, 张华1,2
, 熊小英1, 肖帆1, 王鹏1,2, 丁明军1,21. 江西师范大学地理与环境学院, 南昌 330022;
2. 江西师范大学鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室, 南昌 330022
收稿日期: 2020-07-03; 修回日期: 2020-08-05; 录用日期: 2020-08-05
基金项目: 国家自然科学基金（No.41401587，42061018）；江西省师范大学鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室开放基金（No.PK2019003）
作者简介: 曾欢(1992-), 女, E-mail:zenghuan20180929@163.com;
张华(1983—), 男, 助理研究员, 博士, 主要从事环境重金属的归趋过程等相关研究.E-mail：zhangh2013@jxnu.edu.cn
通讯作者（责任作者）: 张华, E-mail:zhangh2013@jxnu.edu.cn
摘要：河湖交错区是流域重金属污染物进入湖泊的主要通道，也是重金属富集的主要场所.本文通过在鄱阳湖河湖交错区采集10种114尾大型经济鱼类，从组织、体长体重、食性、栖息水层、区域等多个方面分析鱼类重金属Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb的含量特征及差异，识别影响鄱阳湖鱼类重金属含量水平的关键因素，评估居民摄取鱼类重金属的潜在健康风险.结果表明，鄱阳湖不同鱼类体内Zn的含量最高，而Cd和Pb的含量最低，鱼鳃是Mn和Ni的主要富集组织，肝脏是Cu和Cd的主要富集组织；体长体重与肌肉中Cr、Mn、Ni、Zn、Cd和Pb含量表现为显著的负相关关系；杂食性鱼类肌肉中Cu、Zn和Cd的含量最高，而Co在草食性鱼类肌肉中的含量最高；鱼类不同生活水层对肌肉中Cr、Mn、Zn和Co含量的影响较为显著；除Cd外，不同区域对鱼类重金属含量的影响并不显著.利用RDA排序分析结果显示，体长和食性是影响鄱阳湖鱼类重金属含量水平的关键因素.健康风险评估结果表明，不论是成人还是儿童，复合目标危险系数（TTHQ）均小于1，表明鄱阳湖鱼类重金属的富集不会对人群食用产生潜在危害.研究结果可为鄱阳湖水生态安全、水生生物多样性保护及食品安全评估提供科学依据和理论支撑.
关键词：鄱阳湖河湖交错区重金属鱼类健康风险
Heavy metal levels in fish and their human health risk in the river-lake ecosystems of the Poyang Lake
ZENG Huan1
, ZHANG Hua1,2, XIONG Xiaoying1, XIAO Fan1, WANG Peng1,2, DING Mingjun1,21. School of Geography and Environment, Jiangxi Normal University, Nanchang 330022;
2. Key Laboratory of Poyang Lake Wetland and Watershed Research, Ministry of Education, Jiangxi Normal University, Nanchang 330022
Received 3 July 2020; received in revised from 5 August 2020; accepted 5 August 2020
Abstract: The river-lake ecosystem is the one of main route for heavy metal transferring into lake, and also the main sedimentary pool of heavy metals. This study collected 10 species and 144 fishes from five river-lake ecosystems in the Poyang Lake, and analyzed the concentration differences of Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, and Cd in fish based on organs, weight and length, feeding habits, living layers, and sampling areas, and determined the key influencing factors of heavy metal accumulations in fish, and evaluated the potential human health risk via ingesting fishes. The result indicated that the concentration of Zn in fish was highest, while concentrations of Cd and Pb were lowest. Gill was the main enriched organs for Mn and Ni, and liver for Cu and Cd. The concentrations of Cr, Mn, Ni, Zn, Cd, and Pb were significantly negative correlation with length and weight. The concentrations of Cu, Zn, and Cd in muscles of the omnivorous fish had highest levels, while Co had highest level in muscle of the herbivorous fishes. The living layers had significant effects on the Cr, Mn, Zn, and Co levels in muscles. The sampling areas had no significant effects on levels of heavy metal in muscles of fish except Cd. The result from RDA sequence analyses indicated the length and feeding habit were the key factors for influencing the levels of heavy metal accumulations in fish from the Poyang Lake. The human health risk assessment showed that the total target hazard (TTHQ) was lower than one regardless of the adult or children, which indicated a situation of no potential health risk for consumption of these fish species from the Poyang Lake. The result provides the scientific basis and theoretical foundation for regional water ecosystem security, biodiversity conservation and food safety assessment.
