摘要：分析了2013年 5月渤海湾南部水域水体、沉积物、生物体中重金属的含量，评价了重金属在生物体内的富集情况。结果表明：调查海域水体中重金属含量低于Ⅱ类水质质量标准，沉积物中重金属含量低于Ⅰ类沉积物质量标准；生物体内重金属含量依次为Zn>Cu≈As>Cd>Pb>Hg；甲壳动物重金属含量普遍较高，软体动物次之，鱼类最低；脉红螺Rapanavenosa的Cd含量超标，四角蛤蜊Mactraveneriformis和斑鰶Konosiruspunctatus的As含量达标，其余生物的As含量全部超标，Cu、Pb、Zn、Hg含量达标；重金属的富集系数依次为As>Zn>Cu>Cd>Hg>Pb；甲壳类生物对重金属的富集能力最强，软体动物次之，鱼类最弱。研究表明，主动吸收、栖息环境和生物的食性是影响重金属在生物体内富集的主要因素。
关键词：渤海湾；生物质量； 重金属；富集
渤海湾南部水质肥沃，大口河、套儿河等诸多河流在此入海，是鱼虾洄游、索饵、产卵的良好场所，生物资源丰富，是海洋经济生物的重要产区之一。该海域也是人为开发活动较为集中的地区之一，沿岸分布有黄骅港、滨州港和十余个大小渔港，近岸有多个养殖和油田开发项目，生态系统脆弱敏感。环境中人为排放的重金属污染物通过摄食和组织吸收等方式进入海洋食物链，重金属在海洋食物链中的传递、富集对浅海湿地生态系统乃至人类健康构成了严重威胁。已有研究表明，人类日常摄入的砷约有90%来自水产品[1]，锌和镉在从贝类至腹足类的传递过程中发生了生物放大效应[2]。目前，国内对双壳类重金属富集的研究较多[3-5]，对鱼类和甲壳类重金属富集的研究较少[6]，而对渤海湾海域经济生物体内重金属含量的研究则鲜有报道。本研究中，通过春季调查分析该海域的贝类、鱼类和甲壳类动物体内的重金属含量及富集因素，旨在为该海域的海洋生态研究提供基础资料，为渤海湾的可持续利用和保护提供参考依据。
1.1材料
使用鲁沾渔“0829”号渔船于2013年5月在渤海湾南部近岸海域进行8个站的拖网取样，调查海域范围和生物样品的拖网区域见图1。从所获样品中选取捕获量超过1.5 kg的当地土著种作为受试生物，包括鱼类、甲壳生物和头足生物共9种。
1.2方法
1.2.1 样品的处理 为避免生物体不同生理阶段对重金属富集的差异，分类选取大小相近的生物成体共计20份样品作为检测样本，其生态学特征见表1。去掉样本表面附着的各种杂质后，分类装入双层聚乙烯袋中冷冻保存并带回实验室。样本于实验室解冻后用去离子水冲洗干净。选取鱼类、甲壳类生物体的肌肉组织进行分析，选取软体动物去壳部分进行分析。
采用原子吸收光谱(美国热电SOLLAR S4型原子吸收光谱仪)法测定镉(Cd)、铜(Cu)、铅(Pb)和锌(Zn)含量；采用氢化物原子荧光光谱(吉天AFS-9130原子荧光光度计)法测定汞(Hg)和砷(As)含量。
所有样品的采集与保存以及水质、沉积物和生物样品的处理与测定均按照《海洋监测规范》(GB17378.6—2007)规定操作进行，生物样品所测结果均以样品鲜重计。
表1受试生物的生态学特征
Tab.1Theecologicalcharactersofthetestorganisms
类别 class 物种 species平均体长/cmaveragebodylength平均体质量/gaveragebodyweight获取站位samplinglocation脉红螺Rapanavenosa9 62461、5、6软体动物mollusks毛蚶Scapharcasubcrenata3 711 71、2、8四角蛤蜊Mactraveneriformis3 28 94、8鹰爪虾Trachypenaeuscurvirostris6 44 23、6甲壳动物crustaceans口虾蛄Oratosquillaoratoria10 662 32、4、7半滑舌鳎Cynoglossussemilaevis21 057 22鱼类fish矛尾刺虾虎鱼Acanthogobiushasta19 069 65、7红狼牙虾虎鱼Odontamblyopusrubicundus14 524 06、8斑鰶Konosiruspunctatus12 326 43、4
注：脉红螺体长以壳高计，毛蚶、四角蛤蜊体长以壳长计，软体动物带壳称重
Note:Rapanavenosais measured in shell height,ScapharcasubcrenataandMactraveneriformisare measured in shell length, Mollusks are weighed in total weight
图1 调查站位
Fig.1 Sampling station in the south Bohai Bay
1.2.2 评价指标 采用单因子污染指数评价法和污染负荷指数法评价调查海域生物质量，评价标准按照《农产品安全质量无公害水产品安全要求》(GB 18406.4—2001)执行。 单因子污染指数计算公式为
Pi=Ci/Si，
