上海海洋大学学报  2021, Vol. 30 Issue (6): 1002-1012    PDF    
上海金山罗氏沼虾养殖塘多环芳烃分布、源解析及风险评价
戴智1, 谌一涵1, 彭自然1, 何文辉1, 潘宇迪1, 沈路遥1, 戴习林2,3,4     
1. 上海海洋大学 海洋生态与环境学院, 上海 201306;
2. 上海海洋大学 水产科学国家级实验教学示范中心, 上海 201306;
3. 上海海洋大学 农业农村部淡水水产种质资源重点实验室, 上海 201306;
4. 上海海洋大学 水产动物遗传育种中心上海市协同创新中心, 上海 201306
摘要:为研究上海市金山区罗氏沼虾养殖环境中多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)的污染水平、来源和评估其食用健康风险,采用高效液相色谱(HPLC)检测环境中16种优控多环芳烃,结果表明:养殖区内,大气干、湿沉降中多环芳烃总含量及沉降通量分别为5.52~9.45 μg/g、47.99~100.42 ng/L和3.75~6.42 μg/(m2·d)、83.32~174.36 ng/(m2·d),干沉降中以高环为主,湿沉降中以低环为主;水体中多环芳烃总含量为342.76~1 520.83 ng/L,以低环为主,对比国内其他养殖区,研究区水体多环芳烃污染处于中等水平;土壤与沉积物中多环芳烃含量分别为1 000.45~2 138.46 ng/g和1 763.70~3 656.97 ng/g,高环多环芳烃含量远高于低环,相比于其他养殖区处于较高水平;浮游动物与浮游植物中多环芳烃总含量分别为46.18~134.63 μg/g和26.13~145.39 μg/g,均以4环多环芳烃为主;罗氏沼虾在幼虾期、成长期、育成期体内多环芳烃平均总含量分别为63.09 ng/g、111.89 ng/g、148.77 ng/g,存在生物富集现象,虾肉中3、4环多环芳烃含量相对较高,相比于其他养殖区水产品,研究区罗氏沼虾体内多环芳烃处于较低水平。采用比值法和主成分分析法进行污染来源分析,结果表明:养殖区大气沉降为多污染源并存,其中湿沉降中污染源主要为石油源;干沉降中污染源主要为煤炭、木材的燃烧源;水体主要污染源为石油源;土壤中主要为煤炭燃烧源;沉积物中污染源与土壤中类似,以煤炭燃烧和化石燃料不完全燃烧为主。食用风险评价结果表明:罗氏沼虾终身致癌风险为1.89×10-8~1.37×10-6,在可接受范围内,正常食用不会对人类健康产生危害。
关键词罗氏沼虾    多环芳烃    源解析    风险评价    

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是一类由两个或两个以上的苯环按线形、角形或簇状等稠环形式相连构成的有机化合物,具有致癌、致畸和致突变风险[1-2]。作为一种持久性有机污染物,PAHs具有难降解、易富集的特性[3],在全球范围内都是较为普遍的持久性环境污染物,也是与人类接触频率最高的致癌污染物。水产品则是人类与PAHs接触的主要载体[4-5],其质量安全日益成为人们关注的焦点。

罗氏沼虾(Macrobrachium rosenbergii)自1976年引进以来,已成为我国主要养殖水产品之一,2018年产量高达13.33万t[6]。金山区作为上海三大水产养殖区之一,罗氏沼虾养殖塘较多,淡水养虾已成为农业转型发展和农民致富的重要产业,也可成为乡村产业发展的契入点。近年来,学者们对养殖塘的PAHs研究仅限于养殖生物或者单一环境介质[7-8],对养殖区污染监测缺乏系统性和全面性。本研究以上海金山罗氏沼虾养殖塘为对象,考察养殖塘水、悬浮物、浮游动植物、沉积物、塘埂土和大气沉降等多种环境介质中PAHs对罗氏沼虾养殖的影响,测定养殖环境与罗氏沼虾体内PAHs含量,分析PAHs的构成、来源,评估罗氏沼虾的食用健康风险。研究结果为改进水产养殖工艺技术、加强持久性有机化合物治理、完善养殖生态系统和环境调控措施、防止水产品PAHs污染提供依据。

