虎魚除海河口沉積物重金屬的分布及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

虎魚除海河口沉積物重金屬的分布及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

河口生態(tài)系統(tǒng)為陸地和海洋交匯處，土壤污染物通過河口進(jìn)入海洋。其中，重金屬污染物通過復(fù)雜的物理和化學(xué)過程沉淀進(jìn)入河口沉積物，對(duì)底棲生物產(chǎn)生急性或慢性毒性毒性作用。同時(shí)，沉積物中的重金屬和其他污染物通過持續(xù)的吸附和分析過程長期釋放，影響和影響河口生物群落的結(jié)構(gòu)和組成，改變河口生態(tài)服務(wù)的功能。因此，對(duì)河口重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了調(diào)查，分析和評(píng)估了人類活動(dòng)對(duì)河口的影響，預(yù)測了發(fā)展和發(fā)展趨勢。為河口區(qū)域生物多樣性保護(hù)和海岸帶生態(tài)發(fā)展奠定基礎(chǔ)，對(duì)提高海洋環(huán)境質(zhì)量和對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。復(fù)鰕虎魚(Goby,Synechogobiushast)屬于鰕虎魚科、復(fù)鰕虎魚屬,俗稱海鯰,廣泛分布于西太平洋和我國黃渤海沿岸潮間帶和潮下帶水域,主營泥質(zhì)和沙泥質(zhì)環(huán)境的底棲生活,并且活動(dòng)范圍小,是可以用于監(jiān)測海洋近岸生境質(zhì)量的潛在指示物種.本研究以渤海灣大神堂、海河口、高沙嶺(獨(dú)流減河口附近)、子牙河和南排河入?？跒橹饕{(diào)查區(qū)域,對(duì)河口表層沉積物和野生復(fù)鰕虎魚(Goby,Synechogobiushast)體內(nèi)重金屬進(jìn)行了分析,并對(duì)鰕虎魚的重金屬生物標(biāo)志物-金屬硫蛋白進(jìn)行了分析,為從化學(xué)濃度和生物危害角度了解渤海灣河口重金屬污染狀況提供基礎(chǔ)依據(jù);另外以Hakanson的生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)各區(qū)域的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),以期為渤海灣環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù).1材料和方法1.1復(fù)虎魚的檢測選取渤海灣大神堂、高沙嶺、海河、子牙河和南排河入海河口為調(diào)查區(qū)(圖1),每個(gè)調(diào)查點(diǎn)以木質(zhì)鏟掘取相互距離約500m三個(gè)點(diǎn)的表層沉積物,混合后裝入塑料袋,于低溫保溫箱儲(chǔ)存運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室分析重金屬As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn.同時(shí)利用潮汐水位差布設(shè)地撩網(wǎng)捕獲野生復(fù)鰕虎魚(海河口水位較深并且處于航運(yùn)密集區(qū),沒有捕獲到野生復(fù)鰕虎魚),每點(diǎn)隨機(jī)選取20尾(L=20.80±2.04cm),現(xiàn)場解剖取肝臟置于液氮凍存帶回實(shí)驗(yàn)室分析金屬硫蛋白,魚體整體置于低溫保溫箱帶回實(shí)驗(yàn)室后-20°C保存用于分析重金屬.1.2微波消解g將沉積物冷凍干燥,經(jīng)瑪瑙研體研磨,過100目篩絹,貯存?zhèn)溆?取魚體肌肉(去皮)(n=10)冷凍干燥,經(jīng)研磨成粉末狀,貯存?zhèn)溆?準(zhǔn)確稱取沉積物和魚體粉末各0.1000g,加入5mLHNO3和3mLHF,密閉微波消解(120℃,3min;150℃,5min;190℃,20min).待冷卻后轉(zhuǎn)移至坩堝內(nèi)加熱趕酸至近干,然后加入2mLHNO3并用超純水定容至100mL.利用ICP-MS(Agilent7500)測定樣品中As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn,以Sc、Ge、Rh、In、Tb、Lu和Bi作為在線內(nèi)標(biāo)(AgilentPartNumber:5188-6525).以上所用HNO3和HF均為優(yōu)級(jí)純,定容使用超純水(電導(dǎo)率為18.0?/cm).1.3潛在生態(tài)危害系數(shù)沉積物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)采用生態(tài)危害指數(shù)法(RI)進(jìn)行評(píng)價(jià):式中:Cif是重金屬的污染系數(shù);CiD為樣品濃度實(shí)測值;Cir為沉積物背景參考值;Eir是單種重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù);Tir是重金屬的毒性系數(shù);RI是多種重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù).Eir和RI及污染程度劃分見表1.