焦清波,李莉莉

(山西省魚病防治中心， 太原 030002)

冊田水庫中鰱、鳙和鯉重金屬含量的測定與污染評價

焦清波*,李莉莉

(山西省魚病防治中心， 太原030002)

采用原子吸收光譜法(AAS)對山西省冊田水庫中的鰱、鳙和鯉的肌肉、鰓、椎骨和肝胰臟組織中4種重金屬(銅Cu、鉛Pb、鎘Cd和鉻Cr)的含量進行測定和污染評價。結(jié)果表明:不同重金屬在同種魚體組織中的富集程度不同，同種重金屬在不同魚體組織中的分布也不同。3種魚體中的Cu、Cd和Cr在肝胰臟組織中的富集程度高于肌肉、鰓和椎骨組織，其中Cu在肝胰臟組織中含量最高，Pb在椎骨組織中的含量最高。4種重金屬在這3種魚中的含量無顯著性差異(P>0.05)，而不同組織之間含量差異顯著(P<0.05)。通過單因子污染指數(shù)分析表明，3種魚體中的Cu處于無污染水平，Pb在椎骨組織中處于污染水平，Cd和Cr在3種魚的肝胰臟中均處于輕污染水平。根據(jù)綜合污染指數(shù)評估顯示，3種魚處于無污染水平，但椎骨和肝胰臟組織的綜合污染指數(shù)高于鰓和肌肉組織，其中肌肉組織的綜合污染指數(shù)最低。研究結(jié)果表明,冊田水庫中的鰱、鳙和鯉受到重金屬的污染程度較小。[中國漁業(yè)質(zhì)量與標準，2017,7(6):23-29]

重金屬；鰱；鳙；鯉；原子吸收光譜法；單因子污染指數(shù)；綜合污染指數(shù)；冊田水庫

2011年，國家出臺了《重金屬污染綜合防治十二五規(guī)劃》，規(guī)劃對象以鉛、汞、鎘、鉻和類金屬砷等生物毒性強且污染嚴重的重金屬元素為主。近年來，經(jīng)濟的快速發(fā)展導(dǎo)致環(huán)境問題日益突出，尤其是重金屬污染嚴重威脅著人們的健康。2011年的云南曲靖鉻污染事件[1]和浙江德清血鉛事件[2]，以及2012年的廣西龍江河鎘污染[3]等事件，給周邊生態(tài)環(huán)境造成了巨大的破壞，危害群眾的生命健康。

冊田水庫位于海河流域永定河水系桑干河中上游，壩址位于山西大同縣西冊田鄉(xiāng)，距大同市約60km，總庫容5.8億m3，主要用于工業(yè)供水、灌溉、防洪等，并擔負著向北京市供水的任務(wù)。水庫養(yǎng)殖面積約600hm2，主要養(yǎng)殖品種為鰱(Hypophthalmichthysmolitrix)、鳙(Aristichthysnobilis)和鯉(Cyprinuscarpio)。研究表明，冊田水庫水質(zhì)為地表水IV類，其中Cd符合地表水I類[4]；監(jiān)測結(jié)果顯示冊田水庫污染較為嚴重[5]，但重金屬未對冊田水庫水質(zhì)產(chǎn)生影響[6]。目前關(guān)于冊田水庫中魚類重金屬污染狀況的調(diào)查研究尚未見報道。因此，測評冊田水庫魚類重金屬污染狀況，了解該水域魚類重金屬質(zhì)量安全狀況具有重要意義。

實驗選取鰱、鳙和鯉3種經(jīng)濟食用魚類，針對Cu、Pb、Cd和Cr4種常見污染元素的含量進行分析評價，以期為了解冊田水庫魚類重金屬污染狀況和食用安全性提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

T25 basic高速分散機(德國IKA)，EXCEL微波消解儀(上海屹堯)，DKQ-1000電熱板(上海屹堯)，AA-Duo原子吸收光譜儀(美國Varian)，BS223S天平(北京賽多利斯)。

硝酸(優(yōu)級純，北京化工廠)，鉛、鎘、銅和鉻的標準溶液(購自環(huán)境保護部標準品研究所)，超純水(Merck Millipore Direct-Q 3制備)。

