海洋食用鱼类中重金属与微塑料的协同污染及其对人类健康风险状况的探索

本研究针对印度古吉拉特海岸线海洋鱼类中重金属(HM)和微塑料(MP)污染问题，系统评估了其污染水平、空间分布特征及人体健康风险。研究发现不同物种和区域存在显著污染差异，关键物种如S. jello、M. cordyla和C. seheli显示出极高的Pb、Cr累积；健康风险评估表明儿童面临更高风险，EDI值对Cr、Pb、Hg、Cd等重金属普遍超标；MP分析显示尼龙(50%)和聚乙烯(40%)为主要聚合物类型。研究首次揭示HM与MP污染间仅存在弱相关性(r?=0.3399)，表明其积累机制相对独立。该成果为沿海污染治理和公共健康干预提供了重要科学依据。

　　

随着沿海地区人类活动的不断增加，海洋生态系统正面临着前所未有的污染压力。在众多污染物中，重金属（Heavy Metals, HM）和微塑料（Microplastics, MP）因其持久性、生物累积性和潜在毒性备受关注。重金属如铅(Pb)、铬(Cr)、汞(Hg)等可通过吸附或吸收在海洋生物体内积累，即使低浓度也具有毒性；而微塑料由于其微小尺寸和在环境中的迁移转化能力，对海洋鱼类构成生态毒理学危害。这两种污染物不仅直接影响海洋生物的健康，还可能通过食物链传递，最终影响人类健康。

印度作为拥有超过7500公里海岸线的国家，其渔业经济和海洋生态系统对重金属和微塑料污染尤为敏感。古吉拉特邦占据了印度海岸线的24%，拥有1600公里的海岸线，涵盖16个沿海地区，包括 estuaries、红树林和珊瑚礁等多种海洋栖息地。近年来，随着工业化、城市扩张和废物管理不善，该地区海岸带重金属和微塑料污染问题日益突出。虽然已有一些研究关注该区域的污染状况，但多数研究仅针对沉积物或个别物种，缺乏对多种可食用鱼类中重金属和微塑料协同污染的系统评估，以及其对人类健康风险的全面分析。

为了解决这一知识空白，研究人员在《Marine Pollution Bulletin》上发表了一项综合研究，对古吉拉特海岸线从Umargam到Kutch的27个采样点的海洋水体和鱼类样本进行了系统分析。研究团队采集了315个全鱼样本，涵盖52个物种和40个科，通过电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)分析七种重金属(Pb、Cr、Cu、Ni、Hg、Cd、Zn)的浓度，同时使用立体显微镜和ATR-FTIR鉴定微塑料的类型和组成。研究还计算了生物浓缩因子(BCF)、污染程度(Cd)、水污染指数(WPI)、金属污染指数(MPI)和污染因子(CF)等多种指标，并进行了非致癌风险(THQ、HI)和致癌风险(CR)评估。

研究采用了多项关键技术方法：1)采样设计上将海岸线分为三个特征区域(Khambhat湾、Saurashtra海岸和Kutch湾)，在每个站点三个深度采集水样；2)使用ICP-OES进行重金属定量分析，配合标准参考物质(DORM-4)进行质量控制；3)通过碱消化和密度分离处理鱼类组织样本进行微塑料提取；4)应用ATR-FTIR进行聚合物类型鉴定；5)采用QGIS进行空间分析和插值可视化；6)运用美国环境保护署(USEPA)推荐的健康风险评估模型计算EDI、THQ、HI和CR值。

3.1. 重金属分析

研究人员发现重金属污染存在明显的物种和地点特异性差异。在Zone 1 (Khambhat)，C. carassius显示出最高的Ni和Zn浓度(肌肉中分别为63.86ppm和30ppm)；在Zone 2，Ghogha的L. johnii表现出最高的Cu积累(肌肉151.52ppm，肠道192.70ppm)；Porbandar的M. cordyla记录了最高的Cr水平(肌肉333.26ppm，肠道413.50ppm)；Veraval的S. jello则显示出极高的Zn和Pb积累。Zone 3中，Mandvi的C. seheli和Okha的R. kanagurta分别表现出最高的Cr(肠道429.86ppm)和Pb(肠道43.26ppm)污染。

生物浓缩因子分析表明，底栖和捕食性物种对重金属有更高的保留能力。C. carassius对Zn的BCF值高达3469.07(肠道)，M. griseus对Cr的BCF值达2194.1(肠道)，S. jello对Zn的BCF值更是达到惊人的34,389.4(肠道)。这些结果指示了这些物种作为污染生物指示剂的潜力。

3.2. 污染程度

污染程度(Cd)评估显示，Alang(13.49)和Nishkalank(11.27)的污染程度最高，归因于拆船活动和工业排放。大多数站点的水污染指数(WPI)表明水质总体良好，但Alang、Nishkalank和Sutrapada出现了Cr和Hg的局部高点。

3.3. 金属污染指数

金属污染指数(MPI)分析揭示了显著的物种间差异。Zone 1中C. carassius的MPI最高(4.313mg/kg)；Zone 2中L. spadiceus的MPI达11.794mg/kg，S. jello为10.477mg/kg；Zone 3中C. dussumieri的MPI更是高达22.481mg/kg，是所有研究物种中最高的。这些结果表明捕食性和底栖物种更容易积累重金属。

