三峽水庫蓄水運用后肌肉中汞的生物累積

三峽水庫蓄水運用后肌肉中汞的生物累積

三峽是一個著名的世紀項目。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注。有國外學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”。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指數(shù)的概念,以此為依據(jù),徐小清等預測三峽水庫蓄水運行后,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)定的安全標準,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年達到175m水位,逐漸進入高水位正常蓄水運用階段。蓄水之后關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,都是社會非常關心的問題。鑒于此,我們挑選了預測中環(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測,分析三峽水庫汞“活化”的可能風險。1材料和方法1.1常見經(jīng)濟漁類的采樣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)、達氏鲌(Culterdabryi)和團頭魴(Megalobramaamblycephala)8種常見經(jīng)濟漁類,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?shù)禺斣聺O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)進行總汞含量測定。測定的結果根據(jù)樣品含水率折算成濕重后用于結果討論。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認為差異有顯著性。2結果2.1淡水魚類總汞含量明顯低于原有預測值的標準本研究中所采集的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),遠低于世界衛(wèi)生組織規(guī)定的魚體總汞含量標準限制500μg/kg和我國水產(chǎn)品食用衛(wèi)生標準規(guī)定的總汞含量安全限制300μg/kg。將此次調(diào)查結果與三峽蓄水前徐小清等的預測值相比,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測值。其中,當時預測庫區(qū)支流中鱖和鲇可能超過國家食品安全線定標準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)進行比較,結果如表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,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,達氏鲌,鱖,鰱,鳙,團頭魴。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(p<0.01),但在達氏鲌和鯉中未發(fā)現(xiàn)汞含量與全長體重顯著相關,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果徐小清等的預測中提到北岸支流的汞活化效應指數(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的影響。預測里可能出現(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)本實驗結果,蓄水近10a后,支流中并沒有出現(xiàn)預測中的魚體高汞濃度。Zhang等的研究結果也顯示,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,無法進行比較。但根據(jù)蓄水前預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)對水體無機汞負荷的影響,基于這些參數(shù)推出了預測魚體汞含量的回歸方程。但根據(jù)近年來的研究結果,影響魚體汞含量還有甲基化反應速率,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)境遠未達到平衡,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慣。這可能使魚類的食物鏈結構短而且不穩(wěn)定,造成汞通過食物鏈的放大效率低于預期。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持續(xù)的時間有顯著差異。由于水庫運行方式的差異,導致水力停留時間、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,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。近年來有一些研究關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一步富集,并通過食物鏈最終傳遞給底棲魚類,導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)汞含量成正相關的關系,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,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?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,蓄水前預測的“汞活化效應”在支流中并沒有出現(xiàn)。本次采集中的