环境科学  2014, Vol. 35 Issue (8): 3175-3182   PDF    
多溴联苯醚在市场鲫鱼体内分布和食鱼暴露量
王俊霞1, 王春艳2, 刘莉莉1, 周啸宇1, 刘洋成1, 林匡飞1     
1. 华东理工大学资源与环境工程学院, 国家环境保护化工过程环境风险评价与控制重点实验室, 上海 200237;
2. 德阳市环境监测中心站, 德阳 618000
摘要:利用气质联用仪(GC-NCI-MS)方法定量分析了台州路桥区河流野生鲫鱼肌肉、 菜市场养殖鲫鱼肌肉、 肝脏、 脑、 心脏和卵组织中多溴联苯醚(polybrominated diphenyl ethers, PBDEs)的含量及分布特征,并且评估了当地人通过食鱼的PBDEs暴露量. 结果表明,电子垃圾拆解点附近河流鲫鱼肌肉中PBDEs含量显著高于没有明显PBDEs污染源的菜场养殖鲫鱼;PBDEs在养殖鲫鱼组织中分布不均,心脏组织中∑PBDEs含量最高,均值为18.82 ng·g-1(湿重),卵组织中最低,均值为1.97 ng·g-1. 菜场养殖鲫鱼各组织中PBDEs同系物分布模式相似,BDE-47是最主要同系物,比例均值大于50%,其次是BDE-183(约20%),再次BDE-99和-153;河鱼肌肉组织中PBDEs同系物与养殖鲫鱼不尽相同,河鱼肌肉组织中主要同系物是BDE-47、 -153和-99. 这些结果可能暗示了来自上游的简单电子垃圾拆解行为是河流鲫鱼中较高PBDEs含量的一个污染来源. 台州居民通过食用河流鲫鱼途径的PBDEs日均暴露量约为29.0 ng,稍微高于其他地区.
关键词电子垃圾     多溴联苯醚     鲫鱼     组织分布     摄食暴露量    
Distribution of Polybrominated Diphenyl Ethers in Wild Crucian Carp and Exposure Estimation of Dietary Intake
WANG Jun-xia1, WANG Chun-yan2, LIU Li-li1, ZHOU Xiao-yu1, LIU Yang-cheng1, LIN Kuang-fei1     
1. State Environmental Protection Key Laboratory of Environmental Risk Assessment and Control on Chemical Process, School of Resources and Environmental Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China;
2. The Deyang Central Station of Environment Monitoring, Deyang 618000, China
Abstract: The concentration and distribution of PBDEs in liver, heart, brain, egg and muscle tissues of market farmed fish and wild river fish (crucian carp) from Taizhou, which is a large e-waste recycling site in China, were quantitatively measured using gas chromatography -negative chemical ion tandem mass spectrometry (GC-NCI-MS). The dietary intake of PBDEs via the consumption of fish by the population of this region was also estimated. The results showed that the concentrations of PBDEs in the muscle of river fish samples near the e-waste recycling site were significantly higher than those in the market farmed fish without obviously polluted sources of PBDEs. The distribution of PBDEs in various tissues was not even, and the highest and lowest mean concentrations of total PBDEs (∑PBDEs) were 18.82 ng·g-1 and 1.97 ng·g-1 (wet weight), in heart and egg tissues, respectively. A similar PBDE congener profiles in different tissues of farmed fish were found. Among PBDE congeners, BDE-47 was predominant in various tissues accounting for above 50% of the total PBDEs, and followed by BDE-183 (about 20%), BDE-99 and BDE-153. While different profiles of PBDEs in muscle tissues between wild fish in river and market farmed fish were observed, that BDE-47, -153 and -99 were dominant for the former type. These facts suggested primitive e-waste recycling behavior to be a pollution source of high levels of PBDEs in wild fish. The average estimated daily intake of PBDEs via river fish consumption by local residents near the e-waste recycling site in Taizhou was approximately 29.0 ng, slightly higher than that in other regions.
Key words: electronic waste     polybrominated diphenyl ethers(PBDEs)     crucian carp     distribution of tissues     dietary intake    

