济宁市采煤塌陷区5种淡水鱼类肌肉组织中铅、镉含量研究及食用安全性评价

孟娟，吴广州，时兵，邓晨曦，孟丽华，史艳伟，时彦民

(山东省济宁市渔业发展和资源养护中心，山东 济宁 272000)

济宁是一座典型的煤炭资源型城市，目前济宁市的采煤塌陷地区主要分布在邹城市、微山县、兖州区、济宁高新区和曲阜市等13个县市区[1-3]。塌陷最为严重的两个区域主要分布在任城区的东南部以及兖州、邹城和曲阜三市的交界处[4-6]。塌陷后长期形成大面积积水，进入到水体中的重金属易造成渔业养殖地的污染。采煤塌陷区的水产品可能存在食用安全隐患，尤其是重金属，水产品中重金属的残留与消费者的健康息息相关[7-9]。目前，重金属的污染在中国广为关注，国内有关采煤塌陷区水体及水生植物重金属含量及污染情况的研究较多，但对于采煤塌陷区水产品中的重金属含量及污染情况研究较少。铅、镉等不可降解的环境重金属污染物可在水体中蓄积，最终通过食物链进入人体，对人体健康造成危害。为了解济宁采煤塌陷区水产品肌肉组织中铅、镉含量水平，本研究选取济宁市具有代表性的5个采煤塌陷区及1个非采煤塌陷区为采样点，通过石墨炉原子吸收法进行抽样检测，掌握济宁市采煤塌陷区5种淡水鱼类肌肉组织受铅、镉污染的基本情况，分析可能的原因，进行安全性评价，为开展采煤塌陷区水产品安全风险监测和促进采煤塌陷区的生态建设提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

铅(Pb)、镉(Cd)标准液(1 000 μg/mL)均采购于国家标准物质中心。实验过程中所用的玻璃仪器及聚四氟乙烯容器均用硝酸浸泡过夜，并反复冲洗干净[10-11]。硝酸溶液(1∶1，V/V)。

1.2 仪器与设备

MDS-6型自动变频温压双控微波消解/萃取仪(上海新仪微波化学科技有限公司)；JA3003电子天平(上海舜宇恒平科学仪器有限公司)；TAS-990AFG原子吸收分光光度计(北京普析通用仪器有限公司)；3205型食品加工机(德国博朗公司)。

1.3 实验方法

1.3.1 标准溶液的配制

取1 mL浓度为1 000 μg/mL铅、镉的标准液分别置于1 000 mL容量瓶中，分别用1% HNO3(V/V)、2% HCL(V/V)稀释至刻度，摇匀得到中间浓度1 μg/mL(1 000 ng/mL)的铅、镉标准储备液。分别移取此标准储备液配置浓度梯度为0、10.0、20.0、40.0、100.0 ng/mL的铅的标准溶液和浓度梯度为0、1.0、2.0、4.0、8.0 ng/mL的镉的标准溶液。

根据《食品中铅的测定》(GB 5009.12—2017)、《食品中镉的测定》(GB/T 5009.15—2014)测定样品中的铅、镉含量[12]。

1.3.2 样品的预处理

水产品的采样方法参照《水产品抽样方法》(SC/T 3016—2004)。水产品于2019年4～10月采自太白湖区、微山县、邹城市、曲阜市和兖州区等采煤塌陷区及梁山县的非采煤塌陷区(见图1)，种类包括草鱼(Ctenopharyngodonidella)、鲤(Cyprinuscarpio)、鲢(Hypophthalmichehysmolitrix)、鳙(Aristichthysnobilis)和鲫(Carassiusaumtus)。每种鱼各采集3条，取样标记后-18 ℃冻藏。样品用纯水洗干净，取其肌肉组织，匀浆后放入聚乙烯薄膜袋内备用。

图1 采样点分布图Fig.1 Distribution of sampling sites

1.3.3 样品分析

准确称量每个均质后的样品0.5 g于聚四氟乙烯杯中，加入5 mL硝酸溶液(1∶1，V/V)，静置一夜后，加入过氧化氢2 mL，加盖密封，放入微波消解装置中，按照微波消解工作条件，设定控制压力为400 kPa，微波消解程序为:200 W,120 s;300 W,300 s;400 W,480 s进行消解。消解结束，待冷却后取出消解罐，置于红外于燥箱内蒸发至近干，移至50 mL容量瓶中，用少量水洗涤消解罐数次，用双重蒸馏水将消化液定容至50 mL。同时做空白对照。样品经微波消解后用石墨炉原子吸收光度法测定Pb、Cd的浓度，Pb、Cd的测定波长分别为283.3 nm、228.8 nm，灯电流均为3 mA，光谱通带宽度为0.5 nm，塞曼背景校正，石墨炉程序升温测定。

