染指数介于0.2与0.6之间, 均属于轻度污染水平。
Hg在三类生物体中的污染指数也较高, 与第一类海洋生物质量相比, SFI均值分别为0.987、0.630和0.625, 属于中度污染水平, 其中鱼类中的六线鱼SFI高达1.300。与第二类海洋生物质量相比, 鱼类、贝类和甲壳类的Cr的SFI平均范围为0.313—0.493, 污染指数介于0.2与0.6之间, 属于轻度污染水平。
与第一类海洋生物质量相比, 鱼类中Cu、Zn、Cd、As属于正常背景值水平或轻度污染水平, 而贝类和甲壳类则属于轻度或中度污染水平。与第二类海洋生物质量相比, 除贝类中Cu外, 其他上述元素的SFI均小于0.2, 属于正常背景值水平。
14种生物体重金属综合污染指数差异性分析结果见表 1和图 1。分析可知, 红螺对重金属富集能力最强, MPI值高达0.920, 其次为棒锥螺, MPI值为0.732。整体而言, 贝类对重金属的富集能力最强, MPI值为0.379—0.920;其次是甲壳类, MPI范围为0.440—0.519;鱼类对重金属的富集能力相对较低, MPI在0.203—0.359之间, 六线鱼的重金属富集能力最低, MPI值为0.203。这与2.1.2的分析结果相吻合。
综上所述, 与第一类海洋生物质量相比, 鱼类、贝类和甲壳类中的Pb以及贝类中部分生物体中Zn和Cr, 其SFI均值大于1.0, 生物质量超标; 3类生物体中的其他重金属元素SFI均值均小于1.0, 重金属污染状况总体较轻, 生物质量符合标准。与第二类海洋生物质量相比, 鱼类、贝类和甲壳类重金属元素SFI均值均小于1.0, 生物质量良好。红螺对重金属富集能力最强, 六线鱼的重金属富集能力最低。荣成湾近海海域几乎所有生物体受到Pb和Cr的中到重度污染, 因此相关部门应当引起高度重视, 加强对这两种重金属污染的控制和监管。
2.3 生物体中重金属食用质量评价本文依据NY5073-2006《无公害食品水产品中有毒有害物质限量》和GB 2762-2012《食品安全国家标准食品中污染物限量》对荣成湾海域14种生物体中重金属含量进行食用安全质量评价, 评价标准参照表 5。其中, Cu、Pb、Cd、Hg和As依据NY5073-2006, Cr依据GB 2762-2012。
种类 | NY5073-2006 | GB 2762-2012 | |||||
Cu | Pb | Cd | Hg | As | Cr | ||
鱼类 | 50 | 0.5 | 0.1 | 0.5 | 0.1 | 2.0 | |
贝类 | 50 | 1.0 | 1.0 | 0.5 | 0.5 | 2.0 | |
甲壳类 | 50 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 2.0 |
由表 1和表 5可知, 6种鱼类中总As和2种贝类中总As, 以及1种甲壳类中的Pb含量都超出国家标准规定的人体消费卫生标准, 生物体中其他重金属含量均在海产品食品安全标准范围内。
14种经济生物体中有8种生物体中As含量超标, 其中棒锥螺中As单因子污染指数高达6.58, 由此可见, 贝类对As具有较高富集能力。过量有毒As摄入体内后, 经血液循环迅速分布至全身, 导致皮肤、神经、心、肺等多种器官和组织功能上的异常改变, 长期As暴露严重时会引发皮肤、肺脏等肿瘤(王秀红等, 2005)。据相关报道, 无机砷约占总砷含量的10% (Lee et al, 2006)。砷元素毒性大小因其形态的不同而差别极大, 无机砷毒性通常比有机砷大很多, 有些有机砷的生理毒性甚至不到无机砷的0.1% (李卫华等, 2003)。海洋生物体中砷大多以低毒有机砷形式存在, 毒性较大的无机砷含量很少(Kaise et al, 1992)。本文所调查分析的砷含量为生物体中总砷含量, 虽总量较高, 但按无机砷占总砷含量的10%计算, 14种经济生物体中无机砷含量均在人体消费卫生标准范围之内。
Pb是一种具有蓄积性的有害无益的重金属, 既可以产生非致癌的健康损伤, 又可以带来致癌性风险, 严重危害人类健康。Pb频繁暴露, 会对人体消化系统、造血系统、神经系统和肾脏等造成危害, 引发智力低下、反应迟钝、贫血等症状(Vieira et al, 2011; 姚智卿, 2011)。
2.4 海产食品健康风险评价海产品富含人体必需的多种微量元素, 营养价值极高, 是人们膳食营养的主要来源之一。本文以DI和THQ为评价指标, 评估了受重金属污染的海产品摄入风险, 结果见表 6和表 7。参考剂量RfDo的标准限值见表 8 (USEPA, 2016)。
