2019, Vol. 31 
(2: 水产高效健康生产湖南省协同创新中心, 常德 415000)
(2: Collaborative Innovation Center for Efficient and Health Production of Fisheries in Hunan Province, Changde 415000, P.R.China)
湘江发源于广西东北部的海洋山西麓，是洞庭湖水系中最大的河流，也是湖南人民赖以生存和发展的重要基础[1].湘江流域重金属产业历史悠久，分布有郴州三十六湾、衡阳水口山、株洲清水塘、湘潭竹埠港、长沙坪塘及岳阳汨罗循环经济工业园等重点工业区，这些工业园区排污是湘江干流重金属污染的主要来源[2].近年来，湘江流域重金属污染问题受到政府和社会的广泛和持续关注[3-5].
湘江流域生境复杂多样，软体动物资源十分丰富，有腹足纲38种，双壳纲34种，铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)作为优势物种分布极其广泛，几乎遍布整个湘江水域[6-7].铜锈环棱螺为腹足纲淡水软体动物，主要以水生植物嫩茎叶、有机碎屑为食，是典型的刮食者[8]，既可以作为鱼类的天然饵料，也可以供人类食用，是人们喜欢的食物——嗦螺的主要原料来源[9].研究表明，铜锈环棱螺具有较强的重金属富集能力[10]，被认为是理想的重金属污染生物指示物之一[11].富集到铜锈环棱螺体内的重金属可以沿食物链迁移和累积，人们食用受污染的嗦螺则可能会带来潜在的膳食风险[12].研究显示，东洞庭湖方形环棱螺(Bellamya quadrata)体内重金属含量均低于国家《无公害食品水产品中有毒有害物质限量》(NY5073 -2006)标准和人体消费标准[13].此外，长江下游和汉江下游流域及太湖铜锈环棱螺体内重金属的富集量及其潜在健康风险已有详细报道[14-17]，但有关湘江流域铜锈环棱螺健康风险的评价尚未见报道.
本研究在分析湘江湖南段6个城市江段17个断面铜锈环棱螺腹足和内脏团的重金属富集量，比较不同城市河段铜锈环棱螺受污染程度的基础上，通过计算每周/每月摄入量和目标危害系数(THQ、TTHQ)，参照FAO/WHO食品添加剂联合专家委员会(JECFA)提出的暂定每周/每月耐受摄入量(PTWI)，对湘江铜锈环棱螺的膳食风险进行评估，旨在为湘江流域居民铜锈环棱螺的消费安全提供参考.
1 研究区域概况湘江是长江七大支流之一，干流全长856 km，其中湖南境内长670 km，流域面积94660 km2，沿途由南向北流经湖南18个县市区汇入洞庭湖，是湖南省工业生产、农业灌溉和居民生活的主要水源[4].湖南境内湘江流域面积占全省总面积的40 %，人口约占全省人口的60 %，是湖南省工业化水平最高、城市化发展最快的区域，也是湖南经济社会发展的重要命脉[18].湘江流域号称“有色金属之乡”，在有色金属矿产资源的开发利用过程中，为湘江流域生态环境打下了重金属复合污染的深远烙印.此外，湖南省冶金、化工、建材、轻工、食品加工、机械等行业大多分布在湘江流域，特别在衡阳、株洲、湘潭3个主要工业城市尤为集中.湘江流域处于亚热带季风气候，年均温度17~18℃，年均降雨量1000~1700 mm，其中60 % ~70 %的降雨集中在4 -9月[4,19].
2 材料与方法 2.1 样品采集样品采集于2015年12月.沿湘江干流主要城市：永州(S1、S2、S3)、衡阳(S4、S5、S6)；株洲(S7、S8、S9)；湘潭(S10、S11、S12)、长沙(S13、S14、S15)和岳阳(S16、S17)共设置17个采样断面，其中除岳阳仅设置湘阴城区和湘阴下游断面外，其他各城市均分设城市上游、城区和下游3个断面(图 1).每个采样断面随机选择5个铜锈环棱螺放入带有少量河水的冰盒中.活体带回实验室，放入超纯水中暂养24 h，使螺排空胃肠内容物后，用毛刷清洗干净保存于-20℃冰箱中冻存备用.