Keywords: Poyang Lakeriver-lake ecosystemheavy metalfishhuman health risk
1 引言(Introduction)鄱阳湖是我国第一大淡水湖, 与赣江、抚河、饶河、信江和修水尾闾相接, 是我国重要的湿地生态功能保护区, 同时, 其不仅是野生动物的自然保护区, 也拥有着丰富的渔业资源(涂宗财等, 2017).但由于鄱阳湖流域处于我国主要的金属成矿带上, 重要的矿产资源有赣江上游的有色金属矿、稀土矿, 以及信江中游的铜矿、饶河中下游的铜矿和铅锌矿及抚河上游的铀矿, 流域内矿产资源的无序开采及工农业的高度发展导致大量重金属污染物通过“五河”进入鄱阳湖(徐志刚等, 2008).河湖交错区由于河湖水文特征的急剧变化, 导致大量附着重金属的悬浮颗粒物富集在河湖交错区水环境中(路永正, 2006), 目前已有研究发现鄱阳湖河湖交错区水环境重金属富集程度较高(Zhang et al., 2017).
由于物质和能量的频繁交换及静水、流水生境的互补作用, 导致河湖交错区也拥有丰富的水生生物资源(张堂林等, 2007).研究发现, 由于重金属具有易富集、难降解且毒性大的特点, 致使河湖交错区不仅成为流域内重金属富集的高风险区, 且增加了重金属进入水生生物并沿食物链(网)传递的风险, 最终可能对人体产生潜在的健康风险(张堂林等, 2007; Zhang et al., 2017).众所周知, 鱼类很容易受到其生活环境的影响, 并能从周围的水环境中摄食并富集重金属, 成为水环境污染状况指示物(Yin et al., 2020).同时, 鱼类可以为人类提供大量的营养物质, 如高价值的蛋白质、维生素和多不饱和脂肪酸(Bosch et al., 2016).因此, 在河湖交错区开展鱼类重金属富集状况调查及健康风险评估具有重要意义.本研究通过在鄱阳湖河湖交错区采集10种常见食用经济鱼类, 分析鱼类不同因素(组织、区域、食性、栖息水层及体长体重)影响下重金属富集特征, 揭示影响鄱阳湖鱼类重金属富集的关键因素, 并评估食用鱼类重金属的潜在健康风险, 以期为鄱阳湖水生态安全、科学开发和管理生物资源及防控水产品安全风险提供基础数据及科学依据.
2 材料与方法(Materials and methods)2.1 样品采集根据流域内河流的分布状况, 采样点分别选择在五河(赣江、抚河、饶河、信江和修水)入湖区域(图 1), 并于2017年9—10月进行样品采集.在沉积物样品采集覆盖区域, 采用渔船拉网式捕获采集10种144尾常见大型经济鱼类(表 1).样品采集后, 现场测量记录鱼体全长和体重并拍照, 所有采集的生物样品低温状态下立即带回实验室.
