桑溝灣重金屬對海洋環境影響和食用貝類的健康風險評估＊

孫丕喜，郝林華，杜蓓蓓，王湘芹，連 巖，代欣欣，趙城南，徐玉珊

（1.國家海洋局 第一海洋研究所，山東 青島 266061；2.山東省榮成市漁業技術推廣站，山東 威海 264300）

桑溝灣位于山東半島東端，灣口朝東，是面向黃海的半封閉式港灣，其口門北起青魚嘴（37°08′49″N，122°34′32″E），南至褚島（37°02′32″N，122°34′14″E），南北口長11.5km，東西寬7.5km。桑溝灣水域廣闊，海灣面積163.20km2，岸線長74.4km，灣內平均水深7～8m，最大水深15～17m。灣內水域面積133.33km2，灘涂面積20km2，底質類型為基巖、沙礫、中細沙、粉沙及泥質粉沙五類。入灣的河流有沽河、崖頭河、桑干河、小落河等，年徑流量為（1.68～2.26）×108m3，年輸沙量約為17.07×104t。桑溝灣是我國著名的海珍品和大型藻類養殖基地，灣內養殖面積約66.67km2，扇貝、牡蠣、鮑魚、海參、菲律賓蛤仔、海帶、裙帶菜、石花菜和紫菜等增養殖業成果卓著［1－2］。

近些年來，隨著經濟的發展，在漁業環境中的重金屬污染狀況日益加重。由于重金屬多為非降解型有毒物質，具有生物積累和富集的特點，可通過食物鏈被生物體吸收、富集，最終造成人體的積累從而達到危害人體健康。因此，水產品膳食中重金屬銅（Cu）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、鎘（Cd）、汞（Hg）、甲基汞（MeHg）和砷（As）的攝入被認為是人體負荷的主要來源，水環境和水產品中重金屬的含量及人體暴露的健康風險評估成為國內外學者研究的熱點問題［3－7］。我國和國際組織從水產品質量安全的角度出發，規定了貝類產品中重金屬的最高限量［8－10］，以期保護公眾安全，特別是避免敏感人群受重金屬污染的風險。

根據2009－04—2010－02對桑溝灣貝類養殖區重金屬的調查資料，采用海水質量評價指數（Swj）、沉積物質量評價指數（Ssj）和貝類質量評價指數（S0j）以及養殖生態環境質量綜合評價指數（SI）就該海域重金屬污染對海洋環境質量的影響進行綜合評價和類別劃分。同時參照世界糧農組（FAO）／世界衛生組織（WHO）的食品添加劑聯合專家委員會（JECFA）推薦的臨時性周可承受攝入量（PTWI）值［11］，初步對食用桑溝灣貝類水產品的消費人群進行了重金屬污染的健康風險評估。為實施貝類生產環境區劃、加強貝類養殖生態環境保護、避免貝類水產品高消費人群受到重金屬污染危害健康和保障水產品的衛生安全以及實行貝類市場準入制度提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集時間與站位

自2009－04—2010－02在桑溝灣海域貝類養殖區布設9個調查站位（表1，圖1），進行了1a6個航次（2009－04，2009－06，2009－08，2009－10，2009－12，2010－02）的表、底層海水和3種養殖貝類現場同步采樣；1個航次（2009－06）的表層沉積物采樣；采集了6個站位（C2，C4，C5，C6，C7和C9）的3種養殖貝類樣品，即櫛孔扇貝（Chlamysfarreri）、太平洋牡蠣（Crassostreagigas）和菲律濱蛤仔（Ruditapesphilippinarum），C1，C3和C8站未進行貝類采樣（無菲律賓蛤仔底播養殖）。櫛孔扇貝和太平洋牡蠣養殖方式為筏式吊養，菲律濱蛤仔為底播增殖。采樣、貯存與運輸均按《海洋監測規范》［12］的標準執行。

圖1 桑溝灣海水、沉積物和養殖貝類采樣站位圖Fig.1 Sampling stations of seawater，sediment and cultured shellfish in Sanggou Bay

表1 桑溝灣海水、沉積物和養殖貝類采樣站位表Table 1 Sampling stations of seawater，sediment and cultured shellfish in Sanggou Bay