重金屬Cd、As、Pb、Cu、Cr、Zn的毒性系數(shù)分別取30、10、5、5、2、1,重金屬背景參考值采用渤海沉積物的重金屬背景值上限.1.4蛋白濃度和金屬硫蛋白濃度的測定取液氮100mg左右凍存的肝組織(n=20),置于冰浴保護(hù)條件下高速勻漿(勻漿液:25mmol/LTris-醋酸緩沖液,pH7.6,其中含250mmol/L蔗糖,10mmol/L的1,4-二硫蘇糖醇),于13000g、4℃條件下離心30min,分別取50μL上清液測定蛋白濃度和金屬硫蛋白濃度.金屬硫蛋白以銀飽和法測定.取上清液與等量硝酸銀溶液(25mgAg+/L)充分混合,然后加入400μL的甘氨酸緩沖液(pH8.5)和50μL血紅蛋白(2.5%),室溫旋轉(zhuǎn)混勻反應(yīng)5min,然后于100℃水浴反應(yīng)5min,然后立即冰浴靜置5min,離心:10000g,30min,4℃.重復(fù)上述加入血紅蛋白操作步驟3次.利用原子火焰吸收測定上清液中銀離子濃度(北京瑞利WFX-210),以12mol/LAg對(duì)應(yīng)1mol/LMT換算,結(jié)果以nmol/LMT/mg蛋白表示.1.5數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析所有數(shù)據(jù)均采用SPSS11.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析處理.2結(jié)果與討論2.1重金屬污染狀況渤海天津?yàn)炒笊裉谩⒏呱硯X、海河、子牙河和南排河入海河口沉積物和野生復(fù)鰕虎魚體內(nèi)重金屬As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn含量見表2.由結(jié)果可以看出,6種重金屬在各河口表層沉積物均有檢出,其中以Zn的濃度水平最高(52.18~121.75mg/kg),Cd的最低(0.16~0.36mg/kg).比較調(diào)查河口沉積物重金屬的污染發(fā)現(xiàn),以高沙嶺(S3)濃度水平最低,而海河(S2)最高,子牙河(S4)次之,南排河(S5)和大神堂(S1)較為接近.這與各河口沉積物特征和人類活動(dòng)明顯相關(guān).其中,海河承接上游多條排污河如大沽河將上游污水排入渤海灣,并且海洋貨運(yùn)船只活動(dòng)頻繁,因此各種重金屬污染相對(duì)嚴(yán)重.而高沙嶺附近沒有重要排污河,重金屬污染程度較輕.同時(shí)高沙嶺表層沉積物的粒度最大(100μm)屬于細(xì)沙質(zhì),對(duì)污染物的吸附能力較弱,從而也減輕了該河口地區(qū)重金屬的污染.根據(jù)國家海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),除高沙嶺外,其他4個(gè)河口沉積物中As均超過I類標(biāo)準(zhǔn)(≤20.0mg/kg),其中以子牙河口的As水平最高(41.43mg/kg),但都符合II類標(biāo)準(zhǔn)(≤65.0mg/kg),而海河口的Cu超出I類標(biāo)準(zhǔn)(≤35.0mg/kg)但符合II類標(biāo)準(zhǔn)(≤100.0mg/kg).與國內(nèi)其他港灣沉積物重金屬相比,渤海灣河口沉積物As的含量處于較高水平,Cd、Cu、Zn、Pb和Cr的濃度較低因此,對(duì)于河口沉積物As的來源應(yīng)該給予重視并對(duì)其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià).復(fù)鰕虎魚是一種營底棲生活的近岸小型魚類,活動(dòng)范圍小,體內(nèi)污染物水平在一定程度上能夠反映棲息地的污染狀況.從魚體肌肉重金屬含量可以看出,Zn含量最高(64.66~134.85mg/kg),As含量次之(5.02~14.64mg/kg),而Cd則均未檢出,這與范永勝等對(duì)底棲貝類的監(jiān)測結(jié)果有所差異,這可能與生物所處的營養(yǎng)級(jí)和食物來源有關(guān).根據(jù)國家無公害食品水產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)限量NY5073-2001和鮮海水魚質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T18108-2008,四個(gè)河口野生復(fù)鰕虎魚As均超標(biāo)(≤0.1mg/kg),高沙嶺和南排河野生復(fù)鰕虎魚體內(nèi)Pb超標(biāo)(≤0.5mg/kg),高沙嶺和子牙河野生復(fù)鰕虎魚體內(nèi)Cr超標(biāo)(≤2.0mg/kg),均不能滿足水產(chǎn)品的質(zhì)量要求,說明沉積物重金屬污染已經(jīng)對(duì)海洋近岸漁業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量造成一定影響.2.2關(guān)于重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)根據(jù)沉積物重金屬含量分析結(jié)果,采用生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)河口沉積物重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),計(jì)算得到各河口重金屬污染的潛在生態(tài)危害系數(shù)(ER)和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)(表3).