王李寶,黎慧,史文軍,沈輝,萬夕和

(江蘇省海洋水產(chǎn)研究所，江蘇 南通 226007)

江蘇省沿海灘涂廣闊，由灘涂開發(fā)派生出的池塘養(yǎng)殖占據(jù)江蘇省海水養(yǎng)殖業(yè)的比例較大[1]。近年來，脊尾白蝦成為江蘇省海水養(yǎng)殖業(yè)中增長最快的品種，目前養(yǎng)殖面積超過3萬hm2，年產(chǎn)量超過4.5 t[2]。隨著沿岸工農業(yè)的不斷發(fā)展，沿海地區(qū)的海水和沉積物環(huán)境均受到一定程度的污染，其中重金屬是主要污染物之一。在海水養(yǎng)殖池塘環(huán)境中，重金屬污染物不易降解，常由水相轉入固相(懸浮物和沉積物)，最終進入沉積物中蓄積[3]，形成巨大的潛在危害和風險[4-5]。水相中的重金屬濃度常因水動力條件和排放狀況的不同發(fā)生變化。由于累積作用的影響，沉積物中的重金屬濃度往往比相應水相中的高。一旦沉積環(huán)境受到嚴重污染且超過其承受能力，或其他外界因素(氣候、水動力、pH值、鹽度、氧化還原電位等)改變，長期積累的重金屬會從沉積物中重新釋放[6]，從而導致養(yǎng)殖池塘的生態(tài)環(huán)境惡化，污染物通過食物鏈對人體健康造成威脅[7]。

目前，養(yǎng)殖池塘重金屬污染及風險評估的相關研究較多，但多集中于淡水池塘環(huán)境[8-10]，關于江蘇省沿海脊尾白蝦養(yǎng)殖池塘中的重金屬污染特征及來源分析尚未見報道?，F(xiàn)分析了重金屬在江蘇省沿海脊尾白蝦養(yǎng)殖池塘中的分布特點和相關性，以及在蝦肌肉中的質量分數(shù)，對養(yǎng)殖池塘沉積物中重金屬的潛在生態(tài)風險進行評價，揭示了環(huán)境中重金屬對脊尾白蝦體內重金屬累積的影響，為脊尾白蝦的健康養(yǎng)殖及近海環(huán)境保護提供科學依據(jù)。

1 研究方法

1.1 樣品采集

于2020年10月，選擇江蘇省沿海8個脊尾白蝦養(yǎng)殖池塘(圖1)，在每個池塘的近中心位置進行表層海水取樣。用柱狀采泥器采用四點取樣法采集池塘中0～40 cm的沉積物樣品，5 cm一段分割混勻后裝入聚乙烯塑料袋中待用。同時在池塘中隨機采集體長5～7 cm的脊尾白蝦30條，裝入聚乙烯塑料袋中冷凍保存待用。

圖1 脊尾白蝦養(yǎng)殖池塘采樣站位

1.2 樣品前處理

水樣經(jīng)0.45 μm玻璃纖維濾膜過濾后備用；沉積物在陰涼通風處自然風干，剔除礫石、貝殼等雜物，采用四分法除去多余部分后混合均勻，用瑪瑙研缽研磨過40目篩，裝袋備用；生物樣品在實驗室解凍后去除蝦頭和蝦殼，取出肌肉組織，勻漿后裝袋，在-20 ℃條件下冷凍備用。水樣經(jīng)有機試劑萃取濃縮后，取有機相上機測試；準確稱取風干的沉積物樣品0.2 g，在酸性條件下完全消解后，定容到一定體積，取上清液上機測試；準確稱取解凍后的蝦肌肉組織0.5 g，在酸性條件下完全消解后，定容到一定體積，取上清液上機測試。

1.3 樣品測定與數(shù)據(jù)處理

采用原子吸收分光光度法對樣品中的銅(Cu)、鉛(Pb)、鎘(Cd)、鋅(Zn)進行測定，其中Cu、Pb和Cd采用無火焰原子吸收分光光度法測定，Zn采用火焰原子吸收分光光度法測定。應用SPSS 20.0軟件對測定的數(shù)據(jù)進行分析處理。

1.4 評價方法

1.4.1 沉積物重金屬污染評價

采用單項污染指數(shù)法和尼梅羅綜合污染指數(shù)法對養(yǎng)殖池塘沉積物重金屬污染水平進行初步評價[11]。單項污染指數(shù)計算公式見式(1)。

(1)