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图 1 湘江采样断面设置 Fig.1 Sampling sites in the Xiangjiang River |
测量样品的壳高、壳宽和湿重后，将其解剖，分离腹足和内脏团，再分别称取壳重、腹足重、内脏团重.准确称量0.25 g腹足和0.50 g内脏团分别放入聚四氟乙烯烧杯(100 ml，江苏多氟龙防腐技术有限公司)中，加入12 ml浓硝酸，置于微控数显电热板(EH45A Plus，北京莱伯泰科仪器股份有限公司)上95℃恒温加热2 h，冷却至室温后，再加入4 ml 30 %过氧化氢溶液加热30 min，冷却后用超纯水定容至50 ml，摇匀，待测.重金属As、Cd、Pb、Cu、Zn、Cr的测定采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS，7900，安捷伦，美国)进行.
实验室所用聚四氟乙烯烧杯、容量瓶、烧杯、玻璃棒、移液管等均用20 %硝酸溶液浸泡24 h以上，用水反复冲洗，置于超声波清洗仪清洗，最后用去离子水冲洗干净，以去除容器壁上的可溶性重金属离子.样品检测采用严格的质量控制，包括全程使用空白样品消除试剂和溶解的影响和采用标准物质(鲍鱼GBW-10024，购买于国家标准物质中心)来验证数据的精确性和准确性.标准物质的回收率范围为91 % ~105 % [11].
2.3 评价方法及标准 2.3.1 污染程度评价铜锈环棱螺的重金属污染程度运用单因子污染指数法进行评价，公式为：
| $ {P_i} = {C_i}/{C_{{\rm{s}}i}} $ | (1) |
式中，Pi为单因子污染指数；Ci为第i种污染物的实测值；Csi为第i种污染物的标准值.污染指数Pi < 0.2时为未污染水平；0.2 ≤Pi≤ 0.6时为轻污染水平；0.6 < Pi < 1.0时为中度污染水平；Pi ≥ 1.0时为重污染水平.标准值采用《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762 -2017)[20]中As、Cd、Pb、Cr的限量值(分别为0.5、2.0、1.0、2.0 mg/kg)，以及《无公害食品水产品中有毒有害物质限量》(NY 5073 -2006)[21]中Cu的限量值(50 mg/kg). Zn标准值目前国家尚无相关规定.
2.3.2 膳食风险评估因腹足是嗦螺的主要食用部分，因此本研究中膳食风险评估仅针对腹足部分.通过计算成人每周/每月摄入量值与JECFA提出的各类重金属的PTWI值作比较，综合评定食用环棱螺的膳食风险.计算方法为：
| $ DI = C \cdot M/BW \cdot N $ | (2) |
式中，DI为每周/每月摄入量；C为重金属元素的富集量，mg/kg；M为每人每天摄食环棱螺的量，g/d；BW为人的体重；N为摄食天数.参考2002年总膳食调查和文献资料，消费人群为成年人，其体重取值为60 kg，环棱螺的日消费量取20 g，元素的富集量分别取其算术平均值和最高富集量，其中Cd为每月摄入量与PTWI值作比较，As、Cu、Zn为每周摄入量与PTWI值作比较.
