2017,
Vol. 26
2. 农业部淡水渔业健康养殖重点实验室, 浙江 湖州 313001;
3. 浙江省鱼类健康与营养重点实验室, 浙江 湖州 313001;
4. 浙江省淡水水产研究所, 浙江 湖州 313001
近年来，天然水域水产动物由于肉质鲜美备受人们的喜爱，却可能存在一定食用风险，特别是重金属残留。目前，我国一些学者对长江、珠江等水域中水产动物中的重金属污染情况进行了调查研究。陈素兰等[1]报道长江江苏段淡水鱼鱼肉受到了不同程度的重金属污染，其中Pb最严重；王增焕等[2]对华南部分水域的研究结果显示，正常食用牡蛎等贝类不存在重金属元素的食用安全风险。钱塘江是浙江省的“母亲河”，流域水系发达，水生生物资源丰富[3]，沿岸工业、城市发达，水域生态环境不容乐观；对于该区域水产动物质量安全的研究，往往集中在以人工养殖[4]和市售[5]水产动物为研究对象，未见钱塘江天然水域鱼类中重金属残留风险的相关报道。本文通过测定钱塘江杭州段鱼类肌肉中重金属含量，分析几种主要重金属的空间分布特征，评价该水域鱼类受重金属的污染情况和食用安全风险，旨在为公众健康饮食提供科学依据。
1 材料与方法 1.1 样品采集与测定方法钱塘江流域内水生生物基本为自然繁殖或人工增殖放流。2015年3月、6月、9月对钱塘江流域干道建德段、桐庐段、富阳段及萧山闻堰段等4个天然水域(断面)进行3次现场捕捞调查(图 1)，共采集鱼类样品67个，经鉴定隶属于黄颡鱼、鳊鱼、鲤等26个种类(表 1)。样品采集后，放入聚乙烯袋中，做好标记并密封，置于冷藏箱中冷冻保存带回实验室。
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图 1 采样点分布图
Fig. 1 Sampling location
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表 1 样品的数量和种类 Tab.1 The number and types of samples |
样品于实验室自然解冻后，取其可食部分肌肉，用组织匀浆机匀浆后放入聚乙烯袋中，-20 ℃保存，分析备用。称取适量待测样品，经硝酸等处理后，加入到Milestone EHTOS1微波消解系统中消解，赶酸后定容待测。铜、锌、铅、镉含量用Varian AA240/FS-GTA120(石墨炉/火焰)原子吸收分光光度仪测定，汞、砷含量用吉天AFS-9130原子荧光分光光度仪测定。测定结果以湿重表示。所测样品均测定3个平行值，扣除试剂空白，并采用国家标准物质(扇贝, GBW 10024) 进行质量控制。
1.2 数据处理原始数据经Excel 2010初步整理后，采用SPSS 13.0进行单因素方差分析(One-Way ANOVA)，并用Duncan’s检验法进行多重比较分析，显著水平(P)为0.05。作图由Origin 8.0完成。
1.3 评价方法与依据 1.3.1 单因子污染指数法采用单因子污染指数法对鱼类中各重金属的污染情况进行评价[6]。计算公式如下：
(1)
式中:Pi为第i种重金属的单因子污染指数，Ci为第i种重金属的实测值，Si为第i种重金属的标准值。本研究中，采用NY 5073-2006《无公害食品水产品中有毒有害物质限量》作为Cu、Pb、Cd、Hg、As的限量标准，Zn采用文献值[7]作为限量标准。当Pi＜0.2为正常背景值水平，0.2≤Pi＜0.6为轻污染水平，0.6≤Pi＜1为中污染水平，Pi≥1为重污染水平，即水产品中重金属残留超标[8-9]。
1.3.2 食用安全性评价采用世界卫生组织(WHO)/联合国粮农组织(FAO)/食品添加剂联合专家委员会(JECFA)制定的污染物每周可耐受摄入量(PTWI)为依据，评价鱼类等水生动物中重金属的食品安全性[10]。通过计算本地区居民每周重金属实际摄入量(AWI)，与PTWI值进行比较，评价鱼类的食用安全性。计算公式如下：
(2)
式中: IAW为本地区居民每周重金属实际摄入量，Ci为鱼类肌肉中重金属含量，CW为本地区人均每周鱼类的消费量。参考《2015年浙江省统计年鉴》的统计结果，杭州市人均每周消费量以0.5 kg计。
(3)
式中:PTWIa为JECFA制定的污染物每周可耐受量，具体见表 2[10-11]；PTWIb为成人每周可耐受量；WB为成年人体质量，本研究中成人体质量以60 kg计。
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表 2 重金属污染物每周可耐受量 Tab.2 Provisional tolerable weekly intake (PTWI) of heavy metals |
以AWI占PTWI(成人)比例的高低评价鱼类等水生生物的食用安全性，当AWI/PTWI(成人)大于1时，说明食用该鱼类存在食用安全风险，反之则说明食用风险低[12]。