式中：Pi——重金屬i的污染指數(shù)；Ci——重金屬i的實測質量分數(shù)；Ci0——重金屬i的限量標準值。當Pi<1時，表示養(yǎng)殖池塘底泥未受污染；當Pi>1時，表示底泥受到污染。Pi值越大，表明受到的污染越嚴重。

在單項污染指數(shù)評價的基礎上，采用兼顧單項污染指數(shù)平均值和最大值的尼梅羅綜合污染指數(shù)法進行評價，計算公式見式(2)。

(2)

1.4.2 沉積環(huán)境的生態(tài)危害程度評價

參照Hakanson生態(tài)危害指數(shù)法對養(yǎng)殖沉積環(huán)境的生態(tài)危害程度進行評價[12]，生態(tài)危害系數(shù)和生態(tài)危害指數(shù)計算公式見式(3)和式(4)。

(3)

(4)

2 結果與討論

2.1 江蘇省沿海脊尾白蝦養(yǎng)殖池塘海水中重金屬分布特征

8個站位表層海水中的重金屬質量濃度測定結果見表1。

表1 8個站位表層海水中的重金屬質量濃度測定結果 μg/L

由表1可見，根據(jù)《海水水質標準》(GB 3097—1997)[14]，8個站位表層海水中Zn的平均質量濃度為(28.02±2.63) μg/L，達到二類標準；Cu、Pb、Cd的平均質量濃度均較低，達到一類標準。8個站位4種重金屬質量濃度均符合《無公害食品 海水養(yǎng)殖用水水質》(NY 5052—2001)標準[15]。與2007年連云港附近海水重金屬質量濃度相比，本次調查中除Cd的平均質量濃度低于對應的重金屬質量濃度(0.178 μg/L)外，其他3種重金屬質量濃度均高于對應的重金屬質量濃度[16]，重金屬污染呈現(xiàn)出階段性加劇的趨勢。

洋口化工園區(qū)附近的7號站位Zn的質量濃度出現(xiàn)異常高值(106.17 μg/L)，達到其他所有站位Zn質量濃度平均值的近4倍。養(yǎng)殖池塘表層海水的重金屬污染原因主要是外源輸入，但站位的某個重金屬指標的異常高值可能與附近的點源污染有關[17]。潮間帶區(qū)域養(yǎng)殖池塘易受到陸源污染物的影響，陸上部分重金屬污染物經(jīng)雨水沖刷被帶入周邊海域[18]。在脊尾白蝦養(yǎng)殖周期結束后，從周邊海域重新引入養(yǎng)殖用水，這很可能是造成該地區(qū)養(yǎng)殖池塘水體重金屬指標異常偏高的重要原因。

2.2 江蘇省沿海脊尾白蝦養(yǎng)殖池塘沉積物中重金屬分布特征

8個站位沉積物中的重金屬質量分數(shù)測定結果見表2。

表2 8個站位沉積物中重金屬質量分數(shù)測定結果 mg/kg

由表2可見，本次調查的沉積物中各重金屬指標尚能達到《GB 18668—2002》一類標準，各養(yǎng)殖塘口均屬于重金屬輕度污染地區(qū)。與上海地區(qū)淡水養(yǎng)殖池塘沉積物中的重金屬質量分數(shù)相比[9]，本次調查的4種重金屬質量分數(shù)均值均顯著高于對應的重金屬質量分數(shù)，需要引起一定的重視。養(yǎng)殖池塘沉積物的重金屬污染除了沉積物本底值外，養(yǎng)殖過程中可能還存在一定的外源污染[19]。

為了進一步分析脊尾白蝦養(yǎng)殖池塘沉積物中重金屬的空間分布特征，探明重金屬的污染程度和污染來源，對不同站位、不同深度的沉積物重金屬進行了測定，結果見圖2(a)(b)(c)(d)。

圖2 8個站位沉積物4種重金屬質量分數(shù)測定結果

由圖2可見，重金屬在沉積物表層的質量分數(shù)較高，隨著深度加深，雖然出現(xiàn)一定程度的波動，但是總體呈現(xiàn)出質量分數(shù)降低的趨勢。本次調查的沉積物重金屬分布趨勢與蘇北淺灘表層沉積物和北運河流域沙河水庫沉積物中重金屬的分布特征和趨勢相類似[20-21]。有研究認為，養(yǎng)殖池塘沉積物重金屬的垂向分布可能還與沉積物粒徑大小呈負相關關系[22]。