其中，Pi为污染物i的污染指数，Ci、Si分别为污染物i的实测值和标准值。为了分析调查海域经济生物对环境中重金属的富集能力，本研究中计算了Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的生物-水质富集系数(BSAFs)，计算公式[7]为
BSAFs=Cx/Cs，
其中，Cx、Cs分别为生物体内和海水中重金属的平均含量。
1.2.3 数据分析 采用Primer 5.0构建Bray-Curtis 相似性矩阵，对重金属富集能力进行聚类分析。
2.1所获生物样品的重金属含量
生物体内各重金属(含非金属元素As)含量见表2。软体动物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的平均含量分别为1.68、0.05、16.30、0.11、0.01、1.63 mg/kg，脉红螺体内的重金属含量除Hg外明显高于其他软体动物，毛蚶次之，四角蛤蜊最低。甲壳动物鹰爪虾和口虾蛄的重金属含量比较接近，仅Cd含量有较大差异，甲壳动物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的平均含量分别为6.22、0.08、25.50、0.01、0.01、3.70 mg/kg，甲壳动物是所获生物中重金属含量普遍较高的种类，这与甲壳类动物对重金属具有较强的富集能力有关[8]。鱼类重金属含量普遍较低，Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的平均含量分别为0.53、0.02、12.7、0.01、0.02、1.43 mg/kg。Cu、Pb、As、Zn、Cd含量均为甲壳类>软体动物>鱼类，Hg含量为鱼类>甲壳类≈软体动物。调查中发现，Cu、Zn在各生物体内的含量远高于其他元素，这是因为Cu、Zn是生物体中必需的微量元素，Zn对维持DNA等生物大分子及细胞膜、核糖体等生物体结构的稳定性具有重要意义[9]，Cu是抗氧化代谢防御体系中超氧化物歧化酶的重要组成部分[10]，与必需元素相比，Pb、Cd等非生物体必需的金属元素含量则低得多，生物体对必需元素的主动吸收能力十分明显[11]。
表2生物体内的重金属含量
Tab.2Heavymetalcontentsinorganismsmg/kg
物种speciesCuPbZnCdHgAs脉红螺3 280 1030 00 2270 012 4毛蚶1 380 035 90 0280 011 6四角蛤蜊0 390 0213 10 0750 010 9鹰爪虾5 660 0532 00 0220 014 3口虾蛄6 770 1119 00 0060 023 1半滑舌鳎0 400 035 40 0200 021 7矛尾刺虾虎鱼0 640 0012 90 0040 030 8红狼牙虾虎鱼0 550 0527 60 0020 032 8斑鰶0 540 004 70 0030 010 4海域生物2．180．0416．70．040．022．0
2.2海洋生物的质量评价
从表3可见：调查海域海水中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的平均质量浓度分别为3.03、1.03、16.3、0.19、0.04、1.70 μg/L，满足Ⅱ类海水水质标准；沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的平均质量浓度分别为30.7、24.0、78.9、0.19、0.05、9.70 mg/kg，满足Ⅰ类沉积物质量标准，调查中并未发现环境中有Cd和As污染现象。调查海域生物体内Cu、Pb、Zn、Hg含量低于标准值；脉红螺的Cd含量超标1.3倍，其余生物的Cd含量低于标准值；生物体内的As含量超标现象普遍，软体动物中仅脉红螺和毛蚶体内As含量分别超标1.4倍和0.6倍，四角蛤蜊接近标准值，甲壳类中鹰爪虾、口虾蛄体内As含量分别超标1.1倍、0.6倍，鱼类中仅斑鰶达到标准，红狼牙虾虎鱼、半滑舌鳎、矛尾刺虾虎鱼体内As含量分别超标4.6倍、2.4倍、0.6倍。表明As和Cd在生物体内有明显的富集现象。
2.3重金属的生态风险分析
渤海湾南部水域重金属生态风险评价标准采用美国国家海洋与大气管理局(NOAA)推荐的海水和沉积物中重金属的生物急性、慢性安全浓度基准(表3)[12]，小于效应范围低值(effects range low,ERL)和大于效应范围中值(effects range median,ERM)分别表示对生物较少 (20～30) 产生和经常 (40～60)产生负效应的污染物含量指标，两者之间则表示对生物可能产生负效应。
表3海水、沉积物中重金属含量和NOAA海水、沉积物重金属生物安全浓度
Tab.3Theheavymetalcontentsinseawater,andsedimentandsafelevelsofheavymetalinseawaterandsedimentsestimatedbyNOAA