图 1(Fig. 1)
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| 图 1 鄱阳湖鱼类样品采集示意图 Fig. 1Schematic diagram of fish collection from the Poyang Lake |
表 1(Table 1)
| 表 1 水生生物样品基本信息 Table 1 Basic information of collected fish species | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 1 水生生物样品基本信息 Table 1 Basic information of collected fish species
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2.2 样品处理及测定样品处理前, 所有处理工具需用10%(V/V)稀HNO3和去离子水清洗, 以减小外部因素对样品的污染影响.带回实验室的鱼类, 分离鱼鳃、肝脏、肌肉等组织, 用超纯水洗净, 滤纸吸去水分, 称重并记录.取下的待测试组织样品匀质化后冷冻干燥, 过筛后保存, 处理后的样品经HNO3+HF+H2O2密闭消解体系溶解后定容待测(Zhang et al., 2016), 定容样品采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb的含量, 利用生物成分分析标准物质(黄鱼, GBW08573)监测实验过程, 加标回收率范围为87%~110%.每组样品按照10%进行平行样测试, 且相对标准偏差控制在5%之内.
2.3 重金属潜在健康风险评价采用美国环保局(USEPA)于2000年提出的目标危害系数法(Target Hazard Quotients, THQ)评估人体通过食物途径摄入重金属的风险.该方法假定人体摄入重金属的剂量等于吸收剂量, 利用吸收剂量和参考剂量的比值作为评价标准, 单一重金属风险(THQ)和多种重金属复合风险(TTHQ)的具体计算公式如下所示：
 | (1) |
 | (2) |
2.4 数据分析方法借助SPSS 20.0统计软件进行数据基本分析, 利用单因素方差分析法(ANOVA)进行组间(组织、地域、食性、栖息水层)差异显著性检验, 利用相关分析体长体重与鱼类肌肉中重金属的关系；借助Origin9.1软件进行图形绘制.鱼类肌肉中重金属与影响因素间的冗余分析借助Canoco 4.5完成.
3 结果与讨论(Results and discussion)3.1 鱼类中重金属的含量特征及组织差异分析由于对重金属的代谢作用及组织的功能不同, 鱼类不同组织对重金属表现出不同的亲和力.不同组织的重金属富集程度不仅可以反映鱼类环境重金属的暴露, 也能反映不同组织对重金属的排泄状况.鱼鳃、肝脏及肌肉组织是重金属富集的主要组织(Wei et al., 2014; Avigliano et al., 2019).鱼鳃是二次悬浮颗粒物进入鱼体内的主要通道, 所以鱼鳃也成为水生环境重金属暴露的主要组织之一(Pawert et al., 1998)；肝脏中金属硫蛋白较高的活性导致其成为重金属富集的主要组织之一(Messaoudi et al., 2009)；肌肉中重金属的富集因对人体健康有直接的影响而受到广泛关注(Liu et al., 2018; 张小磊等, 2018).尽管重金属在肌肉中的富集对人类健康有直接的影响, 但鱼鳃、肝脏常作为饲料喂养鱼、猪和家禽, 因此, 了解重金属在这些组织中的含量及分布也很有必要(Avigliano et al., 2019).
由表 2可知, 肌肉中重金属含量为0.004~108.28 mg · kg-1, 其中, Cd在白鲢肌肉中的含量最低, Zn在鲤鱼肌肉中的含量最高.相对于其它鱼类, 鲫鱼肌肉中Mn、Co、Cd和Pb含量、短颌鲚肌肉中Cr含量、翘嘴鲌肌肉中Ni含量、黄颡鱼肌肉中Cu含量及鲤鱼肌肉中Zn含量均最高, 相反鲶鱼肌肉中的Mn和Cu含量、赤眼鳟肌肉中的Ni和Pb含量、白鲢肌肉中的Zn和Cd含量、鲤鱼肌肉中的Cr含量和翘嘴鲌肌肉中的Co含量均最低.鱼类肌肉中重金属含量通常用来评价人类食用鱼肉的安全性, 通过对比相关标准发现, 鄱阳湖鱼类肌肉中Cu、Zn、Cd和Pb含量均低于相应限定值, 但一些鱼类如餐条、黄颡鱼、短颌鲚及翘嘴鲌肌肉中Cr的含量略微超过相应限定值(2 mg · kg-1).在鱼鳃中, 重金属含量分布范围为0.054~2115.36 mg · kg-1, 是对应肌肉重金属含量的13.50~19.54倍, 其中, Cd在黄颡鱼鳃中的含量最低, Zn在鲤鱼鳃中的含量最高；相对于其它鱼类, 白鲢鳃中Mn、Co和Pb的含量最高, 黄颡鱼鳃中Mn、Zn和Cd的含量最低.肝脏重金属含量分布范围为0.047~695.36 mg · kg-1, 是对应肌肉重金属含量的6.42~11.75倍, 但明显低于鳃中重金属的含量, 其中, Pb在赤眼鳟肝脏中的含量最低, Zn在鲤鱼肝脏中的含量最高.相对于其它鱼类, 鲤鱼肝脏中Zn、Cd和Pb的含量最高, 赤眼鳟肝脏中Cr、Mn和Pb的含量最低.