多溴联苯醚(polybrominated diphenyl ethers,PBDEs)是一类具有持久性有机污染物性质的溴代阻燃剂,广泛应用于纺织、 室内装饰和电子电器等产品中. 常见的工业品有五溴联苯醚(Penta-BDEs)、 八溴联苯醚(Octa-BDEs)和十溴联苯醚(Deca-BDEs). PBDEs性质稳定,脂溶性强,可以在各种生物体中富集[1],并随食物链逐渐放大[2],由于PBDEs有肝毒性、 细胞毒性和内分泌干扰性[3, 4],这种生物放大对高等动物,尤其是人体健康带来巨大的潜在风险[5]. PBDEs可以在鱼类的脂肪组织中富集,在许多鱼类的肝脏、 肌肉组织中存在[6, 7],在各种海洋和淡水鱼类全鱼中均可检测到PBDEs[8, 9]. 目前,国内外对PBDEs在鱼体分布研究报道较多,但大多数的研究集中于实验室暴毒后鱼体PBDEs组织分布,以及鱼类肝脏组织中各种酶水平、 分子水平的变化趋势[10, 11, 12]. 对自然环境鱼体PBDEs组织分布研究较少,仅有珠江三角洲桂花鱼[13]和白洋淀草鱼[14]. 鱼类被认为是饮食暴露PBDEs的主要贡献者,占食品摄入PBDEs总量的近一半[15, 16]. 从人体健康的角度看,在可食用组织中PBDEs富集量需被关注. 此外,鱼体中PBDEs富集在某种程度上也反映了当地水环境的污染状况.

环境中PBDEs主要来源于生产制造PBDEs的泄漏和含PBDEs的产品处理、 处置过程中的释放[17]. 另外,电子垃圾的不当处置也将造成严重的PBDEs污染[18]. 我国是电子垃圾拆解的主要地区之一,发达国家产生的电子垃圾约70%输送到中国,浙江台州因其特殊的地理位置,已成为我国电子垃圾拆解集散地之一. 早在20世纪70年代末,已有人在台州市峰江镇沿河附近以简单的粉碎、 酸洗和焚烧等方式从事电子垃圾拆解. 已报道了浙江台州电子垃圾回收地附近水体、 沉积物、 土壤和大气环境、 生物和人体中较高浓度的PBDEs污染[19, 20, 21, 22, 23]. 但对于淡水鱼类中PBDEs的组织分布研究较少. 鲤鱼属鲫鱼科在中国江、 河、 湖泊中分布广泛,虽然鱼虾类仅占浙江居民饮食消费的10%左右[24]; 鲫鱼在台州大、 小河流全年均有分布,野生鲫鱼生长速度缓慢,因此鲫鱼体内PBDEs能反映水环境较长时期的污染状况. 另外,鲫鱼是浙江省城乡居民常食用的淡水鱼类,污染可能会引起当地居民经食鱼而发生PBDEs暴露风险.

本研究选择中国东南部电子废弃物拆解区台州路桥区野生鲫鱼为对象,初步分析了PBDEs在不同组织中的含量和分布,评估其居民食鱼暴露量,探讨PBDEs的可能来源. 1 材料与方法 1.1 样品采集和处理

台州峰江镇东琯河附近分布着大大小小的电子垃圾拆解户,大量电子垃圾被简单地拆解和酸洗,污水流向附近河沟,无法回收部分被露天焚烧,焚烧后的残渣被倾倒在附近的河里,河流中鱼类通过呼吸和摄食富集污染物. 秋末冬初,鲫鱼胚卵开始发育,鲫鱼为了储存充足的养分越冬,需要四处觅食,易于捕捞. 2009年11月选择台州市峰江镇一个电子废弃物拆解地周围河流中电击到12尾野生鲫鱼(Carassius cuvieri)和泽国镇大型菜市场购买28尾淡水养殖鲫鱼,养殖地位于仙居县(生态环境较好)(如图 1),12尾河鱼体长体重较小,全为雌鱼,28尾菜市场鱼体重和体长范围分别为120.0~205.5 g和7.5~12.4 cm,26尾为雌鱼,2尾雄鱼,运回实验室前处理. 菜市场购买的鲫鱼在冰盘中活体解剖取肝脏、 心脏、 脑、 肌肉和卵组织,纸巾擦干后称重. 河流网捕的鲫鱼因体长、 体重较小,只取可食肌肉分析. 将各个组织用玻璃研钵均浆均匀,各个组织中PBDEs的处理方法依据鸟类PBDEs提取方法的报道稍微修改[25]. 称取1 g左右均匀的组织样品,加入替代回收率标13 C-PCB141 20 ng,用30 mL正己烷-丙酮(体积比1 ∶1)的混合液微波辅助萃取110℃ 保持30 min,萃取液浓缩,正己烷转换溶剂定容到10 mL,取1 mL于60℃ 水浴2 h,冷却至室温,微量天平(精密度为±0.001 mg)称重直至恒重,测定不同组织的脂肪含量,其余9 mL用浓硫酸除脂肪,直至上层有机相无色透明,转移有机层,浓缩到约1 mL,过复合硅胶氧化铝小柱,用15 mL二氯甲烷-正己烷(体积比1 ∶1)的混合溶剂淋洗,收集洗脱液之后氮吹尽干,加进样内标13 C-PCB208,定容到50 μL,GC-MS待测.

