水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境中重金屬污染的來(lái)源及危害

王炫凱，王海姮，劉燕云，曲寶成*

（1.大連海洋大學(xué)海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116023；2.大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧 大連116023；3.設(shè)施漁業(yè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116023）

汞、鉛、砷、鉻、鎘等為常見(jiàn)的有毒重金屬。鋅、銅等是人體新陳代謝所必需的重金屬，但濃度高也會(huì)對(duì)人體造成不良影響。人類(lèi)活動(dòng)是重金屬污染的主要來(lái)源，如工業(yè)和生活排污、填埋場(chǎng)的浸出、暴雨徑流、航運(yùn)和港口活動(dòng)等。人體一般會(huì)通過(guò)食物、飲用水和空氣等途徑攝入重金屬。水產(chǎn)養(yǎng)殖是與人類(lèi)生活需求密切相關(guān)的行業(yè)，水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境中重金屬污染會(huì)破壞養(yǎng)殖環(huán)境，危害魚(yú)類(lèi)健康。現(xiàn)介紹了水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境中重金屬的主要來(lái)源，分析了其對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境和魚(yú)類(lèi)健康的影響，以期為相關(guān)研究提供參考。

1 水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境中重金屬污染的主要來(lái)源

地表水系統(tǒng)中重金屬主要來(lái)自自然或人類(lèi)活動(dòng)，其中自然來(lái)源包括巖石風(fēng)化、火山噴發(fā)、森林火災(zāi)等。工業(yè)革命以后，環(huán)境中的重金屬更多來(lái)自人類(lèi)活動(dòng)，如生活污水、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)活動(dòng)等。重金屬一般以氫氧化物、氧化物、硫化物、硫酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽和有機(jī)化合物等形式存在，并隨自然和人類(lèi)活動(dòng)排放到水環(huán)境中。

1.1 生活污水

生活污水中含有微生物、重金屬、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、放射性核素、藥品和個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品等多種污染物，這些污染物可能會(huì)進(jìn)入自然水體，對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)健康造成不可逆轉(zhuǎn)的危害。很多家庭會(huì)使用含有鐵、錳等重金屬的化學(xué)清潔劑，而污水處理廠對(duì)這些重金屬的處理能力有限，其隨著地表徑流或大氣沉降進(jìn)入養(yǎng)殖池塘、湖泊等水環(huán)境中，造成重金屬濃度超標(biāo)，影響水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性。

1.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)使用大量的化肥和農(nóng)藥來(lái)提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，而這些藥物中通常含有重金屬等污染物。例如在草甘膦制劑中檢出了砷，這些污染物通過(guò)土壤的滲透或地表徑流進(jìn)入水生生態(tài)系統(tǒng)，威脅水生動(dòng)物健康，并通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康，長(zhǎng)此以往形成惡性循環(huán)。此外，重金屬和一些有機(jī)氯類(lèi)農(nóng)藥同時(shí)存在時(shí)，具有復(fù)合暴露風(fēng)險(xiǎn)，可能會(huì)使毒性翻倍。

1.3 工業(yè)活動(dòng)

采礦過(guò)程中的廢水、廢氣中含有大量的鉛、鋅等有毒有害重金屬，會(huì)導(dǎo)致礦區(qū)周?chē)寥馈⑺w等環(huán)境受到重金屬污染。電鍍工業(yè)向水、空氣中排放鎳、鐵、鉛等重金屬，如果處理不當(dāng)可能給人體帶來(lái)致癌風(fēng)險(xiǎn)。燃煤發(fā)電廠產(chǎn)生的煤灰中含有砷、鉛、汞等有毒重金屬，當(dāng)這些重金屬被釋放到水生生態(tài)系統(tǒng)中時(shí)，會(huì)造成大量較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物死亡。

2 重金屬對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境及魚(yú)類(lèi)健康的影響

2.1 重金屬對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的影響

與有機(jī)化學(xué)物不同的是，大多數(shù)重金屬不能被代謝成毒性較小的化合物，一旦進(jìn)入水生環(huán)境，會(huì)在水體中重新分布，或在沉積物中累積，或被聚集物消耗。重金屬的活性較強(qiáng)，可通過(guò)正性化合物的沉淀，結(jié)合細(xì)固體顆粒，與有機(jī)分子結(jié)合，根據(jù)沉積物和水體之間存在的物理和化學(xué)條件，與錳氧化物或碳酸鹽共同沉淀。重金屬以溶解形式存在時(shí)可通過(guò)接受層吸收，以顆粒形式存在時(shí)可通過(guò)食物攝入。重金屬的毒性主要取決于存在形式，此外也受pH值、溫度和鹽度的影響。文獻(xiàn)[12]發(fā)現(xiàn)，有機(jī)結(jié)合物的存在可以促進(jìn)疏水性化合物在脂膜中的擴(kuò)散，從而提高鎘在貽貝和魚(yú)類(lèi)中的生物利用度。有機(jī)化合物形式的重金屬，其生物可利用性比離子形式的強(qiáng)。汞的有機(jī)化合物是可溶性大分子，能迅速穿透脂膜，與不溶于脂類(lèi)的腐蝕性物質(zhì)相比毒性更強(qiáng)。文獻(xiàn)[13]發(fā)現(xiàn)，雙殼類(lèi)動(dòng)物是一種濾食性動(dòng)物，重金屬的生物有效性取決于沉積物粒徑的大小。