1.2 分析項目與方法

1.2.1 分析內容

桑溝灣貝類養殖區海水和表層沉積物樣品中的重金屬各檢測因子為銅（Cu）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、鎘（Cd）、汞（Hg）和砷（As），養殖貝類體內重金屬各檢測因子為Cu，Pb，Zn，Cd，Hg，甲基汞（MeHg）和 As，各檢測因子的分析方法均按《海洋監測規范》規定的標準方法執行［13－15］。

1.2.2 分析方法

在桑溝灣貝類養殖區采集9個站的表、底層海水樣品共計108份（6次采樣），表層沉積物9份樣品（1次采樣），和6個站位的3種養殖貝類樣品共計108份（6次采樣）。海水、沉積物和貝類樣品按《海洋監測規范》［12］的方法進行。海水樣品用0.45μm孔徑的醋酸纖維膜過濾，水樣裝入500mL磨口玻璃瓶，加H2SO4至pH＜2，送回實驗室待分析。采集的表層沉積物樣品，每個樣品約300g，放入經處理干凈的500mL廣口磨口玻璃瓶中，蓋緊瓶蓋，放入樣品箱中運回實驗室保存至分析?，F場采集成品鮮活貝類樣品，事先用養殖區海水洗去貝類表殼上附著的泥土和雜物后，將其裝入經處理干凈的聚乙烯塑料袋中，冷藏保存運送到實驗室。單站采集貝類樣品量為2～5kg。剝取鮮活貝，收集全部體液和軟組織勻漿后冷凍保存待分析。海水、沉積物和貝類樣品中Cu，Pb，Cd，Zn和As指標測定所用分析儀器為原子熒光光度計AFS200T（江蘇天瑞儀器有限公司）；原子吸收分光光度計240OUO（百里安公司）；Hg和MeHg指標所用分析儀器為Agilent公司的 HPLC－ICPMS（Agilent1100，7500a）聯機測定。

1.3 貝類養殖生態環境質量綜合評價方法

1.3.1 評價標準

貝類養殖區海水、表層沉積物和養殖貝類體內重金屬的質量評價標準見表2。海水6項因子的質量評價采用《海水水質標準》第二類標準［16］；表層沉積物6項因子的質量評價采用《海洋沉積物質量》第一類標準［17］；養殖貝類7項因子的質量評價采用《海洋生物質量和限量標準》第一類和限量標準［8－10］。

表2 桑溝灣海水、沉積物和養殖貝類質量評價標準Table 2 Standard of quality assessment of sea water，sediment and cultured shellfish in Sanggou Bay

1.3.2 評價方法

桑溝灣貝類養殖區生產環境中海水、表層沉積物和養殖貝類三者之間是相互關聯、相互影響的。表層沉積物質量的好壞對底棲貝類的影響尤其明顯。因此，本研究將貝類養殖區表層沉積物質量亦列入貝類生產環境質量的評價范圍內，以便更為客觀、全面地體現貝類養殖生態環境質量狀況。對海區生態環境質量評價采用鐘碩良等［18］的評價方法，即：單因子標準指數法和內梅羅（Nemerrow）環境質量綜合評價指數法，擴展為貝類養殖區海水、表層沉積物和養殖貝類質量指數評價法，并以此形成貝類養殖生態環境質量綜合評價和類別劃分方法一綜合指數評價法。

海水質量評價公式：

沉積物質量評價公式：

貝類質量評價公式：

貝類養殖生態環境質量綜合評價和類別劃分公式：

1.3.3 養殖生態環境質量等級和類別

根據《貝類生產環境衛生監督暫行規定》［20］和《貝類凈化技術規范》［21］，貝類產區分成1類區（貝類養殖生態環境質量符合國家有關標準）、2類區（養殖環境受到不同程度污染，貝類須凈化達標后方可上市）、3類區（貝類養殖生態環境受到嚴重污染，禁止養殖）。為了區分2類區的污染程度，將其細分為2a、2b和2c類區。貝類養殖生態環境質量的等級和類別［18］見表3。

表3 貝類養殖生態環境質量等級和類別Table 3 Grade and category of the eco－environmental quality of shellfish－culture