表 2(Table 2)
| 表 2 鄱阳湖鱼类不同组织重金属含量及分布特征 Table 2 The distribution of heavy metals in different organs of several fish species (Mean±SD) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 2 鄱阳湖鱼类不同组织重金属含量及分布特征 Table 2 The distribution of heavy metals in different organs of several fish species (Mean±SD)
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总体而言, Zn在鱼类各组织中的含量最高, 这可能是因为Zn是生物体必需的微量元素, 参与生物体的多种代谢过程, 生物体存在主动吸附的过程(涂宗财等, 2017；王丽等, 2017).相反, Cd和Pb在鱼类各组织中的含量最低, 可能与水环境中对应元素的含量较低有关, 也可能受到生物体本身对非必需元素排异和排泄作用的影响(Zhang et al., 2017), 这与涂宗财等(2017)和Wei等(2014)的研究结果一致.通过对鄱阳湖同一鱼类不同组织重金属含量差异比较发现(表 2), 鄱阳湖鱼类鳃中的Mn和Ni含量显著高于肝脏和肌肉中对应重金属的含量(p < 0.05), 且其含量排序基本遵循鳃>肝脏>肌肉, 这表明所调查鱼鳃是Mn和Ni的主要富集组织, Wei等(2014)也发现鱼鳃是Ni富集的主要器官；肝脏中的Cd和Cu含量显著高于鳃和肌肉中对应重金属的含量(p < 0.05), 且其含量排序基本遵循肝脏>鳃>肌肉, 这表明所调查鱼类肝脏是Cu和Cd的主要富集器官, 这与涂宗财等(2017)的结果一致；Cu也是生物体必需的微量元素, 可以参与造血过程中铜、铁的代谢及酶的合成(田林锋等, 2012), 但鄱阳湖流域环境中存在较高的Cu富集(刘婉清等, 2014), 过多Cu的摄入也会对水生生物产生毒害效应, 肝脏不仅是水生生物主要的解毒器官, 且可以通过抑制相关代谢酶的活性而促使代谢物富集在肝脏中, 这也可能是肝脏中Cd和Cu富集的主要原因(夏雨果等, 2015)；而其它重金属并未表现出显著的富集特征.但值得注意的是, 黄颡鱼、翘嘴鲌肌肉中Cr的含量显著高于肝脏中Cr的含量, 短颌鲚肌肉中Mn的含量显著高于肝脏中Mn的含量.通过与长江流域其它水域比较发现, 鲫鱼(0.115、0.028 mg · kg-1)、鲤鱼(0.040、0.017 mg · kg-1)、餐条(0.086、0.020 mg · kg-1)、白鲢(0.057、0.004 mg · kg-1)、鳊鱼(0.057、0.013 mg · kg-1)、黄颡鱼(0.066、0.012 mg · kg-1)、赤眼鳟(0.037、0.021 mg · kg-1)、短颌鲚(0.114、0.015 mg · kg-1)和翘嘴鲌(0.031、0.007 mg · kg-1)中的Pb和Cd含量都略低于长江流域其它水域对应鱼类体内的含量(0.05~1.252、0.0047~0.17 mg · kg-1), 而这9种鱼中Zn和Cr的含量均高于长江流域其它水域鱼类对应重金属的含量(4.06~14.87、0.012~0.76 mg · kg-1), 除鳊鱼中Cu的含量(1.56 mg · kg-1)低于长江流域其它水域鳊鱼中Cu的含量(2.18 mg · kg-1)外, 其它鱼类体内Cu的含量均相对较低(0.53~1.54 mg · kg-1)(Yi et al., 2011).