1.2 樣品采集與制備

2014年8月，捕撈冊田水庫中的鰱、鳙和鯉，選取規(guī)格在每尾1 000～1 500 g的鮮活樣品各5尾作為實驗用魚。用無菌不銹鋼剪刀和解剖刀將魚的背脊肌肉(去魚皮)、肝胰臟、鰓和椎骨組織逐次分離，用去離子水沖洗表面血液和雜物，瀝干。魚的背脊肌肉、肝胰臟、鰓用高速分散機室溫下分別打碎勻漿，分裝入塑料封口袋中(椎骨組織先用刀剁碎，再用高速分散機勻漿后裝入塑料封口袋中)，保存在-20 ℃的冰箱中。

選用同等規(guī)格的市售無公害認證產(chǎn)品鯉做樣品空白。

1.3 樣品前處理

制好的樣品自然解凍，分別準確稱取2.000 g肌肉、鰓和椎骨組織，以及1.000 g肝胰臟，以超純水為空白對照，每種樣品稱取5個平行。分別置于微波消解罐中，加入5 mL質(zhì)量分數(shù)為65%的濃硝酸過夜。第2天放入微波消解儀程序消解，自然冷卻后，取出。電熱板上120 ℃趕酸后，移入容量瓶中用超純水定容，混勻備用。

1.4 樣品測定和計算

用原子吸收光譜儀分別測定樣品中的Cu、Pb、Cd和Cr的含量，同時測定樣品空白及標準曲線。參照GB 5009.12—2010《食品安全國家標準食品中鉛的測定》、GB 5009.15—2014《食品安全國家標準食品中鎘的測定》、GB 5009.123—2014《食品安全國家標準食品中鉻的測定》和GB/T 5009.13—2003《食品中銅的測定》的要求測定。計算公式見式(1)。

式(1)

式(1)中，X為試樣中重金屬含量，mg/kg；C1為消化液中重金屬含量，ng/mL；C0為空白液中重金屬含量，ng/mL；V為消化液總體積，mL；m為試樣質(zhì)量，g；1000為換算系數(shù)。

1.5 質(zhì)量控制

添加回收樣品選用通過認證的無公害水產(chǎn)品鯉的肌肉組織，設(shè)置5個添加回收樣品，添加回收水平度分別為Cu 0.50 mg/kg、Pb 0.05mg/kg、Cd 0.01mg/kg和Cr 0.10 mg/kg，樣品前處理方法按照步驟1.3進行，與被測樣品同批次處理。

每批次樣品做試劑空白、樣品空白和添加回收。

1.6 污染評價方法

采用單因子污染指數(shù)法[7]評價魚體內(nèi)的某一重金屬污染狀況，具體計算方法見公式(2)。

式(2)

式(2)中，Pi為單因子污染指數(shù)，Ci為樣品中該因子i的實際含量，Si為該因子i的評價標準值。以GB 2762—2012《食品安全國家標準 食品中污染物限量》和NY 5073—2006《無公害食品 水產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)限量》中的限值作為評價標準值(表1)。單因子污染指數(shù)分級評價見表2。

多種重金屬的污染水平采用均方根綜合指數(shù)法[7]分析，具體計算方法見公式(3)。綜合污染指數(shù)分級評價見表3。

式(3)

式(3)中,PI為某一生物樣品的綜合污染指數(shù)；Pi為該樣品重金屬的單因子污染指數(shù)；n為重金屬的種類。

表1 各污染因子的評價標準值SiTab.1 The standard value (Si) of pollution factors

表2 單因子污染指數(shù)分級表Tab.2 The pollution index of single factor

表3 綜合污染指數(shù)分級表Tab.3 The pollution indexes of synthetic factor

1.7 數(shù)據(jù)分析

采用IBM SPSS Statistics 22.0軟件進行數(shù)據(jù)處理。該結(jié)果以平均值±標準差表示，用多因素方差分析Duncan法檢驗組間差異性，認為P<0.05為差異顯著。