2.3 江蘇省沿海池塘脊尾白蝦肌肉組織中重金屬污染水平

8個站位脊尾白蝦肌肉組織中重金屬質量分數(shù)測定結果見表3。由表3可見，本次調查的脊尾白蝦肌肉組織中重金屬質量分數(shù)隨養(yǎng)殖區(qū)域的不同而差異較大?！稛o公害食品 海水蝦》(NY 5058—2006)標準中涉及Pb和Cd這2個指標[23]，本次調查結果均符合標準相關要求。按照《海洋生物質量標準》(GB 18421—2001)[24]，對各站位生物體樣品重金屬檢測結果按單項污染指數(shù)法評價。對于Cu，50%的樣品屬于一類標準，50%的樣品屬于二類標準；對于Pb，100%的樣品屬于二類標準；對于Cd，62.5%的樣品屬于一類標準，37.5%的樣品屬于二類標準；對于Zn，25%的樣品屬于一類標準，75%的樣品屬于二類標準。重金屬污染需要引起一定的重視。

表3 8個站位脊尾白蝦肌肉組織中重金屬質量分數(shù)測定結果 mg/kg

沉積物對重金屬的富集系數(shù)要遠高于生物體對重金屬的富集系數(shù)。吸附了重金屬的懸沙日積月累形成了沉積物，且重金屬無法釋放，故質量分數(shù)較高，呈現(xiàn)富集系數(shù)大的現(xiàn)象；而魚類和甲殼類等生物體因自身具有重金屬吸收和排除機制，對于有害及過量的重金屬有排除能力[17]，呈現(xiàn)富集系數(shù)小的現(xiàn)象。這與本次調查中生物體重金屬的質量分數(shù)要遠低于沉積物重金屬的質量分數(shù)相一致。

2.4 江蘇省沿海脊尾白蝦養(yǎng)殖池塘環(huán)境重金屬污染來源及風險評估

池塘是一個受人為生產(chǎn)活動干預的開放式的小型生態(tài)系統(tǒng)，其沉積物中的重金屬污染常呈現(xiàn)出不同的重金屬聯(lián)合效應[25]。采用環(huán)境中不同重金屬之間的相關性研究，可以推測其污染源是否相同[26]。對8個站位的水體、沉積物和生物體中的重金屬均值進行相關性分析(Pearson方法)，結果見表4。由表4可見，沉積物中Cu和Zn，生物體中Pb和Zn屬于高度正相關(R2>0.8)，說明具有高度的同源性特征；水體中Cu和Zn，水體中Pb和Zn，沉積物中Pb和Cd，生物體中Cu和Pb，生物體中Cu和Zn,以及水體中Pb和沉積物中Pb都屬于普通正相關(R2>0.5)；其他元素兩兩之間相關性均較差。與黑河流域水體及表層沉積物污染相關性特征不同[27]，本次調查的養(yǎng)殖環(huán)境中重金屬污染來源尚難以明確判斷，究竟是由于人為污染還是自然來源變化導致，需要進行更深入的研究。

表4 8個站位的水體、沉積物和生物體中的重金屬相關性分析①

為了進一步評價脊尾白蝦養(yǎng)殖池塘中沉積物潛在的生態(tài)風險，對重金屬的單項污染指數(shù)和尼梅羅綜合污染指數(shù)(Pm)進行計算，結果見表5。由表5可見，4種重金屬的單項污染指數(shù)中，除少量站位Zn的單項污染指數(shù)>1，其余重金屬和站位的單項污染指數(shù)均<1，說明除少數(shù)池塘沉積物受到Zn污染外，均未受到另外3種重金屬的污染。從綜合污染指數(shù)分析，仍然是Zn存在輕度污染，與2018年上海地區(qū)淡水養(yǎng)殖池塘沉積物中重金屬污染情況相類似[9]，需要引起一定的重視。

表5 8個站位沉積物重金屬的單項和綜合污染指數(shù)

表6 8個站位沉積物中重金屬的和RI

3 結論

(1)2020年10月調查的江蘇省沿海8個脊尾白蝦養(yǎng)殖池塘海水重金屬污染較輕，個別站位Zn質量濃度超標，可能是受到附近陸源污染所致；沉積物重金屬均屬于輕度污染，且隨著深度的加大，污染程度有所減輕；脊尾白蝦肌肉組織的重金屬質量分數(shù)符合《NY 5058—2006》標準。

(2)沉積物中Cu和Zn，脊尾白蝦肌肉組織中Pb和Zn可能具有相同的污染來源。