總體看來(lái)，重金屬的結(jié)合降低了沉積物中重金屬的生物利用度。淡水和海洋生態(tài)系統(tǒng)都受到重金屬污染，重金屬對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的污染已經(jīng)成為一個(gè)廣泛的全球性問(wèn)題，不但會(huì)影響水產(chǎn)品質(zhì)量安全，還會(huì)給消費(fèi)者帶來(lái)健康風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 重金屬對(duì)魚(yú)類(lèi)健康的影響

2.2.1 對(duì)生物活性的影響

文獻(xiàn)[15]發(fā)現(xiàn)，魚(yú)體內(nèi)重金屬平均含量從高到低依次為鉛、砷、鎘、汞。鉛、砷、鎘、鉻等重金屬會(huì)損害魚(yú)類(lèi)器官，其暴露影響取決于濃度和持續(xù)時(shí)間。鎘、鉛等重金屬會(huì)降低枸櫞酸合成酶、琥珀酸脫氫酶、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶和乳酸脫氫酶等氧化代謝催化劑的活性。

2.2.2 對(duì)生育繁殖的影響

重金屬可顯著降低魚(yú)類(lèi)的精子運(yùn)動(dòng)能力，影響其胚胎形態(tài)和代謝過(guò)程，以及引發(fā)心血管疾病，如心臟發(fā)育不全、心室不足和心臟分布異常。重金屬還會(huì)影響魚(yú)類(lèi)的雌激素和雄激素分泌，產(chǎn)生病理分化。

2.2.3 對(duì)血液和循環(huán)系統(tǒng)的影響

紅細(xì)胞的形成需要少量的鎳，但大量的鎳會(huì)產(chǎn)生難以察覺(jué)的毒性。鎘會(huì)引起魚(yú)類(lèi)血壓升高，導(dǎo)致心肌疾病。鉻會(huì)導(dǎo)致貧血、嗜酸性粒細(xì)胞增多、淋巴細(xì)胞增多等。根據(jù)研究，汞會(huì)對(duì)魚(yú)的血管造成傷害，引起出血和血細(xì)胞減少。

2.2.4 神經(jīng)毒性的作用

汞是導(dǎo)致神經(jīng)毒性的主要重金屬，尤其是甲基汞會(huì)對(duì)魚(yú)類(lèi)大腦造成損害，導(dǎo)致流產(chǎn)、先天畸形和幼魚(yú)的發(fā)育差異。此外，甲基汞也會(huì)造成魚(yú)鰓損傷，進(jìn)而破壞魚(yú)體內(nèi)的離子平衡，影響魚(yú)體的滲透調(diào)節(jié)。

2.2.5 遺傳毒性效應(yīng)

砷可凝結(jié)蛋白質(zhì)，它與輔酶結(jié)合，并在整個(gè)呼吸過(guò)程中抑制三磷酸腺苷的生成，高水平砷暴露可導(dǎo)致死亡。雖然砷的致癌機(jī)制尚不清楚，但一些文獻(xiàn)[20]表明，其可能存在遺傳毒性效應(yīng)。此外，鎘、砷、鎳、鉻等重金屬可引發(fā)堿基對(duì)缺失、突變或自由基氧攻擊DNA。

2.2.6 生理?yè)p傷

重金屬也會(huì)引起魚(yú)的一些組織學(xué)改變，如鰓的退化或肝臟的脂肪變性。鎘、鎳、汞、鉻、鉛、砷是造成魚(yú)類(lèi)畸形的主要因素。鉛、砷、鎘、鋅等重金屬也會(huì)引起魚(yú)類(lèi)的應(yīng)激反應(yīng)。鯉暴露于鎘溶液中，其腦垂體催乳素細(xì)胞分泌量增加，血漿中腎上腺皮質(zhì)醇濃度明顯增加，擾亂其內(nèi)分泌系統(tǒng)。

2.2.7 對(duì)壽命和病死率的影響

即使是參與生命活動(dòng)所必需的重金屬，也會(huì)通過(guò)代謝干擾和突變對(duì)魚(yú)類(lèi)產(chǎn)生不利影響。這些不良影響包括健康水平的下降和生殖障礙，最終導(dǎo)致癌癥與死亡。重金屬對(duì)魚(yú)類(lèi)的病死率、繁殖率、個(gè)體生長(zhǎng)率和生理能力影響最大。受到重金屬危害的魚(yú)類(lèi)表現(xiàn)出免疫系統(tǒng)缺陷，容易感染傳染病，病死率更高。

3 結(jié)語(yǔ)

重金屬是人體正常生長(zhǎng)發(fā)育所必需的重要元素。人口增加導(dǎo)致工業(yè)和醫(yī)療廢物等污染物增加，這些廢物中通常含有大量的重金屬，其排放造成了水污染，進(jìn)而對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖造成危害。過(guò)量攝入重金屬可導(dǎo)致動(dòng)物發(fā)生繁殖并發(fā)癥、身體畸形，甚至威脅生存能力，應(yīng)不斷深化關(guān)于重金屬的相關(guān)研究。