亚热带湿地系统中几种常见食用鱼类的有毒金属风险评估与来源识别：影响与监测

《Journal of Food Protection》：Risk assessment and source identification of toxic metals in some commonly consumed fishes from a subtropical wetland system: Implications and monitoring

　　

摘要：湿地生态系统中的重金属污染对水生生物多样性和人类健康构成严重威胁，尤其在环境监测有限的农业地区尤为突出。本研究评估了孟加拉国Netrokona地区关键湿地Khaliajury haor中八种微量金属——铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）、锰（Mn）、镍（Ni）、汞（Hg）、铜（Cu）和锌（Zn）——的分布、来源及健康风险。2024年6月至12月期间，研究人员按照标准质量保证/质量控制（QA/QC）程序，在五个采样站点采集了地表水、沉积物和十种常见食用鱼类的样本。将金属浓度与国家及国际指南进行比较，并进行了来源识别以及污染指数（I_geo、PLI、PER）和健康风险评估（THQ、HI、CR）。在地表水中，所有站点的Mn和Cu均超过允许限值。沉积物中Cr和Hg在所有站点均超过毒性参考值（TRV），而Cd、Ni和Cu在多个地点偏高。然而，负的I_geo值和低于1的PLI评分表明沉积物未受污染，潜在生态风险（PER）较低。在鱼类组织中，十种鱼类中有七种的Mn超过最大允许浓度（MAC），其次有五种鱼类的Pb超标，Cr和Cd各有两种鱼类超标。尽管THQ和HI值均低于1，表明非致癌风险可忽略不计，但所有鱼种中Pb、Cd、Cr和Ni的致癌风险（CR）值均超过美国环保署（USEPA）10^-4的可接受上限阈值，提示消费者存在潜在的终生致癌风险。多变量分析（相关矩阵和主成分分析PCA）显示，重金属的生物累积来源于农业径流、人为活动、废水和环境过程，并通过湿地系统中的不同营养级进行传播。这些发现强调了系统化生物监测、来源识别以及对依赖haor渔业的社区进行风险沟通的必要性。

**论文解读：亚热带湿地系统常见食用鱼类有毒金属的风险评估与来源解析——以孟加拉国Khaliajury Haor为例**

**一、研究背景与意义**

湿地生态系统是地球上生物多样性最丰富、生态服务功能最重要的生态系统之一。孟加拉国拥有极为广泛的淡水水生栖息地，包括河流、河口、beel、haor、baor、洪泛平原等，这些生态系统为该国提供了约60%的动物蛋白需求，支撑着约265种鱼类生存。其中，haor是一种碗状洪泛平原洼地，每年约有半年时间被淹没，构成了独特的亚热带湿地系统。Khaliajury Haor位于孟加拉国东北部Netrokona地区，面积约8256.24公顷，是多种水生物种的重要栖息地，也是当地渔民维持生计的关键区域，其水源由Dhanu和Surma河系供给。

然而，随着农业活动的加剧和人为干预的增多，湿地生态系统面临日益严峻的重金属污染威胁。工业废水、农业径流、生活污水及地球化学风化过程不断向水体中输入铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）、锰（Mn）、镍（Ni）、汞（Hg）、铜（Cu）和锌（Zn）等有毒金属。鱼类作为水生生态系统中的关键营养级生物，能够通过鳃部离子交换、食物摄入、组织表面吸附及水中悬浮颗粒吸收等多种途径富集重金属。人类通过食物链摄入受污染的鱼类，可能导致一系列健康问题，包括肾小管功能障碍、骨脱矿、神经毒性乃至癌症风险。

尽管孟加拉国已有大量针对河流系统的重金属污染研究，但针对东北部湿地（尤其是Khaliajury Haor）的生态风险评估却极为匮乏。升温、突发洪水、降雨不规律、干旱和淤积等问题使该湿地面临严重威胁。因此，系统评估该湿地水体、沉积物和鱼类中重金属的分布特征、污染来源及潜在健康风险，对于保护水生生物多样性和当地社区居民健康具有重要的科学价值和现实意义。