2 結果與討論

2.1 貝類養殖生態環境質量水平

2.1.1 海水質量評價

桑溝灣貝類養殖區海水中重金屬Cu，Pb，Zn，Cd，Hg和As，其6項評價因子的標準指數和質量指數及其水平等級列于表4。從表中可以看出，桑溝灣貝類養殖區1a6個檢測月（2月、4月、6月、8月、10月和12月）海水中6項評價因子的標準指數為Pb（0.28）＞Cu（0.17）＞Zn（0.10）＞Hg（0.039）＞As（0.03）＞Cd（0.026），其各因子的標準指數均為0～1.0，評價結果表明桑溝灣貝類養殖區的海水質量現狀均符合國家第二類水質標準，該海域水質環境未受到這6項重金屬因子的污染，水域養殖環境良好；貝類養殖區的海水質量指數及其水平等級全年平均為1級，其中，除2009－04的為2級外，其他月份均為1級，質量狀況總體處于優良水平；貝類產區生態環境質量全年均為1類區，海水的污染狀況均為自然本底。

表4 桑溝灣貝類養殖區海水和表層沉積物質量水平與等級Table 4 Quality level and grade of water and surface sediment of shellfish culture areas in Sanggou Bay

2.1.2 沉積物質量評價

桑溝灣貝類養殖區表層沉積物中重金屬Cu，Pb，Zn，Cd，Hg和As，其6項評價因子的標準指數和質量指數及其水平等級列于表4中。由表4可知，評價海區表層沉積物中6項因子的標準指數為Cu（0.59）＞Cd（0.56）＞Zn（0.51）＞Hg（0.44）＞Pb（0.29）＞As（0.01），其各評價因子的標準指數均為0～1.0，該海域表層沉積物環境未受到這6項因子的污染。評價結果表明桑溝灣貝類養殖區表層沉積物的質量現狀均符合國家第一類沉積物質量標準，海區表層沉積物環境質量良好，質量水平范圍平均為3級，質量狀況總體處于較好水平；貝類產區生態環境質量為2a類區，表層沉積物的污染狀況為較清潔。

2.1.3 養殖貝類質量評價

桑溝灣海域3種養殖貝類體內的重金屬（Cu，Pb，Zn，Cd，Hg，MeHg和As）評價因子的標準指數和質量指數及其水平等級見表5。

2）櫛孔扇貝評價因子的標準指數：Cd（0.91）＞Pb（0.20）＝Zn（0.20）＞Cu（0.17）＞As（0.002）＞Hg（0.000 4）＞MeHg（0.000 04），其7項評價因子的標準指數均為0～1.0，該海域養殖的櫛孔扇貝體內未受到重金屬的污染。評價結果表明桑溝灣海域養殖的櫛孔扇貝生物質量現狀均符合國家第一類和限量標準；櫛孔扇貝的質量指數及其水平等級范圍為1～3級，全年平均等級為2級，質量狀況總體處于良好水平；貝類產區生態環境質量為1類區，養殖的櫛孔扇貝體內重金屬的污染狀況為清潔。

表5 桑溝灣貝類養殖區3種養殖貝類的質量水平與等級Table 5 Qualitlevel and rade of 3 kinds of culturedshell fishin Sanou Baygggy

2.1.4 貝類養殖生態環境質量綜合評價

桑溝灣海域貝類養殖區生態環境質量綜合評價指數、等級和類別見表6。桑溝灣貝類養殖區生態環境質量綜合評價全年等級均為2級，質量現狀總體處于良好水平；貝類產區生態環境質量綜合評價為1類區，污染狀況為清潔水平。由此可以看出，桑溝灣海域貝類養殖生態環境質量的分布總體上呈良好的格局。

表6 桑溝灣貝類養殖生態環境質量綜合指數、等級和類別Table 6 Comprehensive index，grade and catagory of the eco－environmental quality of shellfish culture in Sanggou Bay

2.2 食用貝類中重金屬污染的健康風險評估

桑溝灣養殖貝類體內重金屬的風險評估參照文獻［11］的4個分析步驟，即危害識別、危害特征描述、暴露評估和風險特征描述。根據水產品的食用攝入量估算重金屬的暴露量，描述其安全性。根據國際食品添加劑和污染物法典委員會文件［4］，Cu和Zn應作為質量指標而不應作為污染物指標，因此，只評估貝類體內其它5種重金屬（Pb，Cd，Hg，MeHg和As）的暴露風險。根據對人類健康的不良影響是急性還是慢性，暴露風險評估分為急性暴露評估和慢性暴露評估。急性暴露評估是24h內的暴露情形，及以最高殘留水平計算的高暴露值。慢性暴露風險評估是6個月以上至終身暴露的情形，根據平均殘留水平計算的平均暴露值［5］。我們主要是根據桑溝灣海域養殖的3種貝類（菲律賓蛤仔、櫛孔扇貝和太平洋牡蠣）調查與檢測的實際數據，進行慢性暴露風險評估。對于食用貝類水產品中的重金屬而言，其攝食途徑主要是食用攝入［6］，其他途徑的攝入量本文將不作評估。