健康风险评估方法通常基于目标危害系数(THQ)，THQ根据美国环境保护局建立的方法测定，可用于同时评价单一重金属的健康风险(THQ)和多种重金属复合暴露的健康风险(TTHQ). THQ < 1表示没有任何风险，反之，摄食人群将面临健康风险. THQ、TTHQ 计算参考高蜜等[22]对海产品的健康风险分析方法，公式为：
| $ THQ = \left( {C \cdot FIR \cdot EF \cdot ED} \right)/(RfDo \cdot BW \cdot AT) $ | (3) |
| $ TTHQ = \sum\limits_{i = 0}^n {THQi} $ | (4) |
式中，C为铜锈环棱螺重金属富集量，mg/kg；FIR为食量大小(20 g/d)；EF为人群暴露频率(365 d/a)；ED为暴露时间(70年)；RfDo为参考暴露剂量，As、Cd、Pb、Cu、Zn、Cr的参考暴露剂量分别为0.3、1、3.5、40、300、3.0 μg/(kg·d)[23]；BW为体重(60 kg)；AT为暴露量分摊时间：365 d ×暴露年数(70年).
2.4 数据统计与分析数据分别采用Excel 2013和SPSS 21.0软件进行统计和分析，并以平均值±标准误表示.不同江段间腹足或内脏团之间以及同一江段腹足与内脏团之间重金属富集量差异采用单因素方差分析(One-Way ANOVA)，差异显著时(P < 0.05)采用Duncan法进行多重比较.采用相关分析评价腹足或内脏团湿重对其重金属富集量的影响.
3 结果与讨论 3.1 铜锈环棱螺形态参数在测定的铜锈环棱螺6个形态参数中，永州采集的样品均显著低于株洲、湘潭、长沙和岳阳样品，且其壳宽、腹足湿重和内脏团湿重也显著低于衡阳样品(P < 0.05)，但其壳高、螺湿重和空壳重与衡阳样品之间没有显著差异(P>0.05)(表 1).相关性分析表明，除腹足湿重分别与其Cu和As富集量存在弱相关性外(P = 0.02~0.03)，腹足或内脏团湿重与其重金属富集量之间均不存在显著的相关性(P>0.05)，说明个体大小对铜锈环棱螺腹足和内脏团重金属富集量不存在显著影响.
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表 1 湘江铜锈环棱螺形态参数* Tab. 1 Morphological parameters of Bellamya aeruginosa in the Xiangjiang River |
铜锈环棱螺腹足重金属As、Cd、Pb、Cu和Zn富集量范围分别为0.51~1.66、0.06~6.03、0.32~2.27、6.46~30.72和48.81~96.08 mg/kg；Cr在所有样品腹足中均未检出.此外，Pb在永州上、中、下游3个断面腹足样品中也均未检出.所有江段，腹足的As富集量均超过污染物限定标准；株洲江段腹足的Cd和岳阳江段腹足的Pb富集量均超过相应的污染物限定标准.所有江段腹足的Cu富集量均未超过污染物限定标准(图 2).
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图 2 湘江铜锈环棱螺腹足和内脏团的重金属富集量(虚线表示国家食品中重金属限量标准；不同小写或大写字母分别表示不同江段腹足或内脏团重金属富集量差异显著；*表示同一江段腹足和内脏团重金属富集量差异显著(P < 0.05)) Fig.2 Heavy metals bioaccumulation in foot and visceral mass of Bellamya aeruginosa in the Xiangjiang River (The dashed line indicates National Food Safety Standard maximum levels of contaminants in foods; Different lower-or upper-case letters indicate significant differences between cities for foot or visceral mass; * indicates significant differences between foot and visceral mas for each city(P < 0.05)) |
铜锈环棱螺内脏团重金属As、Cd、Pb、Cu、Zn和Cr富集量分别为1.01~38.04、1.42~4.85、0.38~7.25、21.87~58.36、145.22~202.43和0.05~2.15 mg/kg.所有江段内脏团的As富集量均超过相应的污染物限定标准；除长沙外，其他江段内脏团的Cd富集量均超过相应的污染物限定标准；除长沙和永州江段外，其他江段内脏团的Pb富集量均超过相应的污染物限定标准；长沙和岳阳江段内脏团的Cu富集量及衡阳江段内脏团的Cr富集量均超出相应的限定标准(图 2).