**二、研究技术与方法**

本研究于2024年6月至12月期间，在孟加拉国Netrokona县Khaliajury Haor湿地内设置了五个采样站点（Lepshia S1、Kalampur S2、Mural S3、Narayanpur S4、Krisnapur S5），共采集15份水样、15份沉积物样本及40份鱼类样本（涵盖Puntius sophore、Anabas testudineus、Notopterus notopterus、Channa punctata、Glossogobius giuris、Mystus tengara、Clarias batrachus、Wallago attu、Mastacembelus armatus和Labeo calbasu共十种常见食用鱼类）。样本前处理采用硝酸消解和过氧化氢辅助消解方法。金属浓度分析在达卡原子能中心分析化学实验室完成，严格遵循ISO/IEC17025:2017认证标准，使用原子吸收光谱法（AAS）的不同技术——石墨炉原子吸收光谱法（GF-AAS）检测Pb、Cd、Cr，火焰原子吸收光谱法（F-AAS）检测Cu、Mn、Zn，冷蒸气原子吸收光谱法（CV-AAS）检测Hg。质量控制采用加拿大国家研究委员会的认证参考物质DORM 2验证，回收率介于97.54%（Mn）至102.17%（Hg）之间。污染评价采用污染因子（CF）、污染负荷指数（PLI）、地累积指数（I_geo）和潜在生态风险指数（PER）等方法；健康风险评估则通过估算每日摄入量（EDI）、目标危害商数（THQ）、危害指数（HI）和致癌风险（CR）进行；多变量统计分析采用Pearson相关分析、主成分分析（PCA）和相关矩阵热图。

**三、主要研究结果**

**水体中的金属含量。** 地表水中，Mn是唯一在所有站点均高于检测限（MDL）的金属，浓度范围为15.50 ± 3.66 μg/L（S4）至42.48 ± 3.26 μg/L（S5），远超BMAC（0.1 μg/L）和FAO（1972）标准（0.2 μg/L），成为该湿地水体中主要的溶解态金属污染物。Cu在所有站点均超过BMAC（1.0 μg/L）、WHO（2011）阈值（1.5 μg/L）和FAO（1972）标准（0.2 μg/L），浓度介于10.02 ± 2.82 μg/L（S4）至12.14 ± 2.24 μg/L（S5）。Zn浓度在S5站点（22.18 ± 2.62 μg/L）超过FAO（1972）标准（20 μg/L），且S3和S5超过WHO（2011）指南（15 μg/L），所有站点均超过BMAC（5.0 μg/L）。Pb、Cd（除S5为1.01 μg/L外）、Cr、Ni和Hg均低于检测限。S5站点在多个金属中表现出最高浓度，提示该站点存在局部污染源。

**沉积物中的金属浓度。** 沉积物分析显示，Cr在所有五个站点均超过USEPA（1999）毒性参考值（TRV）26 mg/kg，浓度范围为28.29 ± 2.22 mg/kg（S5）至56.64 ± 4.22 mg/kg（S1），表明该湿地存在空间广泛性Cr污染。Hg浓度范围为0.002 ± 0.002 mg/kg（S5）至0.048 ± 0.002 mg/kg（S2），所有站点均超过TRV（0.0008 mg/kg）。Cd在S4（1.12 mg/kg）和S5（0.82 mg/kg）站点超过TRV（0.6 mg/kg），其中S4的浓度约为S2和S3的560倍，表明局部点源污染。Ni在S1（16.64 mg/kg）、S4（14.78 mg/kg）和S5（18.22 mg/kg）超过或接近TRV（16 mg/kg）。Cu在S2（18.17 mg/kg）超过TRV（16 mg/kg）。Pb和Zn在所有站点均低于TRV。S5站点在多种金属中表现出最高污染水平，需优先关注。

**鱼类组织中的金属浓度。** 鱼类组织中，Mn是超标最普遍的金属，十种鱼类中有七种（Bele、Foli、Baim、Taki、Koi、Magur、Kalibaus）超过MAC（1.0 mg/kg），浓度范围为0.86 ± 0.92 mg/kg（Boal）至1.96 ± 1.32 mg/kg（Bele），提示沉积物缺氧条件下Mn的地球化学迁移是主要来源。Pb在五种鱼类（Kalibaus 1.06、Magur 0.42、Koi 0.38、Boal 0.36、Taki 0.32 mg/kg）中超过MAC（0.3 mg/kg），底栖和捕食性鱼类表现出更高的Pb富集。Cr在Tengra（1.26 mg/kg）和Boal（1.04 mg/kg）中超标，MAC为1.0 mg/kg。Cd仅在Puti（0.056 mg/kg）中略微超过EC（2006）标准（0.05 mg/kg）。Ni仅在Bele（0.87 mg/kg）中超标，MAC为0.8 mg/kg。Hg和Cu在所有鱼类中均未超标，Zn在所有鱼类中均远低于MAC（30 mg/kg）。根据MAC超标次数和总体金属负荷，鱼类污染排序为：Kalibaus > Bele > Boal > Foli > Taki > Koi > Magur > Baim > Puti > Tengra。

