三峽水庫蓄水運(yùn)用后肌肉中汞的生物累積

三峽水庫蓄水運(yùn)用后肌肉中汞的生物累積

三峽是一個著名的世紀(jì)項目。由于峽谷在長江流域的重要地位，三峽水庫的環(huán)境影響和生態(tài)安全問題自項目論證階段以來，引起了社會各界的關(guān)注。有國外學(xué)者指出水庫成庫后可能出現(xiàn)魚類汞濃度水平明顯增高的“水庫效應(yīng)”。徐小清等[2~5]系統(tǒng)研究了長江流域同一水系河流與水庫魚類群體汞含量的特征,證實水庫中的鯉魚汞含量大于河流鯉魚汞含量,提出了水庫汞活化效應(yīng)指數(shù)的概念,以此為依據(jù),徐小清等預(yù)測三峽水庫蓄水運(yùn)行后,庫區(qū)的魚類汞濃度會有不同程度的升高。其中,支流受到的影響更為明顯,魚體汞含量增長幅度超過干流,部分支流的魚體汞濃度將超過國家規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn),庫區(qū)魚體的汞污染可能對食用這些魚類的人群產(chǎn)生潛在威脅。三峽工程自2003年蓄水以來,至2009年達(dá)到175m水位,逐漸進(jìn)入高水位正常蓄水運(yùn)用階段。蓄水之后關(guān)于三峽水庫魚類汞含量的報道較少,僅見Zhang等于2004年冬季至2005年夏季三峽水庫首次蓄水后,對水庫干流魚類總汞含量進(jìn)行的調(diào)查,但該次調(diào)查是在三峽水庫首次蓄水一年之后進(jìn)行的,蓄水位僅135m,此時水庫生態(tài)系統(tǒng)剛剛建立不久,尚不穩(wěn)定。除此之外,三峽水庫蓄水之后尚未見到對三峽庫區(qū)支流魚類的汞含量的報道。三峽庫區(qū)魚類汞含量是否受到蓄水影響而大幅升高,食用這些魚類是否會對居民健康造成威脅,都是社會非常關(guān)心的問題。鑒于此,我們挑選了預(yù)測中環(huán)境條件受蓄水影響較大、早期出現(xiàn)“湖沼化”特征的支流,開展魚類的汞污染分析研究,以查明三峽水庫運(yùn)行近十年后魚類的汞含量水平,驗證工程論證階段對庫區(qū)魚類汞含量水平變化的預(yù)測,分析三峽水庫汞“活化”的可能風(fēng)險。1材料和方法1.1常見經(jīng)濟(jì)漁類的采樣2011年3月在三峽水庫忠縣至秭歸段的8條支流進(jìn)行采樣(圖1),在各支流洄水區(qū)以上區(qū)域的魚船上購買了鯉(Cyprinuscarpio)、鱖(Sinipercachuatsi)、鲇(Silurusasotus)、鯽(Carassiusauratus)、鰱(Hypophthalmichthysmolitrix)、鳙(Aristichthysnobilis)、達(dá)氏鲌(Culterdabryi)和團(tuán)頭魴(Megalobramaamblycephala)8種常見經(jīng)濟(jì)漁類,共計33尾。采樣后,對樣品拍照,現(xiàn)場測量魚體全長、體重;隨后用不銹鋼鑷子去除內(nèi)臟,放入聚乙烯封口袋中并于冷凍情況下帶回實驗室,-20°C冰凍保存。取樣工具和儲存樣品容器等按汞元素分析的要求進(jìn)行清洗凈化。由于采樣時正值長江葛洲壩以上水域的禁漁期,大部分區(qū)域已停止捕魚,所以采集到的樣品量偏小,但基本能代表當(dāng)?shù)禺?dāng)月漁獲物的情況。1.2肌肉含水率、總汞含量的測定樣品室溫解凍后去離子水沖洗兩遍,用濾紙擦干。取側(cè)線與背鰭之間肌肉約10g,用不銹鋼解剖刀和鑷子去除魚鱗、表皮,再將頭部去除,剝離肌肉中魚刺,洗去血污。再將肌肉用不銹鋼剪刀剪碎,用勻漿器勻漿后冷凍干燥。干燥前后均準(zhǔn)確稱重(精確到0.0001g),計算出樣品肌肉含水率。凍干后的樣品在粉碎后取0.05g,按Chasar等的方法,根據(jù)原子吸收光譜法用直接測汞儀(MilestoneDMA-80)進(jìn)行總汞含量測定。