3.2 鄱阳湖鱼类重金属富集的多因素分析3.2.1 生长指标(体长、体重)与鱼类重金属富集的关系如果鱼类摄入的重金属含量保持稳定, 随着鱼的大小增加, 最终会导致鱼的单位生长的重金属含量降低(Swanson et al., 2006).相关分析结果显示, 肌肉中Cr、Mn、Ni、Zn、Cd和Pb含量与体长表现为显著的负相关关系, 肌肉中Cr、Ni、Zn和Cd含量与体重表现为显著的负相关关系(表 3), 而肌肉中Co和Cu含量与体长、体重并未表现出显著的相关关系.可见鄱阳湖鱼类对部分重金属的富集有显著的生物稀释作用, 以往的研究也有类似的结果(Liu et al., 2018; Zuliani et al., 2019).值得注意的是, 相比体重, 体长对于鱼类肌肉中重金属的稀释作用更为显著.
表 3(Table 3)
| 表 3 鱼类肌肉中重金属含量与鱼体长、体重的相关性分析结果 Table 3 Correlation analysis of concentrations of heavy metal and the length and weight of fish | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 3 鱼类肌肉中重金属含量与鱼体长、体重的相关性分析结果 Table 3 Correlation analysis of concentrations of heavy metal and the length and weight of fish
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3.2.2 不同食性对鱼类肌肉中重金属富集的影响食性是影响水生生物重金属含量的重要因素之一, 将不同食性鱼类肌肉中重金属含量进行对比分析发现, 草食性鱼类重金属平均含量排序为Zn>Cr>Cu>Mn>Co>Ni>Pb>Cd, 滤食性、杂食性和肉食性鱼类肌肉重金属含量排序较为一致：Mn(Zn)>Zn(Mn)>Cr>Cu>Pb>Ni>Co>Cd(图 2).不同食性鱼类肌肉中Cr、Mn、Pb、Ni的含量差异不显著, 而不同食性对鱼类肌肉中Cu、Zn、Co和Cd含量的影响显著.总体而言, 杂食性鱼类肌肉中Cu、Zn和Cd的含量显著高于其它食性鱼类, 而滤食性鱼类肌肉中Zn和Cd的含量相对较低, 尽管这与以往多数研究认为肉食性鱼类肌肉中重金属含量最高的结论不同(谢文平等, 2010), 但也有研究表明杂食性鱼类肌肉中重金属含量较高, 如王丽等(2017)和马鹏程等(2018)发现杂食性鱼类肌肉中Cu和Zn的含量较高, 王俊能等(2017)研究表明杂食性鱼类肌肉中Cd的含量最高, 刘金苓等(2017)分析认为杂食性和肉食性鱼类重金属的含量差异不显著.草食性鱼类肌肉中的Co含量显著高于肉食性鱼类肌肉中Co的含量.这反映了不同食性鱼类对环境中重金属不同的摄食行为, 杂食性鱼类多栖息于中下层水体, 沉积物中富集的重金属可能通过悬浮颗粒物影响杂食性鱼类重金属暴露的风险；而草食性鱼类多生活在水体的中上层, 受沉积物重金属的影响风险较小, 以往研究表明, 鄱阳湖水体中重金属的可溶性含量相对较低(Zhang et al., 2012).
