虎鱼除海河口沉积物重金属的分布及潜在生态风险评价

虎鱼除海河口沉积物重金属的分布及潜在生态风险评价

河口生态系统为陆地和海洋交汇处，土壤污染物通过河口进入海洋。其中，重金属污染物通过复杂的物理和化学过程沉淀进入河口沉积物，对底栖生物产生急性或慢性毒性毒性作用。同时，沉积物中的重金属和其他污染物通过持续的吸附和分析过程长期释放，影响和影响河口生物群落的结构和组成，改变河口生态服务的功能。因此，对河口重金属潜在生态风险进行了调查，分析和评估了人类活动对河口的影响，预测了发展和发展趋势。为河口区域生物多样性保护和海岸带生态发展奠定基础，对提高海洋环境质量和对海洋生态环境保护具有重要的现实意义。复鰕虎鱼(Goby,Synechogobiushast)属于鰕虎鱼科、复鰕虎鱼属,俗称海鲶,广泛分布于西太平洋和我国黄渤海沿岸潮间带和潮下带水域,主营泥质和沙泥质环境的底栖生活,并且活动范围小,是可以用于监测海洋近岸生境质量的潜在指示物种.本研究以渤海湾大神堂、海河口、高沙岭(独流减河口附近)、子牙河和南排河入海口为主要调查区域,对河口表层沉积物和野生复鰕虎鱼(Goby,Synechogobiushast)体内重金属进行了分析,并对鰕虎鱼的重金属生物标志物-金属硫蛋白进行了分析,为从化学浓度和生物危害角度了解渤海湾河口重金属污染状况提供基础依据;另外以Hakanson的生态危害指数法对各区域的潜在生态风险进行综合评价,以期为渤海湾环境管理提供科学依据.1材料和方法1.1复虎鱼的检测选取渤海湾大神堂、高沙岭、海河、子牙河和南排河入海河口为调查区(图1),每个调查点以木质铲掘取相互距离约500m三个点的表层沉积物,混合后装入塑料袋,于低温保温箱储存运回实验室分析重金属As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn.同时利用潮汐水位差布设地撩网捕获野生复鰕虎鱼(海河口水位较深并且处于航运密集区,没有捕获到野生复鰕虎鱼),每点随机选取20尾(L=20.80±2.04cm),现场解剖取肝脏置于液氮冻存带回实验室分析金属硫蛋白,鱼体整体置于低温保温箱带回实验室后-20°C保存用于分析重金属.1.2微波消解g将沉积物冷冻干燥,经玛瑙研体研磨,过100目筛绢,贮存备用;取鱼体肌肉(去皮)(n=10)冷冻干燥,经研磨成粉末状,贮存备用.准确称取沉积物和鱼体粉末各0.1000g,加入5mLHNO3和3mLHF,密闭微波消解(120℃,3min;150℃,5min;190℃,20min).待冷却后转移至坩埚内加热赶酸至近干,然后加入2mLHNO3并用超纯水定容至100mL.利用ICP-MS(Agilent7500)测定样品中As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn,以Sc、Ge、Rh、In、Tb、Lu和Bi作为在线内标(AgilentPartNumber:5188-6525).以上所用HNO3和HF均为优级纯,定容使用超纯水(电导率为18.0Ω/cm).1.3潜在生态危害系数沉积物生态风险采用生态危害指数法(RI)进行评价:式中:Cif是重金属的污染系数;CiD为样品浓度实测值;Cir为沉积物背景参考值;Eir是单种重金属的潜在生态危害系数;Tir是重金属的毒性系数;RI是多种重金属潜在生态危害指数.Eir和RI及污染程度划分见表1.重金属Cd、As、Pb、Cu、Cr、Zn的毒性系数分别取30、10、5、5、2、1,重金属背景参考值采用渤海沉积物的重金属背景值上限.1.4蛋白浓度和金属硫蛋白浓度的测定取液氮100mg左右冻存的肝组织(n=20),置于冰浴保护条件下高速匀浆(匀浆液:25mmol/LTris-醋酸缓冲液,pH7.6,其中含250mmol/L蔗糖,10mmol/L的1,4-二硫苏糖醇),于13000g、4℃条件下离心30min,分别取50µL上清液测定蛋白浓度和金属硫蛋白浓度.金属硫蛋白以银饱和法测定.取上清液与等量硝酸银溶液(25mgAg+/L)充分混合,然后加入400µL的甘氨酸缓冲液(pH8.5)和50µL血红蛋白(2.5%),室温旋转混匀反应5min,然后于100℃水浴反应5min,然后立即冰浴静置5min,离心:10000g,30min,4℃.重复上述加入血红蛋白操作步骤3次.利用原子火焰吸收测定上清液中银离子浓度(北京瑞利WFX-210),以12mol/LAg对应1mol/LMT换算,结果以nmol/LMT/mg蛋白表示.1.5数据的统计分析所有数据均采用SPSS11.0统计软件进行分析处理.2结果与讨论2.1重金属污染状况渤海天津湾大神堂、高沙岭、海河、子牙河和南排河入海河口沉积物和野生复鰕虎鱼体内重金属As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn含量见表2.由结果可以看出,6种重金属在各河口表层沉积物均有检出,其中以Zn的浓度水平最高(52.18~121.75mg/kg),Cd的最低(0.16~0.36mg/kg).