1.4 重金属含量评价标准

根据《食品安全国家标准 食品中污染物限量》(GB 2762—2017)来评价水产品中重金属污染程度，衡量水产品的食用安全性。其中鱼类中Pb的限量标准为0.5 mg/kg，Cd的限量标准为0.1 mg/kg。

1.5 食用安全性评价

以所检测的5种水产品肌肉组织重金属平均含量(mg/kg)乘以《中国居民膳食指南2016》中给出的中国居民人均每周水产品摄入量0.525 kg，计算出居民每周实际摄入重金属量(mg)，并与世界卫生组织和联合国粮农组织食品添加剂联合专家委员会(Joint Expert Committee for Food Additives，JECFA)制定的暂定每周可耐受摄入量(provisional tolerable weekly intake,PTWI)标准进行对比，评价济宁市采煤塌陷区水产品的食用安全性，食品添加剂联合专家委员会制定的污染物每周可耐受量中Pb的PTWI值为0.002 5 mg/kg，Cd的PTWI值为0.007 mg/kg。

2 结果与分析

2.1 鱼肉样品中铅、镉含量

2019年4～10月共取3组样品，样品取自太白湖区、微山县、兖州区、邹城市及曲阜市的采煤塌陷区，另取梁山县非采煤塌陷区的鱼样进行比较。每次取样地点相同，每组90个样品，一共270个样品，测定每组重金属含量后，取其平均值。通过检测并计算鱼肉样品中Pb和Cd的含量均未超标。数据如图2和图3。

图2 样品鱼中铅含量柱形图Fig.2 Column diagram for plumbum content in fish samples

图3 样品鱼中镉的含量柱形图Fig.3 Column diagram for cadmium content in fish samples

从图2可以看出，除曲阜市外，其他采煤塌陷区相对于非采煤塌陷区的梁山县来说重金属Pb的含量普遍偏高，分析原因可能是曲阜市采煤塌陷区的养殖鱼塘时间相比于其他塌陷区形成时间长，经过长期的治理，重金属的含量相对较少。曲阜市草鱼、鲤及梁山县鲤、鲫中均未检测出Pb，邹城市的鱼肉样品中Pb的含量相比于其他地区较高，根据刘敬龙等[13]对济宁采煤塌陷区现状分析来看，邹城市采煤塌陷区占济宁市总塌陷面积的31.42%，其塌陷面积为全市最大，相对其他采煤塌陷地来说污染更为严重。

由图3可以看出，梁山县5种鱼类中Cd均为未检出，其他5个地区的鱼类样品中均检出不同含量的Cd。进一步说明了采煤塌陷区与非采煤塌陷区相比重金属污染更为严重。其中太白湖区和邹城市的草鱼检测出少量的Cd，而其他地区均未检出，5个采煤塌陷区的鳙肌肉组织中均检出Cd。结合图2可以看出，草食性的草鱼中Pb的含量也相对较少，杂食性的鲫、滤食性的鲢、鳙的肌肉组织中Pb、Cd含量相对较多。分析原因可能与鱼类的食性有关，相对于草食性鱼类来说，杂食性和滤食性鱼类的重金属含量更高，说明重金属在食物链中随营养级的升高而增加(杂食性、滤食性>草食性)[14-15]。除梁山县非采煤塌陷区外，所取水产品肌肉组织中重金属含量高低的趋势是：Pb>Cd，说明在水生动物组织或器官内对重金属元素的积累有选择性。

2.2 重金属污染评价

当污染指数Pi<0.2时判定为正常值，表示未受污染；当污染指数为0.21.0时则判定为重污染水平。根据以上方法计算得出鱼类样品中的Pb和Cd的污染指数如表1和表2所示。

表1 鱼类中Pb污染指数(Pi值)Tab.1 Pollution index of Pb in fish (Pi value)

表2 鱼类中Cd污染指数(Pi值)Tab.2 Pollution index of Cd in fish (Pi value)