重金属 | Cu | Pb | Zn | Cd | Cr | Hg | As | |||||||||||||
成人 | 儿童 | 成人 | 儿童 | 成人 | 儿童 | 成人 | 儿童 | 成人 | 儿童 | 成人 | 儿童 | 成人 | 儿童 | |||||||
白姑 | 0.61 | 0.33 | 0.18 | 0.10 | 4.36 | 2.36 | 0.03 | 0.02 | 0.49 | 0.26 | 0.05 | 0.03 | 0.19 | 0.10 | ||||||
黄姑 | 1.00 | 0.54 | 0.14 | 0.08 | 5.40 | 2.92 | 0.01 | 0.01 | 0.56 | 0.30 | 0.06 | 0.03 | 0.24 | 0.13 | ||||||
焦氏舌鳎 | 0.57 | 0.31 | 0.18 | 0.10 | 3.23 | 1.74 | 0.03 | 0.01 | 0.23 | 0.12 | 0.04 | 0.02 | 0.27 | 0.14 | ||||||
星鳗 | 1.00 | 0.54 | 0.29 | 0.15 | 5.91 | 3.20 | 0.05 | 0.03 | 0.61 | 0.33 | 0.04 | 0.02 | 0.33 | 0.18 | ||||||
六线鱼 | 0.67 | 0.36 | 0.12 | 0.07 | 3.92 | 2.12 | 0.03 | 0.02 | 0.13 | 0.07 | 0.06 | 0.03 | 0.15 | 0.08 | ||||||
高眼鲽 | 0.84 | 0.45 | 0.19 | 0.10 | 7.75 | 4.19 | 0.02 | 0.01 | 0.54 | 0.29 | 0.04 | 0.02 | 0.30 | 0.16 | ||||||
栉孔扇贝 | 1.84 | 1.00 | 0.12 | 0.06 | 29.3 | 15.8 | 0.04 | 0.02 | 0.67 | 0.36 | 0.03 | 0.01 | 0.20 | 0.11 | ||||||
贻贝 | 4.34 | 2.35 | 0.20 | 0.11 | 25.8 | 14.0 | 0.04 | 0.02 | 0.49 | 0.26 | 0.03 | 0.02 | 0.25 | 0.13 | ||||||
红螺 | 12.9 | 6.99 | 0.58 | 0.31 | 22.6 | 12.2 | 0.19 | 0.10 | 0.75 | 0.41 | 0.04 | 0.02 | 0.52 | 0.28 | ||||||
棒锥螺 | 12.0 | 6.47 | 0.25 | 0.13 | 18.8 | 10.2 | 0.19 | 0.10 | 0.61 | 0.33 | 0.02 | 0.01 | 0.65 | 0.35 | ||||||
口虾蛄 | 5.82 | 3.15 | 0.35 | 0.19 | 11.4 | 6.17 | 0.12 | 0.06 | 0.56 | 0.30 | 0.03 | 0.02 | 0.11 | 0.06 | ||||||
鹰爪虾 | 4.75 | 2.57 | 0.27 | 0.15 | 9.50 | 5.14 | 0.14 | 0.08 | 0.47 | 0.25 | 0.03 | 0.02 | 0.24 | 0.13 | ||||||
三疣梭子蟹 | 3.84 | 2.08 | 0.55 | 0.30 | 7.14 | 3.86 | 0.15 | 0.08 | 0.53 | 0.29 | 0.04 | 0.02 | 0.22 | 0.12 | ||||||
对虾 | 3.37 | 1.82 | 0.36 | 0.20 | 8.22 | 4.44 | 0.13 | 0.07 | 0.34 | 0.18 | 0.02 | 0.01 | 0.26 | 0.14 | ||||||
MTDI | 50—500 | 3.57 | 300—1000 | 1 | 0.83—33.3 | 0.71 | 2.14 | |||||||||||||
参考文献 | JECFA (1982) | JECFA (2000) | JECFA (1982) | JECFA (2011a) | NRC (1989) | JECFA (2011b) | JECFA (1989) |
海产品 | 类别 | THQ | THQs | ||||||
Cu | Pb | Zn | Cd | Cra | Hg | As | |||
白姑 | 成人 | 0.015 | 0.374 | 0.015 | 0.033 | 0.163 | 0.482 | 0.620 | 1.702 |