种类class状况stateCuPbZnCdHgAs海水/正常2 29～5 130 38～2 688 2～41 50 142～0 3060 033～0 0471 49～2 47(μg·L-1)急性4 8217．095．043．02 1069．0慢性3 18 181．09 30 9436．0沉积物/正常25 7～32 720 7～26 069 5～85 10 157～0 2290 013～0 0969 1～10 3(mg·kg-1)ERL34．046 7150．01 20 158 2ERM270．0218．0410．09 60 7170．0
各站位中仅4号站水质的Cu含量略高于慢性安全浓度基准，其余各种重金属含量均低于急性或慢性安全浓度基准。本次监测中发现，虽然生物体对Cu有较高的富集能力，但生物体内Cu含量并未超标，分析原因有三方面：(1)Cu作为生物体生命必需元素，生物体对Cu具有较强的排出机制[13-15]，短时间暴露于含低浓度Cu的海水中并不会对生物体产生显著影响。(2)本次调查捕获的鱼类和甲壳类用于监测的检测部位均为肌肉组织，软体动物选用去壳部分，而Cu在生物体内的富集部位主要为肝脏、肾等，肌肉组织中Cu含量相对较低是本次检测生物体内Cu含量较低的原因之一。(3)本次调查中仅一个站位出现Cu含量高于慢性安全浓度基准，水体中整体Cu含量并不高。生物体只有长期暴露于慢性安全浓度基准下才能对其做出应急反应，而水质检测结果只代表检测时刻的水质浓度，不能反映长期的Cu含量，这也是本次调查中生物体Cu含量较低的原因之一。
各站位中仅5、7号站水质As含量小于ERL，其余各种重金属含量均介于ERL和ERM值之间，对生物可能产生负效应，有一定的生态风险。而在生物体的检测中亦发现，所获取的生物体多数As含量超标。沉积物中As含量略低于渤海湾的环境背景值[16]，表明监测海域沉积物并未受到As污染，这一现象与李仁伟等[17]的研究结果基本一致。这是由于本次检测的为总As含量，其中毒性较强的无机砷含量较少，仅占5%～30%[18]，As在海洋生物体内多以脂溶性或水溶性有机砷形态存在，低毒的有机砷可以通过正常的代谢途径排出体外，多数情况下不会沿食物链逐级扩大[8,19]，总As含量并不能反映生物体内As的实际毒性水平。
2.4重金属的生物-水质富集系数
从表4可见：软体动物对不同重金属的富集系数依次为Zn>As>Cd>Cu>Hg>Pb，甲壳类生物依次为As>Cu>Zn>Hg>Pb>Cd，鱼类依次为As>Zn>Hg>Cu>Cd>Pb；以As、Zn、Cu的富集系数最高，Pb、Cd最低，其中软体动物对Cd，鱼类对Hg，甲壳类对Cu、Zn、As均有较强的富集能力。生物体内重金属含量从高到低的排序与海水、沉积物中重金属含量的排序并不一致，说明在低浓度下，生物体对重金属的富集受多种因素制约，而不仅仅与海水中重金属污染物的浓度有关[20-21]。不同物种对重金属的富集程度差异十分明显，聚类分析结果表明，重金属的富集可在60%相似度上分为3类(图2)：Zn、Cu、As为一类，该类重金属在本次调查中富集程度最高，其中As是本次调查中富集系数最高的污染物，甲壳类、鱼类和软体动物均对其有很高的富集能力，这是由于环境和生物体内的部分有机砷可被海洋生物选择性富集[22]所致。Cu和 Zn是生命必需元素，在生命过程中存在主动吸收的现象，因此，调查水域海洋生物对Cu、Zn的富集能力远高于对其他非生命必需元素的富集能力。Pb、Cd为一类，该类是典型的蓄积性毒物，排出过程十分缓慢[23]，一般来说，底栖和固着生活种类对其的富集能力大于游泳生活种类[24-25]。栖息于底层的软体动物以及与沉积物有直接接触的半滑舌鳎，其Pb、Cd富集系数普遍高于其他物种。研究表明，软体动物在暴露于Pb、Cd下会一直进行富集[26]，栖息环境是影响该类重金属富集的重要原因。在调查中发现，营养等级较高的脉红螺、半滑舌鳎的Pb、Cd富集系数普遍高于同类别中其他生物，表明食性同样是该类重金属富集的重要原因之一。Hg单独为一类，Hg在鱼类中的富集能力高于甲壳类和软体动物，这是由于鱼类脂肪含量较甲壳类和软体动物更丰富，因此，甲基汞更容易被鱼吸收并蓄积，同时Hg的转化和排出很缓慢，能长期保存在鱼体内。本次调查中发现，栖息于底层的鱼类半滑舌鳎、矛尾刺虾虎鱼和红狼牙虾虎鱼的Hg富集系数均高于栖息于中上层的鱼类斑鰶。这是由于沉积物中巯基对Hg具有很强的亲和束缚能力，使Hg很难迁移到上层水体中[27]，这就导致沉积界面的Hg浓度高于水体中，长期接触较高浓度的Hg是底栖鱼类Hg富集能力较高的主要原因，可见生理特性和栖息环境对海洋生物的Hg富集有直接影响。
表4生物体的重金属富集系数
Tab.4Accumulationcoefficientsofheavymetalsbyorganisms
物种speciesCuPbZnCdHgAs脉红螺108397183811951751412毛蚶45529362147350941四角蛤蜊12919803395225529鹰爪虾18684919611162752529口虾蛄22341071164324001824半滑舌鳎132293311054001000矛尾刺虾虎鱼211179021775471红狼牙虾虎鱼182491691117251647斑鰶178328816200235