图 2(Fig. 2)
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| 图 2 不同食性鱼类肌肉重金属含量差异比较 (字母代表不同食性重金属含量的差异性, 相同字母表示差异不显著, 不同字母表示差异显著(p < 0.05)) Fig. 2Concentrations of heavy metal in muscles among different feeding habits |
3.2.3 不同生活水层对鱼类重金属富集的影响生活水层可以反映水生生物对环境重金属的暴露风险, 将不同生活性鱼类肌肉中重金属含量进行对比分析发现, 鄱阳湖鱼类肌肉中Cu、Cd、Pb和Ni含量对生活水层的影响不敏感, 而不同水层鱼类肌肉中Cr、Mn、Zn和Co含量差异显著(图 3), 这与涂宗财等(2017)的研究结果不一致.上层鱼类肌肉中的Cr含量显著高于中下层鱼类肌肉中Cr的含量, 聂湘平等(2000)认为Cr含量表现为中上层鱼类>中下层鱼类, 与本文结论相似；中下层鱼类肌肉中Mn的含量显著高于下层鱼类肌肉中Mn的含量；上、下层鱼类肌肉中Zn的含量显著高于中层鱼类肌肉中Zn的含量；而中层鱼类肌肉中Co的含量显著高于上、下层鱼类肌肉中Co的含量.通常认为, 底层鱼类重金属含量高于中上层鱼类, 推测原因是由于底层鱼类更易受“沉积物-上覆水”界面间重金属的释放、迁移和转化过程的影响(郭春晶, 2013；张小磊等, 2018).本文未得到一致的规律, 受年龄的影响, 鱼类可能栖息在不同的水层, 如短颌鲚在幼龄时栖息在水域的表层, 而成鱼生活水层会向水域中层扩散(袁传宓等, 1980), 生活水层可能并不是影响鄱阳湖鱼类重金属含量差异的关键因素.
图 3(Fig. 3)
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| 图 3 不同生活水层鱼类重金属含量差异比较 (字母代表不同生活水层重金属含量的差异性, 相同字母表示差异不显著, 不同字母表示差异显著(p < 0.05)) Fig. 3Concentrations of heavy metal in muscles among different living layers |
3.2.4 不同区域对鱼体重金属含量的影响由于不同区域水环境背景值的差异会导致鱼类的暴露风险不同, 通过对鄱阳湖不同河湖交错区鱼类肌肉重金属含量状况比较发现, 除Cd外, 鱼类肌肉中重金属含量在不同区域的差异并不显著, 这表明鄱阳湖鱼类中大多数重金属并未表现出明显的区域富集规律(图 4).这可能受鱼类迁徙行为的影响, 鱼类的高迁徙能力导致其不能直接反映区域环境状况(Avigliano et al., 2019).但饶河入湖区域鱼类肌肉中Cd的含量显著高于抚河入湖区域鱼类肌肉中Cd的含量.本研究通过调查发现, 饶河入湖区域沉积物中Cd的含量(1.158 mg · kg-1)显著高于抚河入湖区域沉积物中Cd的含量(0.314 mg · kg-1), 鄱阳湖鱼类可能对水环境中Cd有明显的指示作用.通常认为环境中较高的Cd含量也具有较高的生物有效性, 这可能在很大程度上增加了鱼类Cd的暴露风险(Zhang et al., 2017; 2018).
图 4(Fig. 4)
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| 图 4 不同区域鱼类重金属含量差异比较 (字母代表不同区域鱼类重金属含量的差异性, 相同字母表示差异不显著, 不同字母表示差异显著(p < 0.05)) Fig. 4Concentrations of heavy metal in muscles among different sampling areas |
3.3 鄱阳湖鱼类重金属富集的关键因素分析水生生物重金属的富集水平不仅仅受背景环境的影响, 也受本身生长特性的影响(Liu et al., 2018).且不同环境要素及生长特性的相互作用, 可能会掩盖水生生物重金属富集的关键因素, 如环境重金属富集可能会限制鱼类的生长发育(Ouali et al., 2018)、体长与体重的交互影响(梁正其等, 2019)、鱼类食性与生活型的交互作用等(张小磊等, 2018).为了识别影响鄱阳湖鱼类重金属富集的关键因子, 本文对鄱阳湖河湖鱼类重金属含量和影响因子(体长、体重、食性、生活型和区域)进行RDA排序, 结果如表 4所示.RDA前4排序轴特征值之和为0.177, 累积解释了重金属含量-影响因子关系的95.1%.排序前两轴特征值分别为0.103和0.043, 与鱼类重金属含量-影响因子相关性分别为0.505、0.601, 鱼类重金属含量-影响因子关系累积百分比达81.2%, 本研究选择前两个排序轴绘制二维排序图.
