南海珊瑚礁鱼类中受食物来源影响的汞营养级转移特征

《Journal of Hazardous Materials》：Trophic transfer characteristics of mercury affected by food source in coral reef fish from the South China Sea

　　

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  南沙珊瑚礁生态系统中总汞（THg）和甲基汞（MeHg）的跨营养级放大因子（TMFs）分别为5.88和6.76。
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  高营养级珊瑚礁鱼类汞富集浓度更高。
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  珊瑚有机质（OMC）贡献率越高，珊瑚礁鱼类汞水平越高。
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  目标危害商（THQ）评估表明，珊瑚礁鱼类对儿童健康存在显著风险。

引言

汞（Hg）是一种全球性污染物，具有强烈的神经毒性、极高的生物富集潜力和远距离传输能力 [1]、[2]、[3]。汞及其有机形态甲基汞（MeHg）在海洋食物网中表现出显著的生物放大作用，对高营养级（TL）生物和人类健康构成严重威胁 [4]、[5]、[6]。例如，大眼金枪鱼（Thunnus albacares）作为全球消费量最高的顶级捕食者之一，其汞浓度经常超过安全建议限值 [7]。自工业革命以来，人为排放导致大气汞沉积量大幅增加。目前，全球表层海水中汞浓度已达到工业前水平的2.5倍，其影响甚至波及远离直接污染源的海域生态系统 [8]。

珊瑚礁生态系统常被称为"海洋中的热带雨林"，具有极高的生物多样性，提供重要的渔业资源，并支撑沿海社区的生计，约占全球经济鱼类捕捞量的10% [9]。然而，珊瑚礁生态系统十分脆弱，正面临气候变化、过度捕捞和环境污染日益加剧的压力 [10]、[11]、[12]、[13]、[14]。

汞在食物网中的生物富集和生物放大作用可进一步加剧珊瑚礁的生态脆弱性，并对依赖珊瑚礁渔业的群体构成健康风险。由于大多数珊瑚礁远离大陆输入，长期以来被视为相对原始的"背景"区域，通过大气沉积输入的汞及其在食物网中的显著生物放大作用往往被忽视或低估 [15]、[16]、[17]。因此，目前对这些生态系统中汞营养转移的研究极为匮乏，存在关键的认知空白。

来自各类生态系统的累积证据表明，基底食物来源的差异可深刻影响总汞（THg）和甲基汞（MeHg）的生物放大过程 [18]、[19]、[20]、[21]。例如，在陆地生态系统中，水稻和谷物是鸟类的高暴露途径 [22]；在沿海海洋生态系统中，以海草和沉积物为食的鱼类表现出较高的汞生物放大效应 [19]。珊瑚礁生态系统具有极高的生物多样性及多样的基底食物来源 [15]、[23]，预计将呈现出与其他生态系统根本不同的汞生物放大模式。然而，现有针对珊瑚礁食物网污染物的研究大多仅依赖氮稳定同位素（δ1?N）来确定营养级位置，严重忽视了基底能量通路的关键作用。事实上，珊瑚具有较强的汞富集能力 [17]。

作为不同的基底食物来源，珊瑚与浮游生物及藻类共同构成了珊瑚礁生态系统复杂的食物供给基础。依赖异养碳源的食物链（特征为碳稳定同位素δ13C值更负，如异养珊瑚和浮游生物）可能涉及与依赖自养碳源的食物链（特征为δ13C值更正，如自养珊瑚和藻类）不同的汞来源和甲基化过程 [24]、[25]、[26]。对珊瑚礁汞分布的过度简化可能导致对汞转移效率和放大潜力的显著误判。南海是西太平洋典型的一个半封闭边缘海，具有极高的生物多样性和重要的经济价值 [27]。位于南海中部的南沙群岛周边珊瑚礁生态系统是全球珊瑚礁资源最为丰富、生态系统最为完好的区域之一。由于远离大陆工业污染源，该区域长期以来被视为相对原始 [28]、[29]。然而，即使偏远的珊瑚礁生态系统也无法免受生态风险的威胁 [12]、[30]。作为远洋珊瑚礁，其主要受大气汞沉积影响，而非近岸地区的陆源输入 [16]、[31]，这为研究低纬度珊瑚礁系统中汞循环特征提供了理想的环境条件。

南沙群岛周边的珊瑚礁生态系统维持着高度多样化的鱼类群落和复杂的食物网，这构成了汞生物富集的基础。尽管这些珊瑚礁中的一些商业鱼类物种由于地处偏远而尚未被充分开发，但随着渔业需求的增长和近岸渔资源的枯竭，该区域不可避免地将面临更大的开发压力 [32]、[33]。南沙群岛周边海洋渔业资源的开发产生了高质量的 aquatic 产品，但同时也对该区域长期以来未作为人类食用对象而受到忽视的鱼类物种构成了潜在的生态风险。尽管已有综合研究刻画了我国沿海水域总汞和甲基汞的营养转移及其相关健康风险 [19]、[34]、[35]，但关于汞在南海珊瑚礁生态系统中迁移、转化及营养转移的研究仍极为匮乏 [17]。这导致该区域在数据和生态风险认知方面存在显著空白。