2 結(jié)果

2.1 鰱、鳙和鯉不同組織中Cu、Pb、Cd和Cr的含量

依據(jù)《食品安全國家標準 食品中污染物限量》和《無公害食品 水產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)限量》中的重金屬限量判定，3種魚不同組織中的重金屬含量均未超出國家最低限定標準值。

由表4可知，同一魚體中重金屬含量分布Cu>Cr>Pb>Cd。不同魚體中的重金屬含量分布基本相同。鰱、鳙、鯉中4種重金屬總含量分別是10.944 5、10.901 8和10.532 9 mg/kg。方差分析結(jié)果顯示，3種魚種類之間沒有顯著差異(P>0.05)，但不同組織對4種重金屬平均含量有顯著差異(P<0.05)。Cu和Cr在肝胰臟的含量較高，Pb在椎骨中的含量較高，而4種重金屬在肌肉組織中的含量較低。肌肉中4種重金屬含量分布，Cr>Cu>Pb>Cd；肝胰臟中4種重金屬含量分布，Cu>Cr>Pb>Cd；鰓中4種重金屬含量分布，Cr>Cu>Pb>Cd；椎骨中4種重金屬含量分布，Pb>Cu>Cr>Cd。

表4 鰱、鳙和鯉體內(nèi)不同組織中重金屬的含量(濕重)Tab.4 The contents of heavy metals in different tissues from silver carp, bighead carp and carp (wet weight) mg·kg-1，n=5

圖1顯示，Cu的含量在組織中表現(xiàn)為肝胰臟>肌肉、椎骨和鰓，且在肝胰臟中的含量明顯高于其他組織。肝胰臟中的Cu含量與其他組織之間差異顯著(P<0.05),肌肉、鰓和椎骨組織之間的Cu含量差異不顯著(P>0.05)。

圖2顯示，Pb的含量在組織中表現(xiàn)為椎骨>肝胰臟>鰓>肌肉，其中鯉的肌肉和肝胰臟組織中的Pb含量略高于鳙和鰱。3種魚的椎骨組織中的Pb含量高于其他組織。椎骨組織中的Pb含量與肝胰臟、鰓和肌肉中的差異顯著(P<0.05)。肝胰臟中的Pb含量與鰓和肌肉中的差異顯著(P<0.05)。鰓與肌肉中的Pb含量差異不顯著(P>0.05)。

圖1 Cu在3種魚體內(nèi)不同組織之間的含量比較標有不同小寫字母者表示組間差異極顯著(P<0.05)；標有相同小寫字母者表示組間差異不顯著(P>0.05)。下同。Fig.1 Comparison of the content of Cu in different tissues from 3 kinds of fish(n=5) The difference between groups with different lowercase letters was significant (P< 0.05); the difference between groups with same lowercase letters was not significant (P>0.05). The below same.

圖2 Pb在3種魚體內(nèi)不同組織之間的含量比較Fig.2 Comparison of the content of Pb in different tissues from 3 kinds of fish(n=5)

圖3顯示，Cd的含量在組織中表現(xiàn)為肝胰臟>椎骨>鰓>肌肉，其中鯉鰓和椎骨組織中的Cd含量略高于鳙和鰱。3種魚的椎骨組織中的Cd含量高于肌肉和鰓組織。肝胰臟中的Cd含量與椎骨、鰓和肌肉中的差異顯著(P<0.05)。椎骨中的Cd含量與肝胰臟、鰓和肌肉中的差異顯著(P<0.05)。鰓與肌肉中的Cd含量差異不顯著(P>0.05)。

圖3 Cd在3種魚體內(nèi)不同組織之間的含量比較Fig.3 Comparison of the content of Cd in different tissues from 3 kinds of fish(n=5)

圖4顯示，Cr的含量在組織中表現(xiàn)為肝胰臟>鰓>肌肉>椎骨，其中鰱和鳙鰓組織中的Cr含量略高于鯉。肝胰臟中Cr的含量與鰓、肌肉和椎骨中的差異顯著(P<0.05)。鰓中Cr含量與椎骨和肌肉中的差異顯著(P<0.05)。肌肉和椎骨中的Cr含量差異不顯著(P>0.05)。