表 4(Table 4)
| 表 4 环境因子与RDA排序轴的相关系数及排序概要 Table 4 Correlation coefficients of RDA ordination axes with environmental factors and ordination summary | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 4 环境因子与RDA排序轴的相关系数及排序概要 Table 4 Correlation coefficients of RDA ordination axes with environmental factors and ordination summary
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在二维排序图中(图 5), 影响因子所在象限代表与排序轴的正、负相关性, 连线越长, 相关性越大, 显著性越高, 反之越小；代表影响因子的线段与指示重金属的线段夹角表示两者间的正、负相关性, 锐角表示正相关, 钝角表示负相关, 而两者接近垂直则表明不存在相关性(陈晓熹等, 2019).结合表 3和图 5可以发现, 体长和食性是影响鄱阳湖鱼类重金属含量差异的两个关键因子；沿排序轴第一轴随着体长的增加, 鱼类肌肉中大部分重金属含量都表现为下降的趋势；排序第二轴从下到上随着食性趋于单一低级, 鱼类Co的含量表现为上升的趋势, 但Cu、Cd和Zn的含量表现为下降的趋势, 这与上述分析基本一致.体长反映鱼类自身的生长特性, 随着体长的增加鱼类重金属含量降低, 表明鱼类生长对进入体内的重金属有着明显的稀释作用(Liu et al., 2018).从食性上可以发现, 鱼类重金属含量并未表现出从低级(草食性)到高级(肉食性)增加的趋势, 即重金属含量并不是随着营养级的增加表现为增加的趋势, 而更多地表现为从简单(单一食性)到复杂(杂食性)增加的趋势.以往通过C、N同位素(δ13C、δ15N)分析重金属沿着食物链的迁移特征发现, 三峡库区各种食性鱼类的δ13C值从高到低排序为：杂食性>肉食性>滤食性>草食性, 而各种食性鱼类的δ15N值从高至低排序为：肉食性>杂食性>滤食性>草食性(余杨等, 2013), 各种食性鱼类的δ13C值排序与本文重金属沿食性变化的趋势一致, 而与δ15N值排序不同, 且以往研究表明除Hg外, 淡水鱼类重金属沿着食物链的生物放大效应并不显著(韦丽丽等, 2016), 这也验证了本文的推测, 即淡水鱼类重金属含量并不是随着营养级的增加表现为显著增加的趋势, 而是可能与鱼类食性的变化有关, 但仍需要通过鱼类重金属与δ13C值的关系进一步验证.基于对背景环境的调查结果发现, 鄱阳湖不同河湖交错区沉积物及水体可溶性重金属含量均表现出显著的差异, 尤其是相对于其它入湖区域, 饶河入湖区域背景环境(沉积物及水体)中重金属的含量均相对较高(Zhang et al., 2017; 2018), 如饶河水体中可溶性Co的含量(0.809 μg · L-1)显著高于修水、赣江、抚河及信江可溶性Co的含量(0.222、0.283、0.150、0.186 μg · L-1).但不同河湖交错区背景环境重金属含量显著差异的特征并未在不同区域鱼类体内得以体现(图 4).这表明背景环境并不是影响鄱阳湖鱼类重金属富集的关键因素, 冗余分析结果也得出了类似的结果(图 5).尽管区域不是影响鄱阳湖鱼类重金属含量水平的关键因素, 但值得注意的是, 鄱阳湖环境中的Cd富集与鱼类重金属含量有着较好的对应关系(图 4), 环境中Cd的暴露可能已经对鱼类Cd的摄食和富集产生了影响.