1 材料与方法 1.1 采样点概况

选取上海市金山区3个罗氏沼虾养殖塘(121.41°E,30.82°N)为研究对象,分别记为T1、T2、T3,面积均为0.47 hm2,养殖密度为37.5万尾/ hm2。于2019年5月投放虾苗时开始采样,样品包括养殖塘水、悬浮物、浮游动植物、沉积物、塘埂土和大气沉降。

1.2 样品采集与保存

采用圆柱形玻璃集尘桶(内径0.15 m、高0.30 m)同时收集大气干、湿沉降样品,超纯水为收集液,将全部收集液过滤,滤膜冷冻干燥后称质量,滤液待萃取。在养殖塘对角线上离岸2 m处的4个点采集水样并混合,用盐酸调节pH为2~3,过滤后称质量,按同温度下水的密度将质量换算成水样体积。在养殖塘4个角采集土壤、沉积物,样品采集后分别装入铝箔袋中保存,冷冻干燥后粉碎过100目钢筛,密封储存待用。采集水样100 L,用13号浮游生物网过滤,收集网内浮游动物至50 mL样品瓶,过滤使其完全固定在滤膜上,干燥后称质量记录。取2 L经浮游生物网过滤的水样静置30 min,取上层水500 mL为浮游植物水样,下层1 500 mL为悬浮物水样,过滤后用铝箔包裹滤膜,冷冻干燥后称质量[9]。去除罗氏沼虾头部、外壳和肠腺,留下肌肉,经冷冻干燥后保存。

1.3 样品的预处理和分析

水样用Supelco Visiprep DL SPE固相萃取仪萃取,用10 mL V(正己烷)∶V(丙酮)=1∶1、10 mL甲醇和10 mL pH为3的纯水依次活化Oasis HLB固相萃取柱(6 mL,500 mg)并完成萃取,依次使用10 mL甲醇、10 mL V(正己烷)∶V(丙酮)=1∶1洗脱,收集洗脱液,氮吹至近干,用乙腈转移至进样瓶中,定容至1 mL待测。

土壤、沉积物提取采用索氏提取法,用滤纸包裹样品放于索氏抽提瓶中,加入100 mL V(二氯甲烷)∶V(丙酮)=1∶1溶液,加入2 g无水硫酸钠和1 g铜片,65 ℃水浴提取24 h,氮吹萃取液,用正己烷定容至1 mL [10]。在净化柱中依次放入无水硫酸钠、硅胶、无水硫酸钠,用40 mL正己烷淋洗,弃掉淋洗液。将萃取液加入净化柱,用50 mL V(二氯甲烷)∶V(正己烷)=2∶3混合液洗脱,收集洗脱液,氮吹至近干,用乙腈转到进样瓶中,定容至1 mL待测。

分别取出固定在滤膜上的悬浮物、浮游动植物,粉碎后移至50 mL提取管,加入25 mL V(二氯甲烷)∶V(正己烷)=1∶1溶液,超声提取15 min。静置,转移至平底烧瓶,重复提取3次,合并提取液。提取液经旋转蒸发浓缩至1 mL,转至样品瓶,定容至3 mL[9]。浓缩液经固相萃取柱富集,用15 mL V(二氯甲烷)∶V(正己烷)=1∶1洗脱,收集洗脱液,氮吹至近干,用乙腈转换到进样瓶中,定容至1 mL待测。

将干虾研成粉末,加入100 mL V(二氯甲烷)∶V(丙酮)=1∶1溶液进行索氏提取。提取液氮吹至近干,加入2 mL乙腈溶解PAHs,加入4 mL乙腈饱和的石油醚,吸出顶部脂肪,将剩余的乙腈用氮气吹干,加入2 mL二氯甲烷溶解残留物。在净化柱中填充适量硅胶,加入10 mL二氯甲烷清洗净化柱,将去脂后的样品移至净化柱,加入10 mL二氯甲烷洗脱,收集洗脱液。将洗脱液氮吹至近干,用乙腈转换到进样瓶中,定容至1 mL待测。

