黃河三角洲潮間帶泥螺重金屬含量與生物質量評價

李秉鈞, 王全超, 李寶泉, 馮俊榮

(1. 煙臺大學 海洋學院, 山東 煙臺 264005; 2. 中國科學院 煙臺海岸帶研究所, 山東 煙臺 264003; 3. 中國科學院大學, 北京, 100049)

黃河三角洲作為典型的海岸帶生態系統, 具有豐富的生物資源, 目前正受到人類活動的干擾。黃河三角洲的發育受入海徑流, 黃河攜帶的懸浮物以及黃河入海口的影響。黃河三角洲自20世紀以來進行了大規模的圍海造地以及海水養殖, 這已經造成河流和沼澤濕地面積減少, 而水庫、水田、蝦池、灘涂濕地面積明顯增加[1]。海水養殖面積2005年比1985年增加超過300倍。圍海造田和海水養殖同時也導致黃河口和鄰近海域濕地面積減少和明顯的富營養化問題。赤潮已造成了大量的經濟損失, 如2004年黃河口及鄰近海域赤潮, 造成直接經濟損失300萬元, 同時浮游動物和浮游植物生物多樣性也明顯下降[2]。

泥螺(Bullacta exarata(Philippi, 1848))隸屬軟體動物門、腹足綱、后鰓亞綱、頭楯目、阿地螺科、泥螺屬, 為太平洋西岸海水及咸淡水特產的種類,多分布于潮間帶區域的泥沙或沙泥的灘涂上, 尤其密集于風浪小、潮流緩慢的海灣和河口。在我國沿海分布較廣, 但主要分布于黃渤海和東海, 在浙江和山東兩省潮間帶灘涂上分布較豐。泥螺為表層沉積物舔食習性, 對餌料沒有明顯的選擇性, 可舔食沉積物表層的底棲硅藻、有機碎屑、小型甲殼類和某些無脊椎動物的卵[3]。作為重要的經濟軟體動物之一, 泥螺從20世紀80年代就開始人工養殖, 并對其開展了大量的調查和研究工作, 包括泥螺個體行為特性[4]、繁殖生物學特征[4-5]、生態毒理學[6], 泥螺種群特征和空間分布[7-8]。

2001年泥螺首次引入黃河三角洲區域并開展潮間帶人工養殖, 由于生境和餌料的適應, 泥螺種群在該區域快速擴展, 2005年其產量達到5萬t, 產值達3億元, 當年獲純效益2.8億元[9]。泥螺養殖給黃河三角洲當地帶來巨大經濟效益的同時, 該種群的迅速擴張所帶來的后續生態效應卻知之甚少。近年來由于該區域經濟的快速發展, 人類活動加劇, 使得該海域環境受到的干擾日益加重, 如過度捕撈、污染等都對該海域棲息的海洋生物產生明顯的影響。重要漁業資源種類體內的殘毒富集對于食品安全生產和人們的身體健康都產生直接或間接的影響, 許多海域的水生生物體內殘毒都已經接近或超過允許殘留量標準[10-13]。與其他動物不同的是, 泥螺為表層沉積物舔食習性, 大部分體表都與灘涂沉積物直接接觸,對沉積物中重金屬的富集可通過進食行為及體表滲透兩種方式進行, 這樣就更增加了對重金屬的富集能力。隨著泥螺產量的增大, 其食品安全也不容忽視,基于此作對該海域沉積物和泥螺進行重金屬檢測和分析比較, 以了解該海域泥螺資源質量狀況, 為海域污染防控與治理和生物質量現狀提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

在黃河三角洲潮間帶高、中、低潮區分別設置9個采樣點進行沉積物樣品采集、選擇每個潮區中的一個采樣點同時采集泥螺樣品(圖1)。沉積物和泥螺樣品采集后使用封口袋密封, 置于冰桶中保存并帶回實驗室分析。泥螺樣品去除貝殼后, 軟體部分經冷凍干燥至恒重, 研磨后, 取3個平行樣測定各類重金屬含量。

圖1 黃河三角洲潮間帶泥螺采樣點Fig. 1 The sampling stations of sediment and mud snail from intertidal zone in Yellow River Delta

1.2 分析方法

生物殘毒分析中重金屬離子包括Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Ni。其中, Cu、Pb、Zn、Cd用原子吸收分光光度計(PE-4100ZL)分析, 采用標準為GB17378.4-1998; Hg和As采用原子熒光光譜法, 儀器為AF Spectrophotometer (AF-610A), 檢測方法采用GB17378.5-1998。樣品的分析步驟均按海洋監測規范[14]和水生生物監測手冊[15]的規定進行, 嚴格保證質量。

1.3 數據處理和評價方法

由于海洋生物對重金屬的富集作用和重金屬不易降解的特性, 重金屬在生物體內的濃度遠高于水體中的濃度。作者采用殘留量指數I和富集系數K以及金屬污染指數(IMP)來評價它們的污染程度[11]。計算公式如下:

式中,Ci為生物組織(器官、個體、種群)體內某重金屬質量分數(×10-6);CSi為某重金屬允許殘留量(×10-6);CEi為受檢生物所在沉積物中某重金屬的實測濃度(×10-6)。

當I≤1 時, 表明未受污染; 大于1時, 表明存在污染, 并可按I值大小, 劃分污染程度。K值大小表明受檢生物對海水重金屬的富集能力。

金屬污染指數[16]IMP= (Cf1×Cf2× ·· ×Cfn)1/n,其中Cfn為樣品中第n種重金屬的濃度。

2 結果

2.1 沉積物與泥螺體內重金屬含量

調查區域不同采樣點沉積物中六種重金屬數值標準差均較小, 且不同區域分布的泥螺體內重金屬含量差別較小, 空間差異性不大。按照國家海洋沉積物質量標準(GB18668-2002), 調查區域沉積物中的六種重金屬含量均符合國家海洋沉積物質量標準第一類(表 1, 表 2)。