图 1 台州市路桥区河流鲫鱼和菜市场鲫鱼来源 Fig. 1 Map of the location of river fish and market fish in Luqiao,Taizhou

1.2 仪器分析

PBDEs分析:使用安捷伦气质联用仪(GC-NCI-MS),选择离子监测模式(SIM)检测,1 μL不分流进样,进样口温度280℃,采用色谱柱DB-5ms(30 m× 250 μm× 0. 25 μm,J&W Scientific)分离PBDEs(BDE-47、 -99、 -100、 -153、 -154、 -183),本实验室缺少分析BDE-209需要的短柱,未对BDE-209进行分析. 升温程序为:110℃ 下保留1 min,然后以30℃ ·min -1的速率升至240℃ 保留2 min,以3℃ ·min-1的速率升至310℃ 保留 5 min. 载气为高纯氩气,反应气为甲烷,柱流速为1.0 mL ·min-1,离子源温度150℃,界面温度280℃. 选择离子为79和81. 1.3 质量控制和质量保证

每批次运行一个方法空白、 加标空白控制整个试验过程中可能引入的环境污染,用基质加标和基质加标平行控制方法的可行性和重现性. 利用内标13 C-PCB208校正因子消除仪器不稳定引起的误差. 样品萃取前均添加替代物,在所有样品中,替代物13 C-PCB141的回收率为83.5%±12.1%,选取1.0 g鲫鱼肌肉组织样进行PBDEs提取和分析,空白加标和基质加标中待测化合物的回收率范围分别为83.1%~98.4%和78.7%~91.5%(如表 1),每8个样品添加一个程序空白,程序空白中均未检出待测目标物. 设定标准曲线的浓度为8个点,且范围为0.05~500 ng ·mL-1. 计算方法检出限(LODs)定义为3倍信噪比,待测物的LODs小于0.02 ng ·g-1(表 1). 分析结果未进行回收率校正.

表 1 目标化合物工作曲线、 相关系数、 检出限及加标回收率 1) Table 1 Regression equations,correlative coefficients,LODs and recoveries of target compounds
1.4 数据分析

采用SPSS-13.0统计分析软件,对不同组织中PBDEs的含量采用单因素均值方差分析(ANOVA)中LSD多重比较方法进行分析. 针对PBDEs同系物之间的相关性采用Pearson相关分析.