大气湿沉降参照水体富集与制备方法,大气干沉降参照土壤制备方法。

1.4 标准溶液与质量控制

使用纯度大于99%的美国环境保护署优控16种PAHs混合标准溶液,加标回收率均为71.3%~112.4%。对所有样品设置平行实验,相对标准偏差均在20%以下。水体、大气湿沉降的检出限为0.12~0.96 ng/L;土壤、沉积物和大气干沉降的检出限为0.10~4.83 ng/g;浮游动植物、悬浮物的检出限为0.58~4.65 ng/g;罗氏沼虾的检出限为0.40~3.52 ng/g。

1.5 仪器分析与试剂标准

所有待测样品均采用SP-20A高效液相色谱仪(日本岛津公司)测定16种PAHs浓度,2~3环PAHs: 萘(NAP),苊烯(ANY),芴(FLU),苊(ANA),菲(PHE),蒽(ANT);4环PAHs: 荧蒽(FLA),芘(PYR),䓛(CHR),苯并[a]蒽(BaA);5环PAHs: 苯并[b]荧蒽(BbF),苯并[k]荧蒽(BkF),苯并[a]芘(BaP),二苯并[a, h]蒽(DBA);6环PAHs: 茚并[1, 2, 3-cd]芘(IPY)和苯并[g, h, i]苝(BPF)。色谱柱型号为ODS-P(4.6 mm×250 mm×5 μm),柱温箱温度为室温。用水-甲醇溶剂作为流动相进行梯度洗脱,流速1 mL/min。紫外检测波长为254 nm,进样量20 μL。梯度洗脱顺序为:0~7 min,水/甲醇[V(水)∶V(甲醇)=20∶80];7~17 min,水/甲醇[V(水)∶V(甲醇)=0∶100];17~40 min,水/甲醇[V(水)∶V(甲醇)=20∶80];40~42 min,水/甲醇[V(水)∶V(甲醇)=20∶80],保持此状态至60 min。

有机试剂丙酮、甲醇、正己烷、二氯甲烷、乙腈均为色谱纯;盐酸为分析纯;硅胶、无水硫酸钠、玻璃纤维滤膜均在马弗炉中恒温400 ℃煅烧4 h以去除有机物。

1.6 多环芳烃来源解析 1.6.1 LMW/(LMW+HMW)比值法

根据PAHs苯环2~3环为低环(LMW)、4~6环为高环(HMW)进行判定:当LMW/(LMW+HMW)>0.5时,认为主要污染源为石油源;当LMW/(LMW+HMW) < 0.5时,则认为主要污染源为燃烧源[11]

1.6.2 主成分分析法

考虑到用比值法对多环芳烃污染源的判断有一定局限性,故结合主成分分析法深入研究。采用R语言对养殖环境中水体、土壤、沉积物和大气沉降进行主成分分析,选取特征值较高的3个因子,分析PAHs污染源。

1.7 食用健康风险评价

本研究采用终身致癌风险评价模型评估多环芳烃对人体健康危害。因为目前仅苯并[a]芘具有致癌斜率因子(FCS),因而常将PAHs各单体的浓度通过毒性当量因子(FTE) 转化为BaP的毒性当量浓度进行终身致癌风险的估算(Incremental Lifetime Cancer Risk, RILC),EBaPRILC的计算公式[7, 12]分别如下:

    (1)
    (2)

式中:RILC为终身致癌风险值;EBaP为毒性当量;Ci为多环芳烃含量,ng/g;FTEi为致癌斜率因子[7];FCS为致癌斜率因子,其值为7.3 mg(kg·d);RI为水产品摄入速率,取0.093 kg/d[13];FE为暴露频率,取365 d/a;DE为暴露时间,取30 a;W为人体质量,取70 kg;TA是平均年龄,取70岁。