图 5(Fig. 5)
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| 图 5 鄱阳湖河鱼类重金属含量与影响因子关系的RDA二维排序图 Fig. 5RDA two-dimensional sequencing diagram of the relationships between heavy metal accumulation and impact factors |
3.4 鄱阳湖鱼类重金属潜在健康风险评估利用目标危险系数(THQ)对鄱阳湖鱼类重金属人群暴露的健康风险进行评价发现, 鄱阳湖鱼类中重金属对成人和儿童的单一目标危害系数(THQ)均小于1, 且复合健康危害系数(TTHQ)也小于1(表 5), 表明鄱阳湖鱼类重金属对人群的暴露风险均在安全阈值内, 对人体产生的健康风险较低, 这与以往的研究结果一致(Wei et al., 2014; 涂宗财等, 2018；匡荟芬等, 2018).不论是成人还是儿童, 不同鱼类重金属对人体的暴露风险排序一致为：短颌鲚>鲫鱼>餐条>鲤鱼>白鲢>黄颡鱼>翘嘴鲌>鳊鱼>赤眼鳟>鲶鱼；鱼类摄入单一重金属的THQ值大小排序为：Mn>Zn>Cu>Ni>Cd>Pb>Co>Cr, 这与匡荟芬等(2018)和Wei等(2014)的研究结果相似, 但不同于涂宗财等(2018)的结果：Pb>Zn>Cu>Cd, 可能是由于采样区域与调查鱼类的差异造成的.尽管鄱阳湖鱼类Cd的人群暴露风险并不高, 但由于鄱阳湖鱼类中Cd可能受到背景环境的影响, 研究表明, 鄱阳湖水环境Cd的富集程度较高且具有较高的生物有效性(刘婉清等, 2014; Zhang et al., 2017; 2018), 所以需要加强对鄱阳湖水环境尤其是水生生物体Cd的监控.
表 5(Table 5)
| 表 5 鄱阳湖不同鱼类可食部分重金属目标危害系数(THQ) Table 5 Target hazard coefficient (THQ) of heavy metals in edible parts of different fish in Poyang Lake | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 5 鄱阳湖不同鱼类可食部分重金属目标危害系数(THQ) Table 5 Target hazard coefficient (THQ) of heavy metals in edible parts of different fish in Poyang Lake
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4 结论(Conclusions)1) 鄱阳湖鱼类不同组织中Zn的含量最高, Cd和Pb在鱼类各器官中的含量最低；鱼鳃是Mn和Ni的主要富集组织, 肝脏是Cu和Cd的主要富集器官.尽管鱼类肌肉中大多数重金属含量值低于鱼鳃及肝脏对应重金属含量, 但Cr和Mn在黄颡鱼及短颌鲚肌肉中的含量较高.
2) 鄱阳湖鱼类肌肉中重金属含量随着体长、体重的增加均有显著下降的趋势；杂食性鱼类肌肉中Cu、Zn和Cd的含量显著高于其它食性鱼类对应重金属含量, 而草食性鱼类肌肉中Co的含量显著高于其它食性鱼类肌肉中Co的含量；鄱阳湖鱼类肌肉中Cu、Cd、Pb和Ni含量对生活水层的影响不敏感, 而不同水层鱼类肌肉中Cr、Mn、Zn和Co含量差异显著；除Cd外, 鄱阳湖鱼类肌肉中重金属含量对区域背景环境的响应不显著.利用RDA综合排序发现, 鄱阳湖鱼类重金属含量水平主要受体长和食性的影响.
3) 健康风险评价结果表明, 所有调查鱼类重金属暴露的人群健康风险均相对较低, 对人体的潜在健康风险较小, 但需要加强对鄱阳湖水环境尤其是水生生物体Cd的监控.
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