2 结果与讨论 2.1 PBDEs的含量

根据研究目的不同,鱼体PBDEs的浓度单位也不同,以脂肪含量表示能反映出生物体内对PBDEs的富集能力; 衡量食用鱼摄入PBDEs的含量并计算的话,以鲜重来计算更为合理. 台州河流鲫鱼和养殖鱼各组织中PBDEs的含量(见表 2). 河流鲫鱼肌肉中PBDEs含量(PBDEs定义为PBDEs所有待测同系物之和)范围(以湿重计,下同)为35.0~85.0 ng ·g-1,均值为65.17 ng ·g-1(5366.07 ng ·g-1,以脂重计),这稍低于Chan等[15]报道的台州地区河鱼鱼肉中PBDEs含量[(106±39.6) ng ·g-1],而菜市场鲫鱼肌肉组织中总PBDEs含量范围为1.53~3.26 ng ·g-1,均值为2.21 ng ·g-1(221.53 ng ·g-1,以脂重计),与Chan等[15]报道的市场鲫鱼可食部分PBDEs含量[(1.93±0.68) ng ·g-1]相当. 研究表明河流鱼肉中PBDEs含量明显高于养殖鲫鱼,约30倍,这表明电子废弃物拆解基地周边河流PBDEs污染更为严重. 分析鱼体PBDEs的可能来源从两方面考虑,一是通过鳃呼吸途径富集河流水中的PBDEs,另一是通过食用含有PBDEs污染的食料. 鲫鱼是杂食性的鱼类,以植物性食料为主. 河流鲫鱼和菜市场鲫鱼均发现PBDEs残留. 因此鲫鱼中PBDEs污染能反映区域水环境PBDEs污染状况. 收集到的鲫鱼仅有2尾雄鱼,因此对不同性别鱼体PBDEs含量之间差异未进行统计分析.

表 2 台州河鱼和养殖鱼的个体特征和各个组织中PBDEs的含量 1) Table 2 Concentrations of PBDE in various tissues of river fishes and farmed fishes,and individual characteristics

菜市场养殖鲫鱼各组织中总PBDEs的含量依次是心脏、 肝脏、 脑、 肌肉和卵组织(表 2). 心脏中总PBDEs含量最高,均值为18.82 ng ·g-1(17686.63 ng ·g-1,以脂重计),显著高于其他组织(P<0.05); 再次是肝脏组织,均值为9.55 ng ·g-1(139.97 ng ·g-1,以脂重计); 脑组织中PBDEs含量均值为7.68 ng ·g-1(211.09 ng ·g-1,以脂重计); 鲫鱼肌肉和卵组织中PBDEs含量最低. 各个组织中脂肪含量不同,肝脏中脂肪含量最高,其次是脑组织因含有高脂肪的脑髓,肌肉和卵组织的脂肪含量较低. 尽管心脏中脂肪含量最低,但PBDEs含量最高,可能由于鱼类心脏主要通过心脏泵血促进血液循环,含血丰富. 这些结果表明PBDEs在各组织之间分布不均匀,心脏和肝脏组织中PBDEs富集量较高于肌肉组织,这与Xian等[26]报道的江苏生产厂附近河流鲫鱼肝脏组织中PBDEs含量高于肌肉组织中含量相一致. 2.2 PBDEs分布及其组成

菜市场养殖鲫鱼不同组织中PBDEs同系物分布模式非常相似,均是BDE-47、 -183和-99为主要同系物(如图 2). 各个组织中PBDEs同系物百分之百检出的是BDE-47和-183. BDE-47约占总PBDE含量的50%以上,是各个组织中最主要的同系物,这与Gao等[27]报道的长江下游鱼体中BDE-47是主要同系物相一致. 在鲫鱼肝脏、 心脏、 脑、 卵和肌肉中BDE-47占总PBDEs百分数分别为61.54%、 60.0%、 57.43%、 51.2%和58.77%. BDE-183在各个组织中占总PBDEs含量的23%~29%,BDE-99在各组织中(只有一个卵组织中未检出)占总PBDEs的 4.4%~8.6%,在心脏组织中BDE-153的贡献率大于BDE-99,与其他组织不同,BDE-99在心脏和肝脏组织中贡献率均较低,可能是由于BDE-99在肝脏组织中代谢,脱溴形成BDE-47[28]. 通过生物膜进入血液,使得心脏和肝脏的PBDEs同系物分布极其相似.

图 2 台州养殖鲫鱼和河鱼不同组织PBDE同系物的百分比 Fig. 2 Percentage of PBDE congeners in various tissues of farmed fishes and river fishes collected from Taizhou

河流鲫鱼肌肉与菜市场养殖鲫鱼肌肉组织的同系物分布模式不完全相同,主要同系物为BDE-47、 -153、 -99和-183. BDE-47占总PBDE含量的范围在32.39%~61.45%之间,均值为48.78%,其次是BDE-153(均值18.34%)、 BDE-99(均值15.65%),BDE-183(均值11.90%). 河流鲫鱼肌肉组织与菜市场鲫鱼所有组织中BDE-47均是最主要同系物. 河流鲫鱼肌肉组织中BDE-153占总PBDEs的贡献率高于菜市场鲫鱼肌肉组织,但BDE-183占总PBDEs的贡献率低于菜市场鲫鱼,而且河流鲫鱼肌肉组织中BDE-153与BDE-183具有显著相关性. 可能原因是生活在PBDEs污染严重的河流,鲫鱼体内BDE-183发生脱溴代谢生成较多BDE-153或更多低溴化合物[29].