2 结果 2.1 金山区罗氏沼虾养殖塘多环芳烃污染水平 2.1.1 养殖塘大气沉降PAHs含量变化及其沉降通量

研究区5~9月大气沉降中干沉降平均含量为5.52~9.45 μg/g,检出率为96.9%。湿沉降平均含量为47.99~100.42 ng/L,检出率为87.5%。干、湿沉降通量分别为3.75~6.42 μg/(m2·d)和83.32~174.36 ng/(m2·d)。如图 1所示:干沉降中BaA和CHR含量最高,4环PAHs占比最高,其次是5环和3环,6环和2环占比较少;湿沉降中以NAP、ANY和ANA等低环PAHs含量较高。研究区大气沉降中PAHs含量较高,与林根满[14]等研究金山区大气沉降中PAHs含量较为一致。低环PAHs易溶于水相,使得湿沉降中低环占比较高[15]

图 1 养殖塘不同环境介质中PAHs组成 Fig. 1 Composition of PAHs in different ambient media
2.1.2 养殖区水体多环芳烃含量变化与构成

研究区水体中16种PAHs总含量为342.76~1 520.83 ng/L,总检出率为91.8%,16种PAHs均有检出,其中9种多环芳烃检出率达到100%。可以看出,养殖塘水体中多环芳烃较为常见。如图 1所示,研究区水体中16种PAHs的组分构成以低环为主,6环比重较小,低环PAHs占比超过50%,这与多环芳烃正辛醇-水分配系数有关,低环多环芳烃的正辛醇-水分配系数较低,溶解度较高,而高环多环芳烃的正辛醇-水分配系数高,溶解度较低[15]。如表 1所示,与国内部分淡水、海水养殖区水体中PAHs含量相比较,本研究养殖水体中PAHs含量处于中等水平,低于微山湖养殖区[16]和台州湾养殖区[17],略高于广东罗非鱼养殖区[18]和厦门马銮湾养殖海区[19]

表 1 部分地区养殖区水体PAHs含量 Tab.1 Content of PAHs in different aquaculture water
2.1.3 土壤与沉积物多环芳烃含量变化与构成

研究区周围土壤中16种PAHs总含量为1 000.45~2 138.46 ng/g,平均值为1 475.01 ng/g。沉积物中PAHs的总含量为1 763.70~3 656.97 ng/g,平均值为2 567.39 ng/g。土壤和沉积物中的PAHs检出率达到了96.7%和97.0%,其中11种物质的检出率达到100%。如图 1所示,养殖环境中土壤和沉积物中4环PAHs含量明显高于其他环数。土壤与沉积物中PAHs含量为4环>6环>5环>3环>2环。沉积物为养殖塘水环境中PAHs富集的主要场所,同时也是养殖生物体内污染物的主要来源,对养殖生物有很大影响[20]。研究区养殖塘沉积物PAHs含量处于较高水平,仅次于天津地区鱼塘。天津地区该鱼塘养殖用水引自周围居民区和工业区排污河流,污染较为严重[21],而研究区养殖塘位于工业区附近,沉积物积累的PAHs含量较高。

2.1.4 悬浮物和浮游动植物PAHs含量变化与构成

部分PAHs很难溶于水,但极易吸附于微小悬浮物上[22-23],作为PAHs的主要载体,悬浮物中PAHs含量相对于其环境介质处于较高水平。悬浮物中16种PAHs总含量为36.55~86.20 μg/g,平均含量达到66.90 μg/g,16种优先控制PAHs检出率为97.9%,共有15种检出率为100%。其中含量较高的有ANA、BaA、BbF和BPF,而BaA含量最高。如图 1所示,悬浮物中不同环数PAHs以4环为主,其次从高到低分别是3环、5环、6环、2环,高环PAHs占比较高,由于悬浮物上吸附的PAHs大部分都是溶解性较低的高环PAHs。