儿童 | 0.008 | 0.374 | 0.008 | 0.018 | 0.088 | 0.261 | 0.335 | 1.092 | |
黄姑 | 成人 | 0.025 | 0.286 | 0.018 | 0.012 | 0.187 | 0.571 | 0.800 | 1.899 |
儿童 | 0.013 | 0.286 | 0.010 | 0.006 | 0.101 | 0.309 | 0.433 | 1.158 | |
焦氏舌鳎 | 成人 | 0.014 | 0.372 | 0.011 | 0.028 | 0.077 | 0.364 | 0.889 | 1.755 |
儿童 | 0.008 | 0.372 | 0.006 | 0.015 | 0.042 | 0.197 | 0.481 | 1.121 | |
星鳗 | 成人 | 0.025 | 0.580 | 0.020 | 0.046 | 0.202 | 0.433 | 1.115 | 2.421 |
儿童 | 0.014 | 0.580 | 0.011 | 0.025 | 0.109 | 0.234 | 0.603 | 1.576 | |
六线鱼 | 成人 | 0.017 | 0.254 | 0.013 | 0.031 | 0.042 | 0.640 | 0.505 | 1.502 |
儿童 | 0.009 | 0.254 | 0.007 | 0.017 | 0.023 | 0.346 | 0.273 | 0.929 | |
高眼鲽 | 成人 | 0.021 | 0.394 | 0.026 | 0.020 | 0.180 | 0.423 | 1.010 | 2.074 |
儿童 | 0.011 | 0.394 | 0.014 | 0.011 | 0.097 | 0.229 | 0.546 | 1.302 | |
栉孔扇贝 | 成人 | 0.046 | 0.236 | 0.098 | 0.043 | 0.222 | 0.275 | 0.669 | 1.589 |
儿童 | 0.025 | 0.236 | 0.053 | 0.023 | 0.120 | 0.149 | 0.362 | 0.968 | |
贻贝 | 成人 | 0.109 | 0.416 | 0.086 | 0.041 | 0.163 | 0.325 | 0.823 | 1.963 |
儿童 | 0.059 | 0.416 | 0.047 | 0.022 | 0.088 | 0.176 | 0.445 | 1.253 | |
红螺 | 成人 | 0.323 | 1.178 | 0.075 | 0.192 | 0.250 | 0.394 | 1.738 | 4.150 |
儿童 | 0.175 | 1.178 | 0.041 | 0.104 | 0.135 | 0.213 | 0.940 | 2.786 | |
棒锥螺 | 成人 | 0.299 | 0.506 | 0.063 | 0.186 | 0.203 | 0.246 | 2.158 | 3.661 |
儿童 | 0.162 | 0.506 | 0.034 | 0.101 | 0.110 | 0.133 | 1.167 | 2.213 | |
口虾蛄 | 成人 | 0.146 | 0.702 | 0.038 | 0.116 | 0.188 | 0.344 | 0.374 | 1.908 |
儿童 | 0.079 | 0.702 | 0.021 | 0.063 | 0.102 | 0.186 | 0.202 | 1.355 | |
鹰爪虾 | 成人 | 0.119 | 0.550 | 0.032 | 0.139 | 0.155 | 0.285 | 0.807 | 2.087 |
儿童 | 0.064 | 0.550 | 0.017 | 0.075 | 0.084 | 0.154 | 0.436 | 1.380 | |
三疣梭子蟹 | 成人 | 0.096 | 1.116 | 0.024 | 0.148 | 0.177 | 0.354 | 0.725 | 2.640 |
儿童 | 0.052 | 1.116 | 0.013 | 0.080 | 0.096 | 0.192 | 0.392 | 1.941 | |
对虾 | 成人 | 0.084 | 0.736 | 0.027 | 0.130 | 0.113 | 0.246 | 0.879 | 2.215 |
儿童 | 0.046 | 0.736 | 0.015 | 0.070 | 0.061 | 0.133 | 0.475 | 1.536 | |