2.2 富集系數 K

泥螺對不同重金屬的富集系數K有明顯差別(表3),其中對Cu和Cd的富集能力最強, 分別達到7.5和4.0,其次為Zn 1.2, 對As、Pb和Cr的富集能力較低, 分別為0.4、0.1和0.1。

2.3 金屬污染指數

金屬污染指數(IMP)可用于評價生物體內重金屬的總體狀況, 結果顯示, 黃河口潮間帶泥螺金屬污染指數為14.2±1.2, 總體狀況較好, 即金屬污染情況不嚴重。

2.4 殘留量指數 I

從表3可以看出, As、Cd和Pb的殘留量指數I均小于1, 說明該海域所測樣品體內殘毒含量都低于允許殘留量標準, 且I數值較小, 說明樣品體內殘毒富集含量較低。

表1 黃河三角洲潮間帶沉積物中各重金屬含量Tab. l Trace metal contents in sediment in Yellow River Delta (×10 -6)

表2 黃河三角洲潮間帶泥螺體內重金屬含量 (生物體以干質量計)Tab. 2 Trace metal contents in mud snail body obtained from Yellow River Delta (×10-6)

表3 乳山海域海洋動物體內重金屬殘留量指數I和富集系數KTab. 3 The leftover index (I)and enrichment coefficient(K)of trace metals in marine animal body

3 討論

3.1 黃河三角洲潮間帶沉積物與泥螺體內重金屬含量

與長江口區域的泥螺相比, 黃河三角洲潮間帶泥螺重金屬含量數值較低(表 4), 這與區域人口密度、人類工農業活動和經濟發展有關, 上述活動均可導致潮間帶沉積物中重金屬含量增加。李麗娜等[20]等報道長江口濱岸帶泥螺對Cu的富集系數高達50.1,對 Zn的富集系數為 2。由于兩個區域沉積物中 Cu含量相差不大(長江口為 11.4 ×10-6, 黃河口為12.3×10-6), 即Cu的環境背景值相近, 因此長江口泥螺對Cu的富集系數遠大于黃河口泥螺的原因可能較為復雜, 兩地泥螺個體大小、年齡組成、生理狀態、采樣季節等都可能影響到泥螺對Cu的富集。泥螺對不同重金屬的富集能力也存在較大的差異, 其中對Cu 和Cd這兩種重金屬在體內具有高度生物濃縮效應, 可認為是這兩種金屬元素的強濃縮者[21]。泥螺對沉積物中重金屬的富集存在一個動態過程, 而且富集的重金屬之間具有一定的協同作用, 研究表明,泥螺體內Cu濃度的增加可促進對沉積物中Zn和Ni的吸收, 而抑制對Cr的富集[20]。

表4 與其他海域泥螺體內重金屬含量的比較Tab. 4 Comparison of trace medal contents in mud snail between different area (×10-6)

殘留量指數I因不同重金屬和水生動物而異, 岳麗娟、史寶成[11]調查了葫蘆島市近岸海域水生動物重金屬污染的狀況, 發現在該海域動物體內的鎘和砷的殘留量指數I均大于1, 超過允許殘留量標準, 說明海洋動物受污染較為嚴重。張云麗等[13]綜合調查了煙臺市近岸海域的入海污染源及環境質量狀況,發現煙臺市近岸海域生物殘毒與20世紀80年代相比無明顯變化, 基本未受重金屬的污染。

3.2 黃河三角洲潮間帶泥螺生物質量現狀

根據我國海洋生物質量標準(GB18421-2001)的規定, 第一類標準適用于海洋漁業水域、海水養殖區、海洋自然保護區和人類食用直接相關的工業用水區; 第二類標準適用于一般工業用水區、濱海風景旅游區。國標GB18421-2001中的計算方法為以貝類去殼部分的鮮重計, 本研究中的泥螺體內重金屬含量為軟體部分的干質量, 按照干濕質量比例 1:10換算后, 與國標GB18421-2001相比, 泥螺體內除鉛為第二類標準, 鉻略超過第一類標準外, 其余重金屬含量Cu、Zn、As、Cd均符合第一類標準, 說明黃河三角洲潮間帶泥螺的生物質量總體較好。

在底棲生物食用標準方面, 根據澳大利亞國家衛生和醫用研究理事會制定的人體消費標準[22], Hg、As、Pb、Cd的人體消費標準依次為0.5、1.0、1.5、0.2 μg/g, 據此標準, 黃河三角洲潮間帶泥螺體內As、Pb、Cd含量分別為0.7、0.2和0.1, 均低于人體消費標準, 說明該區域的泥螺食用質量較好。珠江口軟體類的Cd含量等于人體消費標準值[12], 這應該與該區域經濟發達, 沉積物中重金屬含量相對較高,生物富集較多有關。

重金屬在生物體內的含量是諸多生物、生物物理和化學過程的綜合結果, 其中包括生物對重金屬的富集和降解、沿食物鏈的傳遞率、污染源的排放控制等過程, 這些都為相關漁業管理和安全生產帶來一些困難, 但唯有控制其“源”, 即海洋動物的生存環境－海水水質狀況及污染情況, 對污染源的進行預處理并達標排放, 才能從根本上改善生物體內重金屬累積效應并解決生物食品安全問題。

致謝: 感謝中國科學院煙臺海岸帶研究所高學魯研究員及其課題組人員在泥螺樣品分析過程中給予的幫助和指導。

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