所有江段铜锈环棱螺腹足和内脏团的As富集量均超过相应的限定标准，其中衡阳江段显著高于其他江段(P < 0.05).衡阳和株洲江段内脏团的Cd、Pb、Cr富集量均显著高于其他江段(P < 0.05)，长沙江段内脏团的Cu和Zn富集量及岳阳江段的Cu富集量也分别显著高于其他江段(P < 0.05).研究结果显示，东洞庭湖方形环棱螺软组织(腹足+内脏团)As、Cd、Pb和Hg的平均富集量分别为0.34、0.09、0.12和0.01 mg/kg，均低于国家《无公害食品水产品中有毒有害物质限量》(NY5073 -2006)标准和人体消费标准[13].因此，本研究再次证实湘江铜锈环棱螺腹足或内脏团的As、Cd和Pb的富集量总体上均高于东洞庭湖方形环棱螺[11].湘江铜锈环棱螺腹足(可食部分)的As、Cd、Pb、Cu、Zn和Cr富集量均低于其支流浏阳河的方格短沟蜷(Semisulcospira cancellata)和河蚬(Corbicula fluminea)，As、Cu、Zn和Cr富集量也低于浏阳河中华沼螺(Parafossarulus eximius)、福寿螺(Pomacea canaliculata)和背角无齿蚌(Anodonta woodiana).此外，湘江铜锈环棱螺腹足6种金属的富集量低于汉江而高于长江(Cu和Cr除外).与太湖铜锈环棱螺相比，湘江铜锈环棱螺的Cd富集量较高(表 2).
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表 2 不同水域软体动物重金属平均富集量(mg/kg，湿重) Tab. 2 Heavy metals bioaccumulation (mg/kg, wet weight)in different mollusks from different water areas |
所有江段铜锈环棱螺内脏团的Cu、Zn和Cr富集量均显著高于腹足(P < 0.05, 图 2).除永州外，其他江段铜锈环棱螺内脏团的As富集量均显著高于腹足，永州、衡阳、长沙和岳阳铜锈环棱螺内脏团的Cd富集量显著高于腹足，永州、衡阳、湘潭和株洲江段内脏团的Pb富集量显著高于腹足(P < 0.05, 图 2).研究表明，金属积累速率和金属储存具有组织特异性，中肠腺或肝胰腺通常是腹足动物体内积累金属的主要器官[25]，本研究结果进一步证实内脏团是湘江铜锈环棱螺的主要富集部位[11].
3.3 重金属污染程度评价铜锈环棱螺腹足As、Cd、Pb和Cu的超标率分别为87.06 %、27.06 %、24.72 %和2.35 %，其他元素均未超标.依据单因子污染指数法评价，85.88 %样品的As富集量处于重污染水平，其他处于中度污染水平. 27.26 %样品的Cd富集量处于重污染水平，30.59 %处于中度污染水平，20 %处于轻度污染水平. 4.72 %样品的Pb富集量处于重污染水平，22.35 %处于中度污染水平，25.88 %处于轻度污染水平. 2.35 %样品的Cu富集量处于重污染水平，2.35 %处于中度污染水平，48.78 %处于轻度污染水平，其他样品处于未污染水平(图 3).
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图 3 湘江铜锈环棱螺的重金属污染指数 Fig.3 Heavy metal pollution index of Bellamya aeruginosa in the Xiangjiang River |
铜锈环棱螺内脏团的As、Cd、Pb、Cu、Cr超标率分别为100 %、71.76 %、65.88 %、14.12 %和75.8 %.所有样品的As富集量均处于重污染水平. 71.76 %样品的Cd富集量处于重污染水平，8.23 %处于中度污染水平，20 %处于轻度污染水平. 56 %样品的Pb富集量处于重污染水平，7.06 %处于中度污染水平，12.94 %处于轻度污染水平. 15.29 %样品的Cu富集量处于重污染水平，22.35 %处于中度污染水平，57.65 %处于轻度污染水平，其他处于未污染水平. 23.33 %样品的Cr富集量处于重污染水平，20 %处于中度污染水平，33.87 %处于轻度污染水平(图 3).
