通过稳定同位素揭示台湾海域鱼类中的汞生物累积及营养动态

《Environmental Research》：Mercury Bioaccumulation and Trophic Dynamics in Marine Fishes off Taiwan Revealed by Stable Isotopes

台湾近海12种中上层鱼类总汞浓度（0.01-0.17 μg g?1）与δ1?N同位素比值呈显著正相关（R2=0.8），但头足类（如Uroteuthis edulis）和鲡鱼（Trichiurus japonicus）例外，反映其独特生命史。东西北太平洋汞生物放大斜率（WNPO＞ENPO）和营养级放大因子（TMF）差异提示污染源与食物网传递效率区域异质性，为生态系统渔业管理提供依据。

　　

Fang-Jing Deborah Lee|Jie Tseng|Zi-Yun Huang|Hao Tseng|Pei-Ling Wang|Chun-Mao Tseng

台湾国立大学海洋研究所，台北106

摘要

本研究分析了从台湾渔场采集的12种远洋和中层海洋物种共49个样本中的总汞（THg）浓度及稳定同位素比值（δ¹³C和δ¹⁵N）。总汞含量范围为0.01至0.17 μg g^-1（湿重；平均值0.05 ± 0.04 μg g^-1），δ¹⁵N值介于8.5至12.9‰（平均值10.9 ± 1.2‰）之间，δ¹³C值则在?19.1至?15.4‰（平均值?16.7 ± 0.9‰）之间。大多数物种表现出体长与总汞含量之间的正相关关系，表明存在与体型相关的生物累积现象；而头足类动物（如Uroteuthis edulis）和Cutlassfish (C. trichiurus japonicas)的相关性较弱，这反映了它们不同的生活习性。总汞含量还与δ¹⁵N值呈正相关，进一步支持了营养级生物放大作用，且δ¹⁵N值较高的物种通常栖息在较深的海洋环境中，表明存在与深度相关的富集现象。西部（WNPO）地区的生物放大斜率和营养级放大因子（TMF）略高于东部（ENPO）地区，这表明食物网中的汞转移效率更高。不同地区总汞-δ¹⁵N之间的强相关性（R² = 0.8）突显了营养动态和海洋条件对汞积累的综合影响，对基于生态系统的渔业管理和海产品安全具有重要的启示意义。

引言

汞（Hg）是一种有毒的重金属和持久的全球性污染物，对公众健康和环境构成严重威胁（联合国环境规划署，2019年）。其危害作用贯穿陆地和水生生态系统，主要通过食物网中的生物累积和生物放大作用影响人类，最终通过食用受污染的海产品对人体造成影响（Kim等人，2014年；Yin等人，2024年）。根据联合国环境规划署和有毒物质与疾病登记署（ATSDR，1992年；联合国环境规划署，2019年）的报告，汞通过自然过程（如火山活动和岩石风化）以及人为来源（如化石燃料燃烧、采矿和工业废物）释放到环境中。人类活动大幅增加了大气中的汞排放，并加剧了汞在海洋系统中的沉积（Mason & Pirrone，2009年；Sunderland等人，2009年；Lamborg等人，2014年）。

一旦进入水生环境，无机汞（Hg²⁺）会经历复杂的生物地球化学转化，生成甲基汞（MeHg），这是一种具有高度神经毒性的有机化合物，能够在生物体内有效积累并通过海洋食物网放大（Mason等人，1996年）。甲基汞可占鱼类肌肉组织中总汞含量的95%（Bloom，1992年；Tseng等人，2004年、2021年），对孕妇和儿童等脆弱人群构成重大健康风险（Sunderland等人，2018年）。由于海洋捕食者体内的汞含量反映了它们的食物来源和营养级地位，监测其生物累积情况对于评估生态和人类健康风险至关重要（Tseng等人，2021年）。