圖4 Cr在3種魚體內(nèi)不同組織之間的含量比較Fig.4 Comparison of the content of Cr in different tissues from 3 kinds of fish(n=5)

2.2 質(zhì)量控制結(jié)果

由表5可知,向空白樣品中分別添加Cu 0.5 mg/kg、Pb 0.05 mg/kg、Cd 0.01 mg/kg和Cr 0.10 mg/kg，采用同樣的前處理方法，進行平行實驗，4種重金屬的平均回收率為88.8%～92.8%，相對標準偏差為4.75%～9.47%。實驗結(jié)果表明，方法重現(xiàn)性好，精密度高，適用于鯉等魚體中重金屬含量的測定分析。

表5 樣品加標回收率和精密度Tab.5 Recovery and precision of the method from fortified samples mg·kg-1, n=5

2.3 污染評價

如表6所示，從單因子污染指數(shù)看，Cu在魚體中處于無污染水平；Pb在鰱和鳙的肌肉中處于無污染水平，在3種魚的椎骨和鯉的肝胰臟中處于污染水平，其他部分處于輕微污染水平；Cd只在3種魚的肝胰臟中處于輕微污染水平，其他組織中均處于無污染水平；Cr在3種魚的肝胰臟和鰓中處于輕微污染水平，其他組織中均處于無污染水平。3種魚肌肉組織和肝胰臟組織中的單因子污染指數(shù)大小為Pb>Cr>Cd>Cu,鰓組織表現(xiàn)為Pb>Cr>Cd>Cu，椎骨組織表現(xiàn)為Pb>Cd>Cr>Cu。鯉肌肉組織中的Pb為輕微污染水平，鰱和鳙的肌肉組織處于無污染水平。3種魚的肝胰臟組織的Pb、Cd和Cr處于輕微污染水平，其中鯉肝胰臟中的Pb處于污染水平。3種魚鰓組織的Pb和Cr處于輕微污染水平，椎骨組織中的Pb處于污染水平。從綜合污染指數(shù)看，椎骨和肝胰臟的綜合污染指數(shù)最大，肌肉的綜合污染指數(shù)最低?？傮w而言，鰱、鳙和鯉3種魚不同組織的PI≤1.0，均處于無污染水平。

表6 鰱、鳙和鯉體內(nèi)不同組織中重金屬污染指數(shù)Tab.6 Pollution indexes of heavy metals in different tissues from silver carp, bighead carp and carp

注：“*”代表輕微污染水平,0.2≤Pi<0.6；“**”代表污染水平, 0.6≤Pi<1.0；無標號“*”或“**”代表無污染水平,Pi<0.2。

3 討論

重金屬在魚體中的富集水平受魚的品種、組織器官、暴露時間、暴露濃度和重金屬種類等因素影響[8]。本實驗結(jié)果顯示，4種重金屬在3種魚中的含量的差異不顯著(P>0.05)，而在不同組織中存在顯著差異性(P<0.05)。4種重金屬在3種魚中的含量差異不顯著可能與3種魚同屬于鯉科有關(guān)。3種魚中Cu、Pb、Cd和Cr在肝胰臟中的含量高，而且在肝胰臟與肌肉、鰓和椎骨組織之間的Cu、Pb、Cd、和Cr的含量差異顯著(P<0.05)，這與田林鋒等[9]研究結(jié)果相一致。因為肝胰臟是魚的生化轉(zhuǎn)化及儲蓄中心，其組織內(nèi)可誘導(dǎo)產(chǎn)生大量束縛重金屬的金屬硫蛋白，使其成為重金屬蓄積的重要靶器官之一[10]。Cu是魚類必需的微量元素，主要參與生物酶的合成，并廣泛分布于生物組織中，而肝胰臟是合成和釋放酶類的主要場所，所以Cu的含量明顯高于其他金屬。3種魚椎骨中的Pb含量要高于鰓和肌肉組織，這可能是由于Pb隨血液循環(huán)到各個部位，其中約90%的Pb會以磷酸鉛的形式沉積在骨骼上[11]。Cd積存在肝腎不易排出[12]，Cr參與血糖代謝[13]，所以肝胰臟中Cd和Cr含量較高。綜合結(jié)果分析，3種魚肝胰臟組織中重金屬富集量最多，而肌肉組織中最少，這與劉芳芳等[14]的研究結(jié)果相一致。肝臟作為機體最重要的解毒器官，在重金屬高度蓄積時，會通過金屬硫蛋白的產(chǎn)生促進重金屬代謝以及排放，從而減少了重金屬向其他器官組織的輸送，也是肌肉組織中重金屬含量遠低于其他器官組織的原因[15-16]。此外,魚體中的重金屬積累還取決于魚類的生活習(xí)性及自身的生命活動特性[17-19]。