所有江段铜锈环棱螺腹足和内脏团均受到一定程度的重金属污染，As 污染水平最重，其次是Cd 和 Pb. 衡阳、株洲和湘潭江段样品受 As、Cd、Pb、Cr 污染最为严重，而长沙、岳阳样品受 Cu 污染最为严重，这可能与各个地市工业产业类型和布局不同有关. 已有的研究显示，长江下游铜锈环棱螺存在 Cr 和 Pb 污染[14]，太湖铜锈环棱螺存在 Cd 污染[17]，而湘江铜锈环棱螺 As、Cd、Pb、Cu、Cr 均存在一定程度的污染，这表明湘江铜锈环棱螺重金属污染的种类较长江和太湖多，同时也进一步证实湘江处于复合重金属污染状态[11, 26-27].
3.4 膳食风险评估As是一种具有蓄积性毒性的重金属元素，近年来食品中As污染事件频发，对人体健康造成严重威胁[28]. Cd是一种生物蓄积性很强的有毒金属元素，生物半衰期较长，对生物毒性极强[29]，对人体免疫、泌尿、骨骼、神经等系统易造成损伤，甚至会产生致癌效应[30]. Cr是人体必需的微量元素之一，摄入过多的Cr会通过消化道、呼吸道系统最终积累在肝脏、肾脏等器官，对人类健康造成危害[31]，但本研究中所有江段铜锈环棱螺腹足中均未检测到Cr.将成人对湘江铜锈环棱螺重金属的每周摄入量与参考值PTWI进行比较，株洲成人每月Cd摄入量均值已超过参考值(0.025 mg/kg)，且其最大值更是参考值的3.44倍，永州、湘潭地区的成人每月Cd摄入量的最大值也超过相应的参考值，而所有江段成人食用铜锈环棱螺的As、Cu、Zn每周摄入量均值和最高值都低于各参考值(表 3). JECFA未确定可有效保护健康的Pb暴露量阈值，但人体摄入过量的Pb会引起中枢神经系统损伤、贫血等疾病[32]，建议尽可能降低Pb的暴露.
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表 3 成人对湘江铜锈环棱螺重金属的每周/每月摄入量(mg/kg) Tab. 3 Adult weekly/monthly intake of heavy metals from Bellamya aeruginosa along the Xiangjiang River |
对于单一重金属Cd、Pb、Cu、Zn的目标危害系数，摄入湘江铜锈环棱螺的THQ值均远小于1(表 4)，表明上述单一重金属的摄入均低于参考值.但对于As来说，衡阳江段成人食用铜锈环棱螺后的THQ大于1，且其他江段THQ值都接近于1，表明湘江As摄入量存在较大的潜在健康风险.比较6个江段混合重金属潜在风险顺序为：衡阳>岳阳>株洲>湘潭>永州>长沙.除长沙江段的TTHQ值略低于1外，其他河段均大于1，表明除长沙河段外，其他各江段的成人食用当地铜锈环棱螺后均存在健康风险，且衡阳江段最为严重.
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表 4 居民食用湘江铜锈环棱螺的目标危害系数 Tab. 4 Target hazard quotients for resident's consumption of Bellamya aeruginosa along the Xiangjiang River |
湘江湖南段6个城市江段铜锈环棱螺均受到一定程度的污染，其中衡阳、湘潭和株洲江段较为严重，且各江段铜锈环棱螺内脏团重金属富集量整体上均高于腹足，当地居民长期食用后存在潜在的健康风险，因此建议相关部门制定湘江铜锈环棱螺摄入标准，控制食用量和食用频率，引导居民减少污染物的摄入风险.此外，鉴于湘江铜锈环棱螺具有分布广、移动能力较弱、重金属富集能力强、容易采集和鉴定等环境指示物种的典型特征，故可进一步探索其作为环境指示物种在湘江重金属污染现状监测和综合治理效果评价项目中的功能和应用.
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