3.4. 微塑料分析

微塑料分析显示，水样中线状MP占主导(62%)，其次是碎片(27%)和薄膜(11%)。蓝色(28%)、透明(22%)、红色(18%)是最常见的颜色。尼龙(34%)是最丰富的聚合物，其次是聚乙烯(PE，22%)和聚苯乙烯(PS，21%)。

在鱼类组织中，Zone 1的C. carpio、C. carassius和S. asotus肠道中尼龙含量最高(27.78%)；Zone 2的P. major和E. aeneus肌肉中尼龙含量达50%；Zone 3尽管环境PLI较低，但仍显示出显著的生物积累现象。摄食行为在MP积累中起关键作用，捕食性物种如P. major由于营养级转移和生物积累而表现出更高的MP浓度。

3.5. 污染因子

污染因子(CF)评估显示，Khambhat的O. mossambicus和S. asotus的CF值最高(1.625)，表明中度污染。Porbandar和Veraval的多个物种CF值达到2，显示较高的污染水平。在Mandvi，顶级捕食者如E. lanceolatus和E. areolatus由于营养级转移而显示出更高的CF值。

3.6. 聚合物危害指数

聚合物危害指数(PHI)评估显示，聚氯乙烯(PVC)尽管在鱼类组织中含量相对较低，但环境风险最高，PHI值从Mandvi的234.09到Okha的740.89不等，属于危险类别IV(危险)。尼龙位居第二，PHI值从13.16到16.17，属于中等危险类别。聚苯乙烯(PS)显示中等风险，而聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)风险最小。

3.7. 体细胞指数

体细胞指数分析显示，不同物种的肌肉体细胞指数(MSI)、肠道体细胞指数(Ga-SI)和条件因子(K)存在显著差异。Zone 1的C. batrachus显示最高的MSI(70.54%)，C. carpio显示最高的Ga-SI(17.58%)；Zone 2的D. holocanthus显示最高的MSI(72.47%)，S. jello显示最高的Ga-SI(19.99%)；Zone 3的B. orientalis和S. asotus分别显示最高的MSI和Ga-SI。这些变化反映了摄食行为、污染物暴露和代谢活动的影响。

3.8. 相关性分析

Spearman等级相关性分析显示，金属污染指数(MPI)与微塑料污染因子(CF)之间仅存在弱正相关性(r?=0.3399)，表明重金属和微塑料污染在很大程度上是独立积累的。这种弱相关性可能反映了不同污染源、吸收机制和生物途径的差异。

3.9. 健康风险评估

健康风险评估显示，儿童面临的风险普遍高于成人。许多金属(Ni、Pb、Hg、Cd)的估计每日摄入量(EDI)超过了可耐受摄入量(TDI)。目标危害商(THQ)分析表明，Cr是大多数地区健康风险的主要贡献者，在Khambhat、Ghogha、Porbandar和Mandvi显示最高的THQ值。Zone 1的C. carassius对Cr的THQ最高(成人8.99，儿童39.69)；Zone 2的M. cordyla对Cr的THQ为25.06(成人)和110.62(儿童)；Porbandar的同种物种对Cr的THQ更是高达88.08(成人)和388.81(儿童)。

致癌风险(CR)评估显示，Cr和Ni在所有研究地点都构成最严重的致癌风险。Zone 1的Cr的CR值范围为1.98×10^-6至1.35×10^-2(成人)和8.75×10^-6至5.95×10^-2(儿童)；Zone 2的Cr风险更高，Porbandar的M. cordyla显示CR值达3.15×10^-2至1.32×10^-1(成人)和1.39×10^-1至5.83×10^-1(儿童)。Ni和Cd也显示出显著风险，Zone 2的Ni的CR值范围为2.05×10^-2至1.20×10^-2(成人)和9.07×10^-2至5.24×10^-2(儿童)。

研究结论表明，古吉拉特海岸线海洋鱼类中存在显著的重金属和微塑料污染，Veraval、Mandvi和Porbandar是污染最严重的地区。S. jello、M. cordyla、C. seheli和P. argentata等物种显示出最高的重金属负荷。生物浓缩因子分析证实了底栖和捕食性鱼类对Cr和Zn的高度积累能力。健康风险评估确认儿童面临最大风险，多种重金属的暴露水平超过安全限值。微塑料污染以尼龙和PVC为主，在R. kanagurta、M. cephalus和R. sarba等物种中含量较高。

值得注意的是，重金属和微塑料污染之间的弱相关性表明这两种污染物可能有不同的环境来源和生物积累机制，这一发现对制定针对性的污染控制策略具有重要意义。研究结果强调需要立即采取缓解措施，包括 targeted pollution control、可持续渔业管理和综合监测方法，以保护海洋生态系统和公共健康。

这项研究不仅提供了古吉拉特海岸线污染状况的全面评估，还为理解重金属和微塑料的协同效应提供了新的见解。研究的创新之处在于同时评估了多种污染物在不同营养级鱼类中的积累情况，并全面评估了其对人类健康的风险。研究结果对制定区域特异性污染管理策略和公共健康干预措施具有重要的指导意义，也为未来研究提供了有价值的基础数据和方法学参考。