**污染指数评价。** CF值除S4站点的Cd（1.12）外，其余均小于1，表明整体低污染水平。PLI值在所有站点均低于1，指示无污染状态。I_geo值均为负值，表明沉积物“实际未受污染”。PER值范围为7.35至40.08，所有站点均处于低生态风险等级，站点排序为S4 > S5 > S1 > S2 > S3。尽管沉积物中Cr、Hg和Cd超过USEPA TRV阈值，但地球化学指数（I_geo、PLI、PER）与生物效应阈值之间的差异，反映了地球化学基线评价与生态毒理学标准在评估目标上的差异——前者评估人为富集程度，后者评估潜在生物负面影响。

**健康风险评估。** EDI评估显示，部分鱼种的Pb（Kalibaus 1.11 mg/day）、Cd（Puti 0.06 mg/day）、Cr（Tengra 1.31 mg/day）、Ni（Bele 2.04 mg/day）和Hg（Puti和Magur 0.06 mg/day）EDI值超过相应MTDI标准，提示可能对消费者健康产生不利影响。THQ值在所有鱼类中均远低于1，HI值也未超过建议限值1，表明非致癌健康风险可忽略不计。然而，所有鱼类中Pb、Cd、Cr和Ni的CR值均超过10^-4的USEPA可接受上限阈值，暗示消费者面临潜在的终生致癌风险。这种高致癌风险与低环境金属浓度之间的矛盾，归因于鱼类组织的生物累积效应、元素的高致癌效力以及风险评估模型中的终生暴露假设。

**相关矩阵与主成分分析。** 水体中Cu-Ni（r = 0.97）、Ni-Zn（r = 0.97）、Cu-Zn（r = 0.92）、Cd-Mn（r = 0.91）和Cd-Zn（r = 0.91）呈显著正相关，表明这些金属可能具有相似的人为或自然来源。沉积物中Mn-Zn（r = 0.98，p < 0.01）呈极强正相关，Pb-Ni（r = 0.82）和Cd-Ni（r = 0.74）呈正相关；Ni-Hg（r = -0.80）、Cr-Zn（r = -0.75）和Cr-Mn（r = -0.69）呈强负相关，指示不同来源或沉积行为。鱼类组织中Pb-Zn（r = 0.80，p < 0.01）呈显著正相关，确认了相似的生物累积途径。PCA分析中，水体样本前两个主成分解释了88.0%的总方差（PC1：65.0%，PC2：23.0%），沉积物样本解释了79.0%（PC1：44.0%，PC2：35.0%），鱼类样本解释了55.0%（PC1：33.0%，PC2：22.0%）。热图分析揭示了不同鱼类物种的特异性元素积累模式。

**四、讨论与结论**

研究表明，Khaliajury Haor湿地正经历着可测量且在某些情况下令人担忧的重金属污染，涉及水体、沉积物和鱼类组织，反映了该湿地系统在持续的人为和农业压力下所处的状态。研究发现，沉积物基污染指数较低与鱼类组织中显著的金属生物累积之间形成鲜明对比，表明仅靠地球化学指标无法全面评估湿地金属污染状况。多变量分析揭示，重金属主要来源于农业径流（携带化肥和农药残留）、洪泛平原基质的地球化学风化以及周边居民区的生活污水排放，这些金属通过不同营养级在湿地系统中迁移和富集。

最值得关注的是，所有研究鱼类中Pb、Cd、Cr和Ni的致癌风险值均超过阈值，这对依赖这些水域获取日常营养的社区构成了长期健康风险。因此，本研究强调了定期监测、污染源管理、缓解措施和结构化公共卫生沟通的必要性，以保护水生生物多样性和依赖haor渔业的社区。这些发现为孟加拉国东北部河连湿地的金属污染基线数据提供了重要参考，也为类似亚热带湿地生态系统的重金属风险评估和风险管理提供了科学依据。