比较调查河口沉积物重金属的污染发现,以高沙岭(S3)浓度水平最低,而海河(S2)最高,子牙河(S4)次之,南排河(S5)和大神堂(S1)较为接近.这与各河口沉积物特征和人类活动明显相关.其中,海河承接上游多条排污河如大沽河将上游污水排入渤海湾,并且海洋货运船只活动频繁,因此各种重金属污染相对严重.而高沙岭附近没有重要排污河,重金属污染程度较轻.同时高沙岭表层沉积物的粒度最大(100µm)属于细沙质,对污染物的吸附能力较弱,从而也减轻了该河口地区重金属的污染.根据国家海洋沉积物质量标准,除高沙岭外,其他4个河口沉积物中As均超过I类标准(≤20.0mg/kg),其中以子牙河口的As水平最高(41.43mg/kg),但都符合II类标准(≤65.0mg/kg),而海河口的Cu超出I类标准(≤35.0mg/kg)但符合II类标准(≤100.0mg/kg).与国内其他港湾沉积物重金属相比,渤海湾河口沉积物As的含量处于较高水平,Cd、Cu、Zn、Pb和Cr的浓度较低因此,对于河口沉积物As的来源应该给予重视并对其潜在生态风险进行评价.复鰕虎鱼是一种营底栖生活的近岸小型鱼类,活动范围小,体内污染物水平在一定程度上能够反映栖息地的污染状况.从鱼体肌肉重金属含量可以看出,Zn含量最高(64.66~134.85mg/kg),As含量次之(5.02~14.64mg/kg),而Cd则均未检出,这与范永胜等对底栖贝类的监测结果有所差异,这可能与生物所处的营养级和食物来源有关.根据国家无公害食品水产品中有毒有害物质限量NY5073-2001和鲜海水鱼质量标准GB/T18108-2008,四个河口野生复鰕虎鱼As均超标(≤0.1mg/kg),高沙岭和南排河野生复鰕虎鱼体内Pb超标(≤0.5mg/kg),高沙岭和子牙河野生复鰕虎鱼体内Cr超标(≤2.0mg/kg),均不能满足水产品的质量要求,说明沉积物重金属污染已经对海洋近岸渔业产品质量造成一定影响.2.2关于重金属潜在生态风险根据沉积物重金属含量分析结果,采用生态危害指数法评价河口沉积物重金属的潜在生态风险,计算得到各河口重金属污染的潜在生态危害系数(ER)和风险指数(RI)(表3).从表3可以看出,尽管沉积物中Cd的浓度很低(0.16mg/kg),但由于其毒性系数较高(30),所以沉积物中Cd的潜在生态危害系数仍然较高,除高沙岭处于较低的生态风险外,其他4个河口沉积物中Cd的潜在生态风险处于中度状态.与之相反,尽管沉积物中Zn的浓度较高(52.18~121.75mg/kg),但其毒性系数较低,因此沉积物中Zn的潜在生态危害系数最低,这与锦州湾沉积物Zn和Cd具有较高风险不同.高沙岭沉积物重金属潜在风险指数(RI)最低(54.76),大神堂较低,而子牙河(119.65)和海河较高(125.16),均处于较高风险,并且危害主要来自于Cd污染,这与乳山湾和锦州湾沉积物重金属潜在风险的主要贡献元素一致.结合沉积物重金属潜在风险指数的分级标准,渤海湾各河口沉积物重金属污染的潜在生态风险都属于较轻状态(<150),这与张淑娜等、刘宪斌等天津对近岸海域沉积物重金属的潜在生态风险的评价结果一致.因此,从沉积物重金属生态风险指数角度考虑,渤海湾河口重金属污染对近岸生物的潜在影响还处于轻微程度,并且与人类活动明显相关.2.3复虎鱼体内金属蛋白和金属酶含量金属硫蛋白可反映环境重金属的污染状况,是监测环境重金属污染的一个可靠手段.以银饱和法测定肝组织中金属硫蛋白的含量,结果见图2.由图2可以看出,大神堂(S1)(0.083±0.049nmol/mg蛋白)、高沙岭(S3)(0.068±0.025nmol/mg蛋白)和南排河(S5)(0.063±0.037nmol/mg蛋白)捕获的野生复鰕虎鱼肝组织中金属硫蛋白含量相当,而子牙河捕获的野生复鰕虎鱼肝组织中金属硫蛋白(0.13±0.10nmolMT/mg蛋白)较其他3个河口稍高(约2倍).尽管各河口野生复鰕虎鱼肝组织中金属硫蛋白没有显著差异(P>0.05),但子牙河野生复鰕虎鱼肝组织中金属硫蛋白升高的趋势仍可以反映该地区沉积物的重金属污染水平较高这与沉积物重金属的潜在风险指数一致.水生生物包括鱼类主要是通过鳃和肠吸收水环境中的重金属,然后转移至身体的其他部分如肝脏和肌肉.对于Cd,主要累积在鱼体肝和肾组织,而鳃组织重金属是鱼体吸收、排泄和转运重金属相互平衡的结果.与肝和鳃组织中重金属的累积水平相比,肌肉组织中重金属含量处于较低水平(约是鳃组织的1%),同时与暴露时间和暴露的环境剂量直接相关.考虑到复鰕虎鱼属于短生长型鱼类(约1a生),本文复鰕虎鱼肌肉重金属水平可以反映其栖息环境中近期重金属污染状况,并且表明河口重金属已经对近岸水产品质量产生影响.另外,由于不同重金属对诱导金属硫蛋白的能力不同,尽管本研究中生物体内每种重金属含量与诱导金属硫蛋白水平之间缺少直接因果联系,但作为一个反映环境重金属污染综合效应的生物标志物,复鰕虎鱼体内金属硫蛋白水平仍然可以反映出子牙河沉积物中重金属的生