測定的結(jié)果根據(jù)樣品含水率折算成濕重后用于結(jié)果討論。1.3處理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采用Excel軟件分析,顯著性差異采用ANOVA分析方法,p<0.05認(rèn)為差異有顯著性。2結(jié)果2.1淡水魚類總汞含量明顯低于原有預(yù)測值的標(biāo)準(zhǔn)本研究中所采集的8種魚涵蓋了草食、濾食、雜食、肉食等不同食性,代表了不同營養(yǎng)等級。根據(jù)汞在食物鏈中逐級放大的規(guī)律,這些魚類樣品可以較好地代表三峽庫區(qū)不同營養(yǎng)等級魚類的總汞含量水平。測得所采集魚類的肌肉總汞范圍為20.9~125μg/kg,平均值為56.4μg/kg(表1),遠(yuǎn)低于世界衛(wèi)生組織規(guī)定的魚體總汞含量標(biāo)準(zhǔn)限制500μg/kg和我國水產(chǎn)品食用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的總汞含量安全限制300μg/kg。將此次調(diào)查結(jié)果與三峽蓄水前徐小清等的預(yù)測值相比,可以發(fā)現(xiàn)鯉、鱖、鲇、鰱和鳙5種魚類的肌肉總汞含量都明顯低于之前的預(yù)測值。其中,當(dāng)時預(yù)測庫區(qū)支流中鱖和鲇可能超過國家食品安全線定標(biāo)準(zhǔn)300μg/kg的情況沒有出現(xiàn)。再將此次測得鯉魚汞含量與蓄水前長江水系各水域測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,結(jié)果如表2所示?？梢钥闯?蓄水后的三峽庫區(qū)鯉魚總汞含量稍高于蓄水前水平,但與蓄水后的1~2a水平相近。與長江水系其他支流相比,蓄水后的三峽水庫魚類的總汞含量也無顯著差異。2.2總汞含量的大小雖然所有魚類的總體汞含量均未超標(biāo),但不同魚種的總汞含量仍表現(xiàn)出顯著差異。如圖2所示,不同種類的魚類總汞含量多集中在30~60μg/kg范圍內(nèi),汞含量最高的為鲇(平均值為109μg/kg),其次是鯽(平均值為6.7μg/kg),汞含量最低的是團(tuán)頭魴(平均值為30.5μg/kg)。如圖2所示,總汞的平均值大小依次為鲇,鯽,鯉,達(dá)氏鲌,鱖,鰱,鳙,團(tuán)頭魴。很明顯總汞含量在肉食性和雜食性魚類中最高,其次是濾食性魚類,草食魚類最低。這與其他研究認(rèn)為魚體中汞主要來自食物鏈傳遞而不是直接從水體吸收一致。我們也注意到,其中肉食性的鱖魚和達(dá)氏鲌總汞含量低于雜食性的鯉和鯽,說明可能還有其它因素影響魚體的總汞濃度。此外,在同一種魚類中,個體之間的總汞含量也有差異。如圖3所示,在樣品數(shù)量較多的鱖中,魚體汞含量與全長顯著相關(guān)(p<0.01),但在達(dá)氏鲌和鯉中未發(fā)現(xiàn)汞含量與全長體重顯著相關(guān),這種差別可能是因為汞在不同魚類體內(nèi)積累代謝方式不同所造成。3其他魚類汞含量的結(jié)果徐小清等的預(yù)測中提到北岸支流的汞活化效應(yīng)指數(shù)F值為1.73,高于長江干流的1.44。南岸支流的F值更高,為1.83?？梢?由于水文特征等原因,支流水體將更易受到汞活化效應(yīng)的影響。預(yù)測里可能出現(xiàn)魚體汞污染的區(qū)域也都出現(xiàn)在支流中。但如圖4所示,根據(jù)本實驗結(jié)果,蓄水近10a后,支流中并沒有出現(xiàn)預(yù)測中的魚體高汞濃度。Zhang等的研究結(jié)果也顯示,蓄水后三峽干流中的魚體汞濃度也保持在較低水平。