养殖水体中浮游动物与浮游植物中16种PAHs总含量分别为46.18~134.63 μg/g和26.13~145.39 μg/g,检出率分别为99.2%和98.7%。其中,浮游动物中只有少量样品未检出ANT,浮游植物中少量样品未检出FLU、PHE和BkF。表明PAHs在浮游动植物中存在较为普遍。PAHs具有疏水亲脂性,水体和沉积物中的PAHs容易通过多种途径在生物体内累积,经食物链逐级传递。浮游动植物处于食物链底端,浮游动物直接摄食吸附有PAHs的微小颗粒物,对PAHs的富集能力强于高营养级生物[24],这使得浮游动植物中的PAHs含量较高。

图 1所示,浮游动植物中均以4环PAHs为主,浮游动植物中含量高低依次是4环>3环>5环>2环>6环。浮游动植物中NAP、ANA、CHR、BaA、BbF等含量较高,与水体、沉积物中含量高的PAHs种类相似,证明了浮游动植物对水体、沉积物中的PAHs富集效果明显,其主要PAHs也是来自水体和沉积物之中。浮游动植物在水中营浮游性生活,通过环境接触和滤食对PAHs进行累积,体内PAHs与环境介质中多环芳烃含量相关。

2.1.5 罗氏沼虾多环芳烃含量变化与构成

本研究将罗氏沼虾的生长过程分为幼虾期、成长期和育成期。其中,育成期虾体内16种PAHs平均总含量为148.77 ng/g。含量最高的PAHs为FLA,为13.87 ng/g,BaA、NAP、PYR、CHR、PHE、ANT、BaP和BkF的含量均高于10 ng/g。对比了国内部分地区水产品中PAHs的含量,发现长江干流和沱江干流[25]中水产品含量最高,最高含量达到了(2 803.78±215.37) ng/g和(8 498.57±1 128.22) ng/g。研究区养殖塘罗氏沼虾体内PAHs含量在水产品中处在较低水平,但略高于浙江[26]和江苏高邮[8]地区罗氏沼虾中PAHs含量。如图 2所示,育成期罗氏沼虾体内PAHs含量为4环>5环>3环>6环>2环,4环占比最高(32.6%),5环和3环占比接近,分别为24.9%和23.5%。高邮罗氏沼虾养殖区和长三角区养殖水产品中PAHs也均以3~4环为主。高环在虾体内比例高于水体中,表明高环PAHs在虾体内存在富集现象,且高环PAHs比低环PAHs积累多,这与汪红军等[27]研究的汉江下游鱼体PAHs分布特征结论相似。

图 2 罗氏沼虾不同生长期PAHs组成 Fig. 2 Composition of PAHs in Macrobrachium rosenbergii in different growth stages

成长过程中,5种不同环数的PAHs均随着罗氏沼虾的成长逐步增加,部分PAHs如ANY、FLU在幼虾时期含量低于检出限,在长至成虾时,这两种PAHs出现较高的增长,PAHs在虾的成长过程中通过食物、水体、沉积物、大气沉降等多种渠道在虾体内累积,PAHs含量不断增加。根据表 2对虾成长周期不同阶段的PAHs增加量和增加率的统计可以看出,从幼虾到最后的成虾,PAHs浓度平均增长率高达201.7%。幼虾期-成长期的PAHs增长量和增长率均高于成长期-育成期阶段。罗氏沼虾体内PAHs早期的增长量高于中后期,这可能与罗氏沼虾的摄食习惯有关,早期的罗氏沼虾主要摄食浮游动物,中后期以饲料为主要食物,本次研究测定了投喂饲料的PAHs含量小于100 ng/g,浮游动物中PAHs的含量远高于这个值,不同成长阶段的食性不同使罗氏沼虾体内PAHs的含量变化情况存在差异。

表 2 罗氏沼虾不同生长阶段PAHs增加量与增加率 Tab.2 The increments and increase rate of PAHs in different growth stages of Macrobrachium rosenbergii
2.2 金山区罗氏沼虾养殖塘多环芳烃源解析 2.2.1 LMW/(LMW+HMW)比值法