4種重金屬在3種魚體內(nèi)的4種組織中的含量均未超出國家最低限量值(表1)，但通過單因子污染指數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，Pb和Cr的污染水平較高，這可能與城市生活排污有一定關(guān)系。肝胰臟是污染水平較高的組織，鰓和椎骨組織的Pb污染水平較高，而可食用的肌肉組織污染水平較輕微。鯉的肌肉和肝胰臟組織中Pb含量高于鰱和鳙，這或與鯉的食性有關(guān)，通過較長的食物鏈富集了更多的Pb[12]。從綜合污染指數(shù)看，相近規(guī)格的3種魚尚無受到污染，但鯉的綜合污染指數(shù)較高，組織中椎骨的綜合污染指數(shù)最高，肌肉中的最低。由于肝胰臟和鰓在食用前一般都棄去，對消費者安全影響較小，但是椎骨一般不會去除，加工處理過程中的溶出，可能會對消費者食品安全產(chǎn)生影響，這將有待進一步研究。

本研究只針對冊田水庫中2014年的魚體污染狀況進行評估，因此本結(jié)果并不能代表冊田水庫平均的污染水平。隨著魚體的增長，水庫中污染物的持續(xù)釋放，重金屬通過生物鏈的富集作用，可能會對消費者產(chǎn)生不良影響。因此建議漁業(yè)主管部門加強對水庫環(huán)境監(jiān)測和出庫成品魚的質(zhì)量安全的連續(xù)檢測，從而降低食品安全風(fēng)險，保障人民群眾生命安全。

[1] 郭楠,田義文. 中國環(huán)境公益訴訟的實踐障礙及完善措施——從云南曲靖市鉻污染事件談起[J]. 環(huán)境污染與防治, 2013, 35(1):96-99.

[2] 吳晶晶. 德清血鉛事件:環(huán)保部責(zé)成浙江問責(zé)[N]. 新華每日電訊, 2011-05-19(002).

[3] 王艷. 我國重金屬污染事件頻發(fā)若干問題的再思考——以廣西龍江鎘污染事件為例[J]. 鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(社會科學(xué)版), 2014, 15(6):36-40.

[4] 楊大杰,姜樹君.2004年向官廳水庫集中輸水的水質(zhì)分析與影響評價[J].北京水利, 2005 (1):37-40.

[5] 徐文霞.冊田水庫水質(zhì)變化趨勢及治理措施[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊, 2008, 27(1):50-51,55.

[6] 郭瑞雪.山西省水庫漁業(yè)養(yǎng)殖環(huán)境水質(zhì)分析評價[J].山西水利, 2012, 28(6):26-27.

[7] 楊曉云,溫勇,陳曉燕,等. 重金屬在北江魚類和底棲動物體內(nèi)的富集及污染評價[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2010, 33(6):194-198.

[8] 夏澤慧,王興明,樓巧婷,等. 合肥市場6種淡水魚體內(nèi)Cu、Pb、和Cd的分布及食用風(fēng)險[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2012, 25(3):311-315.

[9] 田林鋒,胡繼偉,羅桂林,等.貴州百花湖魚體器官及肌肉組織中重金屬的分布特征及其與水體重金屬污染水平的相關(guān)性[J].水產(chǎn)學(xué)報, 2012, 36(5):714-722.

[10] 趙紅霞,周萌,詹勇,等. 重金屬對水生動物毒性的研究進展[J].中國獸醫(yī)雜志, 2004, 40(4):39-41.