稳定同位素分析（SIA），特别是δ¹³C和δ¹⁵N的分析，是研究营养关系和食物网结构的常用工具。δ¹⁵N可作为营养级的指标，而δ¹³C则能揭示碳来源和栖息地起源（Fry，1988年；Post，2002年）。这些同位素的变化有助于追踪初级生产途径和直接影响汞生物累积模式的食物网相互作用（Davies等人，2015年；Sunderland等人，2018年）。结合汞浓度数据，SIA有助于更全面地了解海洋生态系统中的汞转移过程，并为污染缓解和海产品安全提供基于证据的策略。

本研究调查了北太平洋台湾水域12种远洋和中层海洋物种（营养级3–4）中的汞生物累积情况，该地区对亚洲的渔业和海产品供应至关重要。我们重点研究了（1）体型和营养级对不同生活习性物种（例如硬骨鱼类与头足类动物）汞累积的影响，以及（2）北太平洋西部（WNPO）和东部（ENPO）地区之间的生物放大斜率和营养级放大因子（TMF）的差异。我们进一步假设汞含量随体型和营养级的增加而增加，但在生长迅速、寿命较短的物种中这种趋势较弱；WNPO地区更陡峭的生物放大斜率和更高的营养级放大因子反映了更高的污染程度和更有效的食物网转移。这种综合方法有助于加深对海洋汞动态的理解，并为基于生态系统的渔业管理和海产品安全提供支持。

部分内容摘录

野外采样和样品制备

2018年，我们从台湾西太平洋海域（约24.6°N，122.0°E）的当地渔港采集了12种不同物种的49个鱼类样本。样本按克（g）称重，叉长精确到毫米（mm）进行测量。肌肉组织样本来自背侧肌肉，储存于-20°C条件下直至分析。分析前，肌肉组织经过96小时的冷冻干燥并充分混匀。

海洋物种的形态特征和汞生物累积

远洋（0-200米）和中层海洋（>200米）区域是动态的生态系统，捕食者-猎物相互作用决定了能量流动和生物地球化学循环。本研究的12种海洋物种属于营养级3至4的消费者，主要为肉食性和食鱼性物种，部分物种具有更广泛的食性或杂食性（表S1）。这些物种作为中间消费者，捕食低营养级的生物，同时自身也成为其他物种的猎物。

结论

本研究揭示了远洋和中层海洋生态系统中汞生物累积的复杂动态，表明虽然营养级（δ¹⁵N）是预测汞含量的关键因素，但物种特有的特征（如生长速度、新陈代谢和摄食行为）也起着重要作用。大多数鱼类表现出与体型相关的强烈生物累积现象，但像Uroteuthis edulis（鱿鱼）和Trichiurus japonicus（带鱼）这样的例外物种则反映了不同的生活习性，从而限制了汞的吸收。稳定同位素分析

作者贡献声明

Pei-Ling Wang：撰写、审稿与编辑。Hao Tseng：方法学、研究、数据分析。Jie Tseng：方法学、研究、数据分析。Fang-Jing Deborah Lee：撰写、初稿撰写、方法学、研究、数据分析。Zi-Yun Huang：方法学、研究、数据分析。Chun-Mao Tseng：撰写、审稿与编辑、验证、监督、资源协调、方法学、研究、数据分析、数据管理、概念构建

未引用的参考文献

Beyer和Pinkney，2024年；Jennings，2015年；Luoma和Rainbow，2005年；Médieu等人，2024年；Post，2002年；联合国环境规划署，2019年。

利益冲突声明

? 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

? 作者声明以下财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突：

致谢

我们衷心感谢Shiao教授提供鱼类样本，以及S.-J. Ang和H.-C. Peng在实验室工作和后勤支持方面的帮助，这些贡献极大地推动了本研究的发展。本研究得到了国家科学技术委员会（NSTC，台湾）的资助（项目编号MOST 111-2611-M-002-015、NSTC 112-2611-M-002-013、113-2611-M-002-016、114-2611-M-002-016）以及台湾国立大学（NTU-JP-110L7253）的支持。