图 3所示为大气干、湿沉降、水体、土壤和沉积物中PAHs的LMW/(LMW+HMW)值。湿沉降中主要以石油源为主,干沉降中以燃烧源为主,因此大气沉降多种污染源并存;养殖水体中石油污染源较多,燃烧源所占比例较少;土壤和沉积物LMW/(LMW+HMW)值都小于0.5,表示其多环芳烃来源多为燃烧源。石油源所释放的PAHs为低环,在湿沉降中溶解度高,而主要来源为燃烧源的高环PAHs难溶于水,多吸附在颗粒物上。低环溶解度较高,水体中PAHs的来源表现为石油源为主,沉积物和土壤中高环占比多,来源主要为燃烧源。

图 3 养殖环境介质中LMW/(LMW+HMW)值 Fig. 3 LMW / (LMW + HMW) ratio in culture ambient media
2.2.2 主成分分析法

比值法较为简便,通常用于多环芳烃污染源的粗略判断,结论往往不够全面。研究发现PYR、BaA和FLA的主要来源为煤炭燃烧和天然气燃烧[28],BbF主要来源为煤炭、石油燃料的不完全燃烧[29-30],有研究[31]认为CHR、IPY和BPF为交通污染的指示物,BkF的主要来源为石油等化石燃料的不完全燃烧。本研究采用R语言对养殖环境中PAHs进行主成分分析,选取了特征值较高的3个因子进行源解析,计算不同污染因子的贡献率,直观展现不同污染源的贡献。

对养殖塘周围大气沉降中多环芳烃进行主成分分析,湿沉降的因子载荷如图 4a所示。PC1解释了72.54% PAHs数据变化,其中NAP、ANY和ANA负载较高,NAP和ANA是石油源污染的指示物[32],ANA又反映中低温转化的石油源[33],因此PC1反映为石油污染源;PC2解释了19.47% PAHs数据变化,其中负载较高的为FLA、PYR和BaA,通常将其看作燃煤指示物,因此推断PC2可能代表煤炭燃烧所导致的燃烧源;PC3中CHR、IPY和BPF负载较高,其中IPY和BPF被认为是汽车尾气的指示物,所以将PC3定义为交通污染源,贡献率为4.61%。综合来看,研究区大气湿沉降中主要污染源为石油源,其次是燃烧源和交通污染源。

图 4 大气湿沉降(a)和干沉降(b)PAHs载荷 Fig. 4 Loading diagram of PAHs in atmospheric wet deposition(a) and dry deposition(b)

干沉降中主成分分析3个因子的载荷如图 4b所示: PC1中BaA、BbF和FLA载荷较高,其中BaA和BbF均与燃烧有关,FLA代表了焦炉污染,所以将PC1定义为燃烧源,贡献率为67.66%;PC2中CHR、IPY和BPF载荷较高,这表示PC2中以交通污染源为主,贡献率为17.58%;PC3中NAP、ANY和ANA载荷较高。这3种低环多环芳烃来源为石油源,贡献率为8.59%。综合来看,大气干沉降中主要污染源为煤炭等燃烧源,其次为交通污染源和石油源,总贡献率为93.98%。

对养殖水体中PAHs进行主成分分析。如图 5a所示:主成分PC1方差贡献率为59.75%,NAP、ANY和ANA具有较高的载荷,这3种低环多环芳烃主要来源为石油源的燃烧,故将因子1定义为石油燃烧源;主成分PC2方差贡献率为31.24%,FLA、PYR、BaA和BbF具有较高的载荷,因此因子2主要为煤炭燃烧源;主成分PC3方差贡献率为5.24%,CHR、BkF、IPY和BPF具有较高的载荷,BkF也是煤炭燃烧的指示物,所以因子3主要为交通污染和煤炭燃烧的混合源。综合3个因子,养殖区水体中多环芳烃的主要来源为石油燃烧源、煤炭燃烧源和交通污染源,总方差贡献率为96.23%。