基于上述背景及识别出的知识空白，本研究设定了以下目标：(1) 利用δ1?N和δ13C值刻画南沙群岛珊瑚礁鱼类的营养结构；(2) 定量分析这些鱼类中总汞和甲基汞的分布；(3) 分析不同食性偏好对汞生物放大特征的影响；(4) 评估在该生态系统中依赖不同基底食物来源的珊瑚礁鱼类所带来的人类健康风险。阐明基底食物来源差异与汞营养转移之间的关系，是精确刻画南沙群岛周边珊瑚礁食物网中汞生物放大模式及程度的关键前提。本研究的目的是提供一个新视角，即将食物来源异质性明确纳入偏远远洋珊瑚礁系统中汞生物放大评估的考量。研究成果不仅能填补远洋珊瑚礁系统中汞生物地球化学过程的关键研究空白，还能为珊瑚礁渔业资源健康风险的准确评估和区域性消费建议的制定提供重要的科学依据。此外，该研究还可为实现《水俣公约》中关于汞的相关条款以及珊瑚礁生态系统的保护提供理论支持。

章节摘要

样品采集与前处理

样品于2023年5月和2024年5月在南沙群岛周边珊瑚礁采集（图1）。鱼类样品通过拖网获取。同时，还采集了大型藻类等初级生产者，以及浮游生物和附着于珊瑚表面的有机质（珊瑚有机质，OMC），这些物质是该生态系统中潜在的基底食物来源。共采集了41种鱼类共144个标本，57个OMC样品，21个大型藻类

δ1?N和δ13C指示的南沙群岛周边珊瑚礁鱼类的营养级与摄食习性

共对南沙群岛珊瑚礁中41种鱼类（144个标本）进行了稳定同位素测定（图2）。这些鱼类的δ1?N值范围为4.87–10.46‰（平均8.86‰ ± 1.14‰），δ13C值范围为–18.94‰至–13.27‰（平均–16.59‰ ± 1.26‰）。所有鱼类样品的δ13C值分布在相对较宽且连续的范围，未形成明显的离散簇群。珊瑚礁鱼类的营养级范围为1.80至3.44，

南沙群岛周边珊瑚礁鱼类中总汞和甲基汞的生物富集特征

南海南沙群岛周边的珊瑚礁代表西太平洋典型的远洋寡营养热带珊瑚礁生态系统，具有极高的生态价值和渔业价值 [29]。然而，远洋珊瑚礁鱼类中的汞生物富集目前尚未得到充分认知和定量评估。本研究测得南沙群岛周边珊瑚礁鱼类中总汞和甲基汞浓度范围分别为1.00 678.88 ng/g，

结论

本研究系统描述了南沙群岛远洋珊瑚礁生态系统中汞的营养转移及其相关模式。尽管该区域远离陆源污染源，主要通过大气沉积获取汞，且长期以来被视为未受污染区域，但研究结果发现该区域固有珊瑚礁鱼类中总汞和甲基汞均表现出显著的生物放大作用。其跨营养级放大因子高于中国沿海区域水域的报道值

意义声明

汞（Hg），尤其是甲基汞（MeHg），是一种优先控制的有害物质，在海洋食物网中经历生物放大作用，对人类健康构成威胁。本研究在真实环境条件下探索了一个偏远珊瑚礁生态系统（南海南沙群岛）中汞的生物放大作用。我们首次提供了定量证据，表明珊瑚有机质（OMC）来源的基底食物通路路径与珊瑚礁食物网中较高的汞水平相关。特别值得关注的是，

CRediT作者贡献声明

张雪雷：监督、项目管理。屈培：写作–审阅与编辑、监督、资源、数据管理、概念化。孙振伟：写作–初稿、方法论、数据管理、概念化。马旭利：方法论、形式分析。王宗令：监督、项目管理。郭青：方法论、形式分析。孙亚婷：方法论、形式分析。李远超：调查、形式分析、数据管理。王鹏公：方法论、形式

利益冲突声明

作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本论文所述工作。

致谢

本研究得到国家重点研发计划（项目编号：2022YFC3106300）及中国山东省自然科学基金（项目编号：ZR2022MD027和ZR2021MD014）的资助。

Zhenwei Sun|Min Pang|Chang Sun|Jilin Liang|Yuanchao Li|Penggong Wang|Qing Guo|Yating Sun|Xuli Ma|Zongling Wang|Xuelei Zhang|Pei Qu