根據(jù)徐小清等和王文義在三峽水庫蓄水前對三峽庫區(qū)魚體的汞含量研究,蓄水前鯉魚和鲇的肌肉汞含量分別為60(萬縣段)和109μg/kg,與蓄水后的58.6和109μg/kg非常接近,說明蓄水后鯉魚和鲇體內(nèi)汞含量幾乎沒有變化。其它幾種魚類則由于缺乏蓄水前的汞含量資料,無法進(jìn)行比較。但根據(jù)蓄水前預(yù)測出的其它魚類汞含量推斷,蓄水后的其它魚類汞濃度不會顯著高于蓄水前。徐小清等的預(yù)測考慮了水深、庫容、流域面積和徑流量等水文參數(shù)對水體無機(jī)汞負(fù)荷的影響,基于這些參數(shù)推出了預(yù)測魚體汞含量的回歸方程。但根據(jù)近年來的研究結(jié)果,影響魚體汞含量還有甲基化反應(yīng)速率,魚類食物鏈長度,魚類食物來源等因素[10~12]。三峽水庫蓄水后,生態(tài)環(huán)境遠(yuǎn)未達(dá)到平衡,劇烈變化的環(huán)境條件極大地影響了魚類的食物來源和攝食習(xí)慣。這可能使魚類的食物鏈結(jié)構(gòu)短而且不穩(wěn)定,造成汞通過食物鏈的放大效率低于預(yù)期。此外,庫灣中頻繁爆發(fā)的水華也可能會降低魚體中的汞含量。另一方面,不同地區(qū),不同類型水庫的水庫汞活化效應(yīng)持續(xù)的時間有顯著差異。由于水庫運(yùn)行方式的差異,導(dǎo)致水力停留時間、水體稀釋能力等方面的不同。Mont等研究發(fā)現(xiàn),水庫中甲基汞含量與多個環(huán)境因子相關(guān),但總體上取決于水庫水體的停留時間。在外界條件相似的情況下,魚的種類很大程度上決定了魚體中的汞濃度。一般來說,肉食性的魚體內(nèi)的汞含量最高,濾食性和草食性的魚體內(nèi)汞含量最低。本次研究中,肉食性的鱖魚和達(dá)氏鲌體內(nèi)汞含量并不高,甚至低于雜食性的鯉和鯽,這可能與魚類生境有關(guān)。近年來有一些研究關(guān)注了魚類生境對汞含量的影響,Li等發(fā)現(xiàn)烏江中下游底棲肉食性魚類的汞含量顯著高于其他種類。三峽水庫蓄水后水流減緩,水體中攜帶的大量重金屬都聚集在沉積物中。支流中水深較淺,沉積物中生活的大量無脊椎動物將重金屬元素進(jìn)一步富集,并通過食物鏈最終傳遞給底棲魚類,導(dǎo)致底棲魚類重金屬含量偏高。但區(qū)分表層和底層魚類并不容易,精確地調(diào)查魚類生境和食物來源需要采用更加有針對性的方法,如分析魚體胃容物或運(yùn)用穩(wěn)定同位素方法等。同一種類的魚汞含量也有差別。已有報道證明了魚類的年齡與體內(nèi)汞含量成正相關(guān)的關(guān)系,年齡越大的魚體內(nèi)汞積累得越多。但也有文章發(fā)表了不同看法。本研究中,鱖魚體內(nèi)的汞含量與全長、體重正相關(guān),而全長體重又是經(jīng)常用來代替年齡的參數(shù)?？梢?隨著魚年齡的增大,魚體內(nèi)的汞不斷累積。但在達(dá)氏鲌中則沒有發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象。原因可能是,不同種類魚體內(nèi)的重金屬代謝機(jī)制有所差異,造成吸收排泄速率的不同,影響了汞在部分種類魚中的累積。根據(jù)世界衛(wèi)生組織推薦汞的日安全總汞攝入量為0.71g/kg/d,如果以當(dāng)?shù)爻赡昃用?體重60kg)每周食魚1次,1次300g計,則每日攝汞量為0.021~0.078g/kg/d,顯然在安全的攝入劑量范圍之內(nèi)。4總汞含量測定結(jié)果本項工作研究了三峽庫區(qū)8條支流中8種常見經(jīng)濟(jì)魚類肌肉中總汞的含量及對汞的生物積累特征。與蓄水之前的數(shù)據(jù)相比,首次蓄水近十年后水庫中的魚類總汞含量并沒有顯著升高,蓄水前預(yù)測的“汞活化效應(yīng)”在支流中并沒有出現(xiàn)。本次采集中的