注: a按Cr(Ⅵ)计算 |
联合国粮农组织和世界卫生组织(FAO/WHO)建议Cu、Zn的每日允许摄入量(Acceptable Daily Intake, ADI)分别为0—500和300—1000μg/kg·bw/d, Pb、Cd、总Hg、无机As的每周可耐受摄入量(Provisional Tolerable Weekly Intake, PTWI)分别为25、7、5、15μg/kg bw/w。美国国家研究委员会(NRC, 1989)建议Cr的每日允许摄入量(Maximum Tolerable Daily Intake, MTDI)为0.83—33.3μg/kg·bw/w。
重金属 | Cu | Pb | Zn | Cd | Cr(Ⅲ) | Cr(Ⅵ) | 甲基Hg | 无机As |
RfDo | 0.04 | — | 0.3 | 0.001 | 1.5 | 0.003 | 0.0001 | 0.0003 |
MRL | — | 0.5 | — | — | — | — | — | — |
由表 6可知, 本文所调查的14种海产品, 成人和儿童食用后, 对于考察的Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As等7种重金属元素, 其每日摄食量均低于FAO/ WHO规定的每日最大允许摄入量。结果表明, 人们以低食用频率摄食这些海产品相对来说比较安全。
由表 7可知, 对于单一重金属Cu、Zn、Cd、Cr和Hg的目标危害系数, 14种海产品的THQ值均小于1, 说明上述5种单一重金属的摄入量在参考值范围内, 单一重金属对人群非致癌暴露风险不明显。但是, Pb和As对人群复合健康风险的贡献率明显高于其他重金属。对于Pb, 成人和儿童食用三疣梭子蟹和红螺后的THQ值均大于1。对于As, 成人食用高眼鲽、星鳗和红螺后THQ值均大于1, 成人和儿童食用棒锥螺后THQ值均大于1。考虑同一海产品中重金属的复合污染, 成人和儿童摄食红螺、三疣梭子蟹、星鳗、高眼鲽和棒锥螺均存在潜在的非致癌健康风险, 其中成人摄入海产品的THQ大于儿童, 表明成人受危害的程度高于儿童。14种海产品的THQs均大于1 (儿童摄食六线鱼和栉孔扇贝除外), 其中红螺的THQs最高为4.150, 说明长期连续食用这些海产品会存在潜在的非致癌健康风险, 应当引起人们的注意。
3 结论本文对荣成湾近岸海域常见的14种经济生物体(鱼类、贝类、甲壳类)中7种重金属(Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As)含量进行了分析研究, 对重金属污染程度和食用安全质量水平以及潜在的非致癌健康风险进行了评估。
(1) 14种生物体内重金属平均含量顺序为Zn>Cu>Cr>As>Pb>Cd>Hg。同一类生物体中不同重金属的含量, 对鱼类Zn>Cu>Cr>As>Pb>Hg>Cd, 贝类Zn>Cu>Cr>As>Pb>Cd>Hg, 甲壳类Zn>Cu>Cr>Pb>As>Cd>Hg。不同生物类群对同一重金属的富集能力具有一定差异, Cu、Zn、Cr平均含量由高到低为贝类>甲壳类>鱼类, Pb和Cd则为甲壳类>贝类>鱼类, As:贝类>鱼类>甲壳类, Hg:鱼类>贝类>甲壳类。重金属在生物体中含量的差异性可能与生物体的生活习性、生理特性以及蓄积重金属的特定生理方式有关。
(2) 单因子污染指数和金属污染指数评价结果表明, 与GB 18421-2001第一类海洋生物质量相比, 鱼类、贝类和甲壳类中的Pb以及贝类中部分生物体中Zn和Cr, 其SFI均值大于1.0, 生物质量超标。与第二类海洋生物质量相比, 鱼类、贝类和甲壳类重金属元素SFI均值均小于1.0, 生物质量良好。MPI分析显示, 红螺对重金属富集能力最强, 六线鱼的重金属富集能力最低。6种鱼类中总As和2种贝类中总As, 以及1种甲壳类中的Pb含量都超出国家标准规定的人体消费卫生标准, 其他生物体中重金属含量均在海产品食品安全标准范围内。
(3) 重金属人体暴露风险评估表明, 人体单一重金属每日摄食量DI均低于FAO/WHO规定的每日最大允许摄入量。红螺、三疣梭子蟹、星鳗、高眼鲽和棒锥螺中Pb和As的THQ大于1, 说明成人和儿童长期食用这些海产品存在潜在的非致癌健康风险, 其中成人受危害的程度高于儿童。基于本文的研究结果, 建议有关部门制定控制海产品食用量和食用频率的相关政策、引导人们避免食用被污染的海产品, 从而减少有害重金属的摄入风险, 保证海产品的食用安全性。
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