2 结果与分析 2.1 鱼类中重金属含量的主要特征钱塘江水域鱼类肌肉中各重金属的含量范围、平均值、检出率和超标率见表 3。从中可以看出，各重金属在鱼类肌肉中的平均含量分别为Cu 0.18~27.16 mg/kg, Zn 3.36~24.05 mg/kg, Pb nd~0.233 mg/kg, Cd nd~0.038 mg/kg, Hg nd~0.135 mg/kg, As nd~0.11 mg/kg。鱼类中6种重金属检出率均大于60%，其中Cu、Zn、Pb、Hg 4种重金属的检出率大于90%，与北京市农贸市场鱼类肌肉中重金属的检出率相似[8]。以《无公害食品水产品中有毒有害物质限量》作为Cu、Pb、Cd、Hg、As的限量标准，文献值[7]作为Zn的限量标准, 仅有重金属As在钱塘江鱼肉中有超标现象，超标率为3.0%，其余5种重金属均未超标，超标率低于浙江沿海经济鱼类[13]和珠江三角洲淡水鱼体[14]中重金属的超标率，显示钱塘江天然水域鱼肉中Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As 6种重金属含量较低。
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表 3 鱼类中各重金属元素含量、检出率和超标率 Tab.3 Concentration, detectable rate and superstandard rate of the heavy metals in fishes |
按照从上游到下游(S1、S2、S3、S4) 的顺序，对钱塘江流域不同区段鱼类肌肉中Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As的平均含量特征进行分析，结果表明(图 2)，S2水域鱼肉中Cd、Hg、As的平均含量最高，分别为0.007、0.031和0.037(mg/kg)；S4水域鱼肉中Zn、Pb的平均含量最高，分别为8.15、0.056(mg/kg)；S1水域鱼肉中Cu的平均含量最高，为2.03(mg/kg)。各鱼类肌肉中重金属Zn、Pb、Cd、As平均含量的最低值均出现在S1，Cu和Hg的最低值分别出现在S4和S3。
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图 2 不同区域鱼体中各重金属含量
Fig. 2 Concentrations of the heavy metals in fishes of different regions
重金属Cu, Zn含量的单位为mg/kg; Pb, Cd, Hg, As含量的单位为μg/kg Concentrations of the heavy metal Cu, Zn are in units of mg/kg; Pb, Cd, Hg, As are in units of μg/kg |
多重比较分析结果显示，重金属Cu、Zn、Cd、Hg和As平均含量在钱塘江流域上下游4个不同区段鱼类肌肉中无显著性差异(P＞0.05)。这可能与鱼类主要是从重金属含量较低的水体中累积重金属[15]，而钱塘江上下游水体中各重金属的含量差异往往较小有关。然而，本研究中发现重金属Pb在上游建德三江口鱼肉中的含量显著低于下游闻家堰三江口。原因很可能一方面，钱塘江沿岸尤其是中下游段周边工业企业众多，分布有造纸厂、机械制造厂、仪器仪表厂和服装印染厂等，由于生产的需要很多企业临近水源，有些工业企业排放含Pb废水可能造成周边水域环境中重金属的污染，进而通过食物链的作用在鱼体中富集累积[16]；另一方面，这可能与Pb受到一定工厂大气沉降污染物的影响有关[17]。
2.3 鱼类中重金属的污染水平评价采用单项污染指数法评价钱塘江鱼类中重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As的污染水平。结果显示(表 4)，钱塘江鱼类肌肉中As的单项污染指数大于0.2，呈现轻污染水平；其余各重金属单项污染指数均小于0.2，为正常背景水平，显示鱼肉中Cu、Zn、Pb、Cd、Hg的污染水平较低。比较国内外研究结果发现，钱塘江杭州段鱼肉中重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As的污染水平与我国辽河、三峡、淀山湖、太湖等水域水平相当，均处于较低水平[16]。虽然As达到了轻污染水平，但也低于我国珠江口[9]、广东大亚湾[18]、美国[19]和澳大利亚[20]等地区的污染水平。综上所述，钱塘江流域杭州段鱼类肌肉中重金属污染总体处于较低水平。
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表 4 供试鱼类中各重金属的单项污染指数(Pi) Tab.4 The single factor pollution index (Pi) of heavy metal for the fishes tested |