[11] 方勇,楊文建,陳悅,等.重金屬鉛的化學(xué)形態(tài)及其食品安全[J].中國糧油學(xué)報, 2013, 28(6):123-128.

[12] 吳萍萍. 淡水魚及其生長環(huán)境中重金屬分布與膳食暴露評估[D]. 杭州:浙江大學(xué), 2014.

[13] 尤宏爭,鄭艷坤. 鉻在魚類營養(yǎng)物質(zhì)代謝中的作用及應(yīng)用[J]. 河南水產(chǎn), 2013, 25(3):22-23.

[14] 劉芳芳,李忠海,付湘晉,等. 東洞庭湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖鯉魚生長期內(nèi)重金屬的富集特征[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2013, 26(2):166-172.

[15] Reid S D, McDonald D G. Metal binding activity of the gills of rainbow trout (Oncorhynchusmykiss) [J].Can J Fish Aquat Sci, 1991, 48(6):1061-1068.

[16] Allen P. Soft-tissue accumulation of lead in the blue tilapia,Oreochromisaureus(Steindachner), and the modifying effects of cadmium and mercury [J]. Biol Trace Elem Res, 1995, 50(3):193-208.

[17] 余楊,王雨春,周懷東,等.三峽庫區(qū)蓄水初期大寧河重金屬食物鏈放大特征研究[J].環(huán)境科學(xué), 2013, 34(10):3847-3853.

[18] 余楊,王雨春,周懷東,等.三峽庫區(qū)蓄水初期大寧河魚類重金屬污染特征[J].生態(tài)學(xué)雜志, 2013, 32(7):1870-1876.

[19] Maunder R J, Buckley J, Val A L, et al. Accumulation of dietary and aqueous cadmium into the epidermal mucus of the discus fishSymphysodonsp.[J]. Aquat Toxicol 2011, 103(3): 205-212.

Determinationandpollutionassessmentofheavymetalsinsilvercarp,bigheadcarpandcarpinCetianreservoir

JIAOQingbo*,LiLili

(ShanxiProvinceFishDiseasePreventionandControlCenter，Taiyuan030002，China)

The contents of4kinds of heavy metals (Cu, Pb, Cd and Cr) from different tissues(muscle，hepatopancreas, gill，vertebra)of silver carp, bighead carp and carp in Cetian reservoir of Shanxi Province were determined by atomic absorption spectrometry (AAS) and carried out pollution assessment. The results showed that different heavy metals were differently enriched in the same kind of fish tissues,and the distrubution of the same heay metals in different fish tissues wes different. In the3kinds of fish, Cu, Cd and Cr were much more highly enriched in hepatopancreas than that in muscle, gill and vertebra. Thereinto Cu has the highest enrichment in hepatopancreas, but Pb content was the highest in vertebra. The contents of4heavy metals have not significant difference in3fish species (P>0.05), but their contents have significant difference in different tissues (P<0.05). Based on the analysis of pollution index of single factor (Pi), Cu was in levels of no pollution in three kinds of fish．Pb was in levels of pollution in vertebral tissue. Cd and Cr were in levels of mild pollution in hepatopancreas. Furthermore, according to pollution indexes of synthetic factor (PI), the three kinds of fish were in levels of no pollution, but thePIof vertebra and hepatopancreas was higher than that of gill and muscle tissues, and the PI of muscle tissue was the lowest. The results demonstrated that silver carp, bighead carp and carp were less polluted by heavy metals in Cetian reservoir. [Chinese Fishery Quality and Standards,2017,7(6):23-29]

heavy metals; silver carp; bighead carp; carp；atomic absorption spectrometry； pollution index of single factor; pollution indexes of synthetic factor； Cetian reservoir

JIAO Qingbo, qbjiao@126.com

10.3969/j.issn.2095-1833.2017.06.004

S91

A

2095-1833(2017)06-0023-07

2017-03-17；接收日期2017-08-20

物種資源保護(漁業(yè))項目(農(nóng)業(yè)部漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng))

焦清波(1981-)，男，碩士，工程師，研究方向為水產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測與漁業(yè)環(huán)境監(jiān)測，qbjiao@126.com