图 5 水体(a)、土壤(b)和沉积物(c)PAHs载荷 Fig. 5 Loading diagram of PAHs in water(a), soil(b) and sediments(c)

对养殖区土壤中PAHs进行主成分分析,如图 5b所示:PC1中FLA、PYR、BaA和BbF负载较高,这4种多环芳烃主要来源为煤炭、木材燃烧和化石燃料的不完全燃烧,故定义土壤的第一因子为煤炭化石燃料燃烧源,方差贡献率为63.13%;PC2中以CHR、IPY和BPF的负载最高,这3种物质均为交通污染指示物,故因子2定义为交通污染源,方差贡献率为29.18%;PC3中负载较高的有NAP、ANY和ANA 3种低环多环芳烃,这3种物质主要来源为石油燃烧,故定义该因子为石油燃烧源,方差贡献率为6.17%。结合3个因子分析,土壤中主要来源由高到低依次为煤炭燃烧、交通污染和石油燃烧,总方差贡献率为98.48%。

对沉积物PAHs进行主成分分析,如图 5c所示,选取了特征值大的3个因子:PC1解释了总变量的50.41%,FLA、PYR、BaA和BbF负载系数较高,这几种物质为煤炭燃烧和化石燃料不完全燃烧的指示物;PC2解释了总变量的38.22%,CHR、IPY和BPF负载系数较高,主要污染来源为交通污染;PC3解释了总变量的7.35%,NAP、ANY和ANA负载系数较高,这3种物质来源均为石油燃烧源。沉积物中PAHs主要污染源与土壤中相似,以煤炭燃烧和化石燃料不完全燃烧为主,其次是交通污染源,并有少量的石油燃烧源,这3个因子的总方差贡献率为95.98%。

比值法与主成分分析法所得结果基本一致,出现石油源与燃烧源等多种污染源均存在的现象与研究区周围的土地利用情况有很大关系。金山区坐落着上海石油化工股份有限公司和上海化学工业区两个特大型企业,工厂的煤炭燃烧、焦炉燃烧、石油等化石燃料的不完全燃烧有可能增加了该地区多环芳烃的污染[13]。同时金山区作为上海的西南门户,水陆运输发达,港口的建立增加了水路运输过程中产生的燃料污染、陆路运输产生的尾气污染也有可能会增加环境中多环芳烃的输入。

2.3 罗氏沼虾食用健康风险评价

环境中的PAHs在罗氏沼虾体内富集,最终通过食物链富集到人体内,从而对人体健康产生一定的影响。采用终身致癌风险对罗氏沼虾的食用风险进行评价分析。经计算,罗氏沼虾成虾样品的终身致癌风险值(ILCR)为1.89×10-8~1.37×10-6,高于鱼外渔场水产品食用致癌风险值(1.43×10-11~1.66×10-8)[34],与长三角地区水产品食用致癌风险值相当(5.1×10-10~1.3×10-6)[26],低于韩国水产品食用致癌风险值(2.85×10-6)[35],基本符合USEPA提出的标准值1.0×10-6,仅有少数样品超出标准,仍属可以控制的范围, 不会对人类的健康安全构成威胁。

3 结论

本研究通过对研究区域养殖环境及罗氏沼虾中16种优先控制PAHs的含量构成、污染源进行分析并进行风险评价,得出以下结论:

(1) 大气干、湿沉降中PAHs含量及沉降通量分别为5.52~9.45 μg/g、47.99~100.42 ng/L和3.75~6.42 μg/(m2·d)、83.32~174.36 ng/(m2·d),干沉降中以高环为主,湿沉降中以低环为主;水体中PAHs含量为342.76~1 520.83 ng/L,以低环为主,对比国内其他养殖区,研究区PAHs污染处于中等水平;土壤与沉积物中PAHs含量分别为1 000.45~2 138.46 ng/g和1 763.70~3 656.97 ng/g,高环PAHs的含量远高于低环,相比于其他养殖区处于较高水平;浮游动物与浮游植物16种PAHs总含量分别为46.18~134.63 μg/g和26.13~145.39 μg/g,均以4环多环芳烃为主;罗氏沼虾3个生长时期16种PAHs平均总含量分别为63.09 ng/g、111.89 ng/g、148.77 ng/g,存在生物富集现象,虾肉中3、4环PAHs含量相对较高,相比于其他养殖区水产品,研究区罗氏沼虾体内PAHs处于较低水平。