由于目前缺乏钱塘江流域周边居民淡水天然水域鱼类消费量的相关统计数据，考虑到钱塘江流域主要为杭州市，且当地居民食用的淡水水产品主要为鱼类，因此本文采用《2015年浙江省统计年鉴》的统计结果，杭州市人均每周水产品消费量约为0.5 kg作为估算依据。按照钱塘江鱼类肌肉中重金属的含量，计算得到钱塘江水域鱼类人均每周实际摄入量(AWI)，将其与PTWI进行比较，评价钱塘江水域鱼类的食用安全性，评价结果见表 5。从中可以看出，以各鱼体肌肉平均含量计，6种重金属的人均每周摄入量均小于PTWI，食用安全风险表现为Hg＞As＞Pb＞Zn＞Cd＞Cu，表明钱塘江水域目前鱼类中因重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As引起的食用风险低，较为安全。我们注意到鱼肉食用安全的最大风险来自重金属Hg，按照鱼肉中Hg的平均含量计算，通过食用钱塘江鱼肉摄入汞的量为2 μg/d，远低于USEPA对美国膳食结构调查汞摄入量为人均16.9 μg/d的结果[21]。按照我国总膳食摄入Hg的量约为54 μg/d计算[22]，本研究中食用鱼肉所摄入的Hg仅仅占到总膳食摄入量的3.7%。因此，虽然钱塘江鱼肉中Hg的食用安全风险显著高于其他重金属，但总体而言，其食用安全风险依然处于较低水平。以鱼类肌肉中重金属的最大含量计，6种重金属的人均每周摄入量除Hg外，其余均小于PTWI，其比值Hg最高，为161%，食用安全风险表现为Hg＞Pb＞Cu＞As＞Cd＞Zn，表明钱塘江水域个别鱼类中重金属Hg存在一定的食用风险，这可能与Hg主要通过食物链进行生物富集和生物放大，而鱼类的食物链等级较高有关[23]。
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表 5 钱塘江水域水产品人均每周实际摄入量(AWI)及其占PTWI比 Tab.5 Weekly intakes of heavy metals(AWI) and their percentage of PTWI in aquatic products of the Qiantang River |
进一步分析比较不同区段水域中鱼类的食用安全性，评价结果见图 3。评价结果显示，各区段间差异较小，S2区段水域采集的鱼类肌肉中重金属的食用安全风险略高于其他地区。
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图 3 不同区段水域鱼肉的食用安全性评价
Fig. 3 Food safety evaluation of the heavy metals in fishes of different regions
图(a)以鱼肉中重金属的平均含量计；图(b)以鱼肉中重金属的最大含量计 Fig(a): in terms of average contents; Fig(b): in terms of maximum contents |
鱼类等水生生物生活在水域环境中，主要通过体表吸附、摄食饵料、鳃呼吸等在其体内累积重金属[24]，不同的生活习性、食物来源以及营养级水平是影响其富集能力的重要因素[25-27]。分析不同食性和生活水层鱼类中各重金属的含量，结果显示(图 4~5)，虽然肉食性和杂食性鱼类中重金属的含量略高于滤食性和草食性鱼类，中下层鱼类中重金属含量略高于中上层鱼类，但相关性分析不同食性和不同生活水层所造成的各重金属在鱼体中的累积差异并不显著(P＞0.05)，这与谢文平等[14]对珠江三角洲河网区鱼类的研究结果不同。钱塘江水域为浙江省重要的增殖放流水域，根据浙江省渔业资源信息管理平台显示的放流品种，许多实验捕捞的鱼类，如青鱼、草鱼、鲢、鳙、鳊鱼、黄颡鱼、花䱻等均属于钱塘江水系上下游主要的放流品种，因此虽然鱼样均捕捞自钱塘江，但有可能个别样品来自不久前所放流的鱼类，在钱塘江中生长时间的不同往往会引起各重金属累积的差异。因此，需要结合不同鱼龄，进一步开展其相关关系的研究。
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图 4 不同食性的鱼类体内重金属含量
Fig. 4 Concentrations of heavy metals for the fishes feeding different diets
重金属Cu, Zn含量的单位为mg/kg; Pb, Cd, Hg, As含量的单位为μg/kg Concentrations of the heavy metal Cu, Zn are in units of mg/kg; Pb, Cd, Hg, As are in units of μg/kg |
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图 5 不同水层的鱼体内重金属含量
Fig. 5 Concentrations of heavy metals for the fishes that living in different water layers