2.2.1 食用貝類重金屬攝入量估算

2000年中國總膳食研究成果揭示，全國城市與農村的水產品每日消費量平均為53.7g／（人·d），成年男子體質量（北方地區）定為63.0kg［19］。由于沿海地區水產品消費量高于其它地區的平均水平，因此我們假定桑溝灣沿岸地區居民每日貝類膳食量的上限為100g（貝肉）／（人·d）。根據公式“食用貝類重金屬的日攝入量（DI）＝貝類膳食消費量數據／（人·d）×貝類中某重金屬元素測定的含量值”，計算桑溝灣沿岸居民食用貝類重金屬的日攝入量（表7）。

表7 食用桑溝灣養殖貝類的沿海居民重金屬的日攝入量Table 7 Daily intake of heavy metal in dietary shellfish for coast residents of Sanggou Bay

2.2.2 食用桑溝灣養殖貝類重金屬污染的健康風險評估

根據報道［11］，JECFA推薦的食用貝類重金屬的臨時性周可承受攝入量（PTWI）值分別為Pb 25.0μg／kg（體重），Cd 7.0μg／kg（體重），Hg 5.0μg／kg（體重），MeHg 1.6μg／kg（體重）和As 15.0μg／kg（體重），由此推算出重金屬的日允許攝入量（ADI）限值分別為Pb 225.0μg／（人·d），Cd 63.0μg／（人·d），Hg 45.0μg／（人·d），MeHg 14.4μg／（人·d）和As 135.0μg／（人·d）。參照該評價標準，對食用桑溝灣養殖貝類的沿海居民重金屬污染的健康風險進行了初步評估（表7）?？梢钥闯?，食用貝類的沿海居民膳食中Pb，Cd，Hg，MeHg和As的日攝入量（DI）值分別為15.67μg／（人·d），62.02μg／（人·d），0.001 8μg／（人·d），0.001 6 μg／（人·d）和0.188μg／（人·d），占JECFA 相應 ADI限值的6.96%，98.44%，0.004%，0.011%和0.139%，由此表明食用桑溝灣養殖貝類的沿海居民重金屬的攝入量低于JECFA的推薦限值。因此，在假定的每人每日最高貝類膳食量100g水平下，食用桑溝灣養殖貝類的消費人群其重金屬污染的健康風險處于安全范圍。此外，應當引起重視的是，桑溝灣養殖貝類中Cd的污染風險值已相當接近規定的可承受水平，應予以關注。

3 結 論

通過對桑溝灣貝類養殖區海水、表層沉積物和養殖貝類體內重金屬Cu，Pb，Zn，Cd，Hg，MeHg和As含量的分析檢測，采用單因子標準指數和養殖生態環境質量綜合評價指數對該海域養殖生態環境質量進行了綜合評價和類別劃分，并就食用桑溝灣養殖貝類的人群重金屬污染的健康風險進行了評估。得出如下結論：

1）桑溝灣貝類養殖區海水質量、表層沉積物質量和養殖貝類質量水平范圍為1～3級，平均分別為1級、3級和2級，養殖生態環境綜合質量水平為2級?？傮w上，桑溝灣貝類養殖區海水質量處于優良水平，沉積物質量處于較好水平，養殖貝類質量處于良好水平。因此，該海域養殖生態環境綜合質量處于良好水平，貝類產區生態環境質量為1類區（清潔區），貝類養殖生態環境質量的分布總體上呈良好的格局。

2）食用桑溝灣養殖貝類的消費人群重金屬的攝入量低于JECFA相應的推薦限值，因此食用桑溝灣養殖貝類的重金屬污染的健康風險處于安全范圍。但Cd的污染風險值已相當接近規定的可承受水平，應予以關注。

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