(2) 养殖区大气沉降为多污染源并存,其中:湿沉降中污染源主要为石油源;干沉降中污染源主要为煤炭、木材的燃烧源;水体主要污染源为石油源;土壤中主要为煤炭燃烧源;沉积物中污染源与土壤中类似,以煤炭燃烧和化石燃料不完全燃烧为主。

(3) 虾的终身致癌风险为1.89×10-8~1.37×10-6,在可接受范围内,正常食用下,不会对人类健康产生危害。

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Distribution, source apportionment and risk assessment of PAHs in the culture ponds of Macrobrachium rosenbergii in Jinshan, Shanghai
DAI Zhi1, CHEN Yihan1, PENG Ziran1, HE Wenhui1, PAN Yudi1, SHEN Luyao1, DAI Xilin2,3,4     
1. College of Marine Ecology and Enviroment, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China;
2. National Demonstration Center for Experiental Fisheris Science Education, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China;
3. Key Laborratory of Freshwater Aquatic Germplasm Resources, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China;
4. Aquatic Animal Genetic Breeding Center, Shanghai Collaborative Innovation Center, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China
Abstract: In order to study the pollution level and source of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the breeding environment of Macrobrachium rosenbergii in Jinshan district of Shanghai and to assess the food health risk, 16 kinds of optimal PAHs were detected by HPLC. The results showed that: In the cultivation area, the total PAHs content and the settling flux in the dry and wet deposition were 5.52-9.45 μg/g, 47.99-100.42 ng/L and 3.75-6.42 μg/m2·d, 83.32-174.36 ng/m2·d, respectively. In the dry deposition, the high ring was dominated, while in the wet deposition, the low ring was dominant. The total PAHs content in the water is 342.76-1 520.83 ng/L, which is mainly dominanted by low ring. Compared with other breeding areas in China, PAHs pollution in the water of research areas is at a medium level; the content of PAHs in soil and sediment was 1 000.45-2 138.46 ng/g and 1 763.70-3 656.97 ng/g, respectively. The content of PAHs in high ring was much higher than that in low ring, which was also higher than that in other aquaculture areas. The total PAHs contents in zooplankton and phytoplankton was 46.18-134.63 μg/g and 26.13-145.39 μg/g, respectively, which were dominated by 4-ring PAHs; The average total PAHs content in the three growth stages of Macrobrachium rosenbergii was 63.09 ng/g (Seeding stage), 111.89 ng/g(Growth stage) and 148.77 ng/g(Incubation stage), respectively, showing the existence of bioenrichment phenomenon. The PAHs content in the 3 and 4 cyclic PAHs in the shrimp meat was relatively high. Compared with aquatic products in other breeding areas, PAHs in the study area in Macrobrachium rosenbergii were at a lower level. The ratio method and principal component analysis method were used to analyze the pollution sources. The results showed that the air settlement in the breeding area coexisted with many pollution sources, and the pollution sources in the wet settlement were mainly petroleum sources. The main source of pollution in dry deposition was coal and wood combustion. The main pollution sources of water bodies were petroleum sources; the main source of coal combustion was in the soil. The pollution sources in sediments were similar to those in soil, mainly coal combustion and incomplete combustion of fossil fuels. The results of risk assessment showed that the lifetime cancer risk of Macrobrachium rosenbergii was 1.89×10-8-1.37×10-6, which was within the acceptable range and would not harm human health under normal eating conditions.
Key words: Macrobrachium rosenbergii     PAHs     source apportionment     risk assessment