注：重金属Cu, Zn含量的单位为mg/kg; Pb, Cd, Hg, As含量的单位为μg/kg Note: Concentrations of the heavy metal Cu, Zn are in units of mg/kg; Pb, Cd, Hg, As are in units of μg/kg |
从水产品中各重金属的含量分析可以看出，钱塘江水域水产品中各重金属的含量均较低，其中Zn含量最高，Cu次之，与张继来[28]在澜沧江的研究结果相一致。在水生生物体内，Zn和Cu是维持水生生物正常生理代谢活动的重要微量元素，其中Zn是许多酶的组成成分，Cu参与一些酶和黑色素的合成[29]，因此它们在水产品中富集相对较高。而Pb、As、Hg、Cd作为非必要元素，则含量较低。
同时，元素间的相互作用也影响着重金属的累积，当Cd/Zn小于0.01时，大量生物可利用Zn的存在阻滞或减少对Cd的吸收、累积，不会对健康产生危害[30]。本研究各鱼体中Cd/Zn均小于0.01，因此其累积风险较小。通过对不同重金属间的相关关系进行分析，结果显示(表 6)，Pb与Zn、Cd与As在0.05的水平上显著相关，Pb与Cd在0.01的水平上显著相关，说明钱塘江水域鱼类中上述重金属同源，与储昭霞等[31]的研究结果相类似。此外，我们发现重金属Hg与其余各重金属均呈现负相关且相关性较弱，提示可能与鱼类中Hg的来源有关。一方面，Hg具有较高的挥发性，可以通过长距离的大气运输形成全球性的污染。我国煤矿的大量开采和使用可能导致Hg进入大气中，从而影响其在鱼肉中的累积。另一方面，不同于其他金属元素，鱼体中Hg主要以有机结合态存在，且游离性较强，生物转化作用影响着其在鱼体内的含量分布[32]。
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表 6 水产品中各重金属间的相关关系 Tab.6 Correlation between heavy metal contents in aquatic products |
本研究显示，鱼类中各重金属既存在相关性又有差异。以类间平均距离法(Between-groups linkage)作为测量方法，欧式平方距离(Squared Euclidean distance)作为测量距离，对鱼类肌肉中6种重金属进行聚类分析，得到重金属的树形聚类分析图(图 6)。图中可以看出，Pb、Cd和Zn为一类，这些元素可能在环境中存在着共同的来源或受到相同因素的影响；As、Cu和Hg各为一类，这可能与不同重金属的元素特性和鱼类对其的富集方式有关。
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图 6 重金属树形聚类分析图
Fig. 6 Dendrogram of heavy metals
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近年来随着生活日益的多样化，人们越来越不满足仅仅食用养殖的鱼类，这使得天然水域鱼类越来越受到人们的青睐，同时它的安全性也备受关注。将钱塘江流域天然水域鱼类中重金属的含量与水域周边养殖池塘和市售鱼类进行比较分析(表 7)，结果表明天然水域鱼类、养殖鱼类和市售鱼类中Hg的含量大致相当；养殖池塘中Cu的含量高于天然水域，这与养殖过程中饲料的投喂和渔药的使用有关；市售鱼中Pb和As的含量略高于天然水域鱼类和养殖鱼类；而Cd的含量养殖鱼类和市售鱼类略高。值得指出的是，由于缺乏钱塘江周边水域养殖池塘中鱼类重金属的相关研究，本文选取了相近区域的养殖池塘进行分析比较，今后有必要进一步开展该水域周边养殖池塘鱼类中重金属的含量特征分析。总体而言，钱塘江水域目前鱼肉中重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As较低，食用也较为安全，这与食用安全性评价的结果相一致。
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表 7 本研究鱼类中重金属含量与文献值的比较 Tab.7 Comparisons of heavy metals in fishes from selected studies |
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2. Key Laboratory of Healthy Freshwater Aquaculture, Agriculture Ministry, Huzhou 313001, Zhejiang, China;
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4. Zhejiang Institute of Freshwater Fisheries, Huzhou 313001, Zhejiang, China