由表3可以看出，样品中重金属Pb轻污染的占60%，中污染占12%，其他污染指数在正常值内，均未受到污染。其中轻污染鱼类主要分布在太白湖区、微山县及兖州区内。只有邹城市存在中度污染鱼样，应引起重视。曲阜市和梁山县的鱼样污染指数均在正常值内，表示未受到污染。

表3 各地区Pb污染评价Tab.3 Contamination assessment of plumbum in different regions

从表4可以看出，虽然鱼肉样品中Cd的含量各有不同，但是均在正常值的范围内，显示各地区的鱼均未受到污染。对比表3与表4发现在鱼肉样品中Pb比Cd的污染程度高。分析原因可能与生物的摄食行为、解毒机制及代谢机理和金属的物理化学形态对金属的生物蓄积特性有关[17-18]。所以在鱼类肌肉组织中Pb污染比Cd污染更严重。

表4 各地区Cd污染评价Tab.4 Contamination assessment of cadmium in different regions

2.3 食用安全性评价

参考《中国居民膳食指南(2016)》，以中国居民人均每周水产品摄入量0.525 kg计，进一步对济宁市采煤塌陷区居民每周人均实际重金属摄入量及占PTWI百分比进行分析，结果如表5所示。

表5 每周人均实际重金属摄入量Tab.5 Actual weekly per capita intake of heavy metals from aquatic products

由表5可知，济宁市采煤塌陷地区居民人均重金属摄入量均未超过PTWI，其中Cd的人均摄入量占PTWI比例较小，低于5%；Pb人均摄入量占PTWI比例超过40%，长期食用可能存在潜在安全风险。此结果仅以《中国居民膳食指南(2016)》提供的数据为参考，实际情况有待进一步调查和研究。

3 讨论

由于鱼类重金属含量取决于水和沉积物的浓度，水体底层的鱼类重金属的含量相对高于生活在中层、上层的鱼类[19-20]。不同种类的鱼代谢水平也会有所差别，对同一种重金属的富集和吸收能力也存在显著差异。水体中重金属元素的超标再经过生物作用的放大、富集和转移，将在后期对人体产生危害性。

济宁市采煤塌陷区鱼类肌肉组织中铅、镉含量明显高于非采煤塌陷区鱼类，说明采煤塌陷区与非采煤塌陷区相比重金属污染更为严重，重金属的富集与鱼类的食性有关，采煤塌陷区的重金属含量可能与煤矿形成时间和煤矿数量有关。淡水鱼类对重金属有较强的吸收积累能力，能够在体内积累重金属，亦可反映环境的重金属水平，而且可以在一定含量范围内作为吸收重金属的载体。

国际食品法典委员会(CAC)及欧盟(EU)与中国对鱼类中的重金属限量标准存在差异。Pb在中国的限量标准为鱼类中0.5 mg/kg，而EU、CAC的限量标准为0.3 mg/kg[21]。

4 结论

本实验研究了济宁采煤塌陷区不同鱼类中重金属Pb、Cd的含量，通过微波消解萃取仪对鱼样进行消解，再通过原子吸收分光光度计得出鱼肉样品Pb、Cd的浓度，分析比较了采煤塌陷区与非采煤塌陷区鱼类重金属含量的差异性，表明因鱼类食性不同而存在差异(杂食性、滤食性>草食性)，鱼体不同部位对Pb和Cd富集存在差异。分析表明济宁大部分采煤塌陷区中所检测的鱼样中Pb和Cd的含量均大于非采煤塌陷区，采煤塌陷区的重金属含量可能与煤矿形成时间和煤矿数量有关。根据《食品安全国家标准 食品中污染物限量》(GB 2762—2017)所测样品Pb、Cd的含量均小于其限量值(Pb的限量值为0.5 mg/kg，Cd的限量值为0.1 mg/kg)。虽然所测样品Pb、Cd含量均未超过GB 2762—2017的要求，但是根据对其进行重金属污染评价来看，采煤塌陷区的鱼样仍存在污染，长期食用可能存在潜在安全风险，其危害程度需结合不同人群水产品消费量调查、剂量-反应关系等做进一步研究。考虑到重金属在水产品中具有蓄积性，建议有关部门及时对采煤塌陷区的水源和水产品中重金属跟踪检测，动态掌握重金属的污染水平及变化趋势，及时采取控制措施，避免高污染水产品的流通及销售，积极开展水产品食用安全性的科普宣传教育，降低重金属对人体健康危害的风险。