重金属的化学性质、光照、环境中重金属的含量、生物体自身的代谢机制、生物体的生命阶段与习性等因素均可以影响重金属在生物体内的富集[28-29]。本次调查中，检测的6项重金属在生物体内的富集原因就各不相同。
图2 重金属富集聚类分析
Fig.2 Cluster analysis of heavy metal accumulation
(1)渤海湾南部海域生物体内重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的平均含量分别为2.18、0.04、16.7、0.04、0.02、2.0 mg/kg。Cu、Pb、As、Zn、Cd含量均为甲壳类>软体动物>鱼类，Hg含量为鱼类>甲壳类≈软体动物；脉红螺出现Cd超标现象，生物体内As含量普遍超标，所获10种海洋生物中仅四角蛤蜊和斑鰶的As含量达标。
(2)渤海湾南部海域生物体的重金属平均富集系数为1～2529，其中软体动物对Cd，鱼类对Hg，甲壳类对Cu、Zn、As均有较强的富集能力，不同物种对重金属的富集系数差异显著，甲壳类对重金属的富集能力最强，软体动物次之，鱼类最弱。整体而言，海洋生物对As、Zn、Cu的富集系数较高，As是富集系数较高的元素，Pb最低。
(3)海洋生物对重金属富集的因素并不相同， Cu、Zn、As较高的富集系数是生物体主动吸收的结果，生理特性和栖息环境则是影响Hg富集的重要因素，栖息环境和食性则是影响Pb、Cd富集的重要因素。
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Abstract：The heavy metal contents were detected in sea water, sediments and organisms in southern Bohai Bay in May in 2013 to evaluate the accumulation of heavy metals in organisms. It was found that there were lower heavy metal contents in the waters than the amount in Water Quality Standard Ⅱand lower heavy metal contents in the sediments than the amount in Water Quality Standard Ⅰ. The range of heavy metal contents in organisms was in descending order described as Zn>Cu≈As>Cd>Pb>Hg. The maximal heavy metal contents were observed in crustaceans, followed by in molluscs, and the minimum in fish. The content of Cd inRapanavenosawas found to exceed the standard, and the contents of As in organisms exceed the standard except clamMactraveneriformisandKonosiruspunctatus. The contents of Cu, Pb, Zn and Hg were all within the standard. The descending order of heavy metal accumulation coefficient was expressed as As>Zn>Cu>Cd>Hg>Pb, the maximum in crustaceans, followed by mollusks and the minimum by fish. The primarily factors affecting heavy metal accumulation were of active absorption, feeding, and habitat.
Key words：Bohai Bay; organism quality; heavy metal; accumulation
DOI：10.3969/J.ISSN.2095-1388.2014.03.013
文章编号：2095-1388(2014)03-0267-05
收稿日期：2013-08-13
基金项目：国家“863”计划项目(2007AA092101);国家海洋局北海分局海洋科技项目(2014B12)
中图分类号：X826
文献标志码：：A