從表3可以看出,盡管沉積物中Cd的濃度很低(0.16mg/kg),但由于其毒性系數(shù)較高(30),所以沉積物中Cd的潛在生態(tài)危害系數(shù)仍然較高,除高沙嶺處于較低的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)外,其他4個(gè)河口沉積物中Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于中度狀態(tài).與之相反,盡管沉積物中Zn的濃度較高(52.18~121.75mg/kg),但其毒性系數(shù)較低,因此沉積物中Zn的潛在生態(tài)危害系數(shù)最低,這與錦州灣沉積物Zn和Cd具有較高風(fēng)險(xiǎn)不同.高沙嶺沉積物重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)最低(54.76),大神堂較低,而子牙河(119.65)和海河較高(125.16),均處于較高風(fēng)險(xiǎn),并且危害主要來自于Cd污染,這與乳山灣和錦州灣沉積物重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)的主要貢獻(xiàn)元素一致.結(jié)合沉積物重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),渤海灣各河口沉積物重金屬污染的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)都屬于較輕狀態(tài)(<150),這與張淑娜等、劉憲斌等天津?qū)逗Ｓ虺练e物重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)結(jié)果一致.因此,從沉積物重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)角度考慮,渤海灣河口重金屬污染對(duì)近岸生物的潛在影響還處于輕微程度,并且與人類活動(dòng)明顯相關(guān).2.3復(fù)虎魚體內(nèi)金屬蛋白和金屬酶含量金屬硫蛋白可反映環(huán)境重金屬的污染狀況,是監(jiān)測環(huán)境重金屬污染的一個(gè)可靠手段.以銀飽和法測定肝組織中金屬硫蛋白的含量,結(jié)果見圖2.由圖2可以看出,大神堂(S1)(0.083±0.049nmol/mg蛋白)、高沙嶺(S3)(0.068±0.025nmol/mg蛋白)和南排河(S5)(0.063±0.037nmol/mg蛋白)捕獲的野生復(fù)鰕虎魚肝組織中金屬硫蛋白含量相當(dāng),而子牙河捕獲的野生復(fù)鰕虎魚肝組織中金屬硫蛋白(0.13±0.10nmolMT/mg蛋白)較其他3個(gè)河口稍高(約2倍).盡管各河口野生復(fù)鰕虎魚肝組織中金屬硫蛋白沒有顯著差異(P>0.05),但子牙河野生復(fù)鰕虎魚肝組織中金屬硫蛋白升高的趨勢仍可以反映該地區(qū)沉積物的重金屬污染水平較高這與沉積物重金屬的潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)一致.水生生物包括魚類主要是通過鰓和腸吸收水環(huán)境中的重金屬,然后轉(zhuǎn)移至身體的其他部分如肝臟和肌肉.對(duì)于Cd,主要累積在魚體肝和腎組織,而鰓組織重金屬是魚體吸收、排泄和轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬相互平衡的結(jié)果.與肝和鰓組織中重金屬的累積水平相比,肌肉組織中重金屬含量處于較低水平(約是鰓組織的1%),同時(shí)與暴露時(shí)間和暴露的環(huán)境劑量直接相關(guān).考慮到復(fù)鰕虎魚屬于短生長型魚類(約1a生),本文復(fù)鰕虎魚肌肉重金屬水平可以反映其棲息環(huán)境中近期重金屬污染狀況,并且表明河口重金屬已經(jīng)對(duì)近岸水產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響.另外,由于不同重金屬對(duì)誘導(dǎo)金屬硫蛋白的能力不同,盡管本研究中生物體內(nèi)每種重金屬含量與誘導(dǎo)金屬硫蛋白水平之間缺少直接因果聯(lián)系,但作為一個(gè)反映環(huán)境重金屬污染綜合效應(yīng)的生物標(biāo)志物,復(fù)鰕虎魚體內(nèi)金屬硫蛋白水平仍然可以反映出子牙河沉積物中重金屬的生