通过同系物之间的比值分析鱼体可能的来源,台州沉积物中BDE-99/-100比值为78/22[19],大气中BDE-99/-100为80/20,这与工业品Bromkal70-5DE中的比值(84/16)相似[30]. 河鱼肌肉中BDE-99/-100为77/23,养殖鱼肌肉中为83/17,养殖鱼肌肉中与五溴工业品中比值相似,结果揭示五溴工业品是鱼体中PBDEs的污染源. 养殖鱼肌肉中BDE-99/-100比值与PBDEs总含量呈显著正相关(P<0.05,r=0.65). 已有研究表明,生物体中与环境中BDE-99/-100比值差异反映生物体对BDE-99的代谢能力[31]. 鲫鱼体中BDE-99/-100比值与周边环境中的相似,这表明鲫鱼肌肉组织对BDE-99缺乏代谢能力,保留了其在环境中出现的同系物成分. 因此,鲫鱼的生活环境可能是影响其体内BDE-99的主要因素,生物代谢能力对其影响较少.

养殖鲫鱼各个组织中脂肪与PBDEs同系物含量之间进行相关性分析,发现肝脏、 心脏和脑组织中总PBDEs、 BDE-183和-47均与脂重呈极显著正相关(r>0.85,P<0.01),肌肉组织中总PBDEs和BDE-183与脂重呈极显著正相关(r>0.83,P<0.01),而卵组织中总PBDEs与脂重无显著相关,只有BDE-100与脂重呈显著正相关(r=0.61,P<0.05); 河鱼肌肉中BDE-153、 -154、 -183与脂重均呈显著相关,BDE-47、 -99与脂重无显著相关,可能与PBDEs的亲脂疏水性有关,随着溴原子个数增加其亲脂性更强,因此河鱼肌肉组织和养殖鱼各个组织中BDE-183与脂重均显著相关. 河鱼生活在电子垃圾拆解区的下游,电子垃圾被工人简单地手工拆解、 酸洗和焚烧可能将电子垃圾中的污染物释放到环境(大气和水体)中,使得水体环境污染物复杂,可能有较多因素影响鲫鱼中PBDEs同系物的富集,如电子垃圾的种类、 成分、 年代等. 2.3 国内外鱼类中PBDEs含量

国内外对淡水鱼体中PBDEs研究较多,近年来,有下降趋势. 由于国内外不同研究者选择的PBDEs同系物和鱼的种类不完全相同,因此对不同区域鱼体中PBDEs含量数据比较可能稍有误差. 我国电子垃圾回收附近[15, 32, 33]和高度工业化城区附近[34]河流鱼体中PBDEs含量均稍高于国内其他地域,尤其是无PBDEs污染源的遥远的西藏地区[35]和北美格陵兰地区[36],但稍低于北美和欧洲工业区附近河流[37, 38, 39](如表 3).

表 3 国内外鱼体中PBDEs的含量1) Table 3 Levels of PBDEs in fishes collected from several regions all over the world

本研究河流野生鲫鱼肉组织中PBDEs含量低于另一个电子垃圾拆解区贵屿鲫鱼肉组织[32],也低于我国沿海海鱼肉组织[9],但高于西藏、 欧洲高山湖和格陵兰鱼肉组织. 台州菜市场养殖鲫鱼肉中PBDEs含量远高于上海市[40]和日本菜市场鱼肉[41],表明食用台州菜市场养殖鲫鱼可能会对人类健康造成不利的危害. 电子垃圾中含有大量的PBDEs,不当的处置使PBDEs释放进入环境,台州电子垃圾拆解活动已有30 a的历史,PBDEs又有持久性和生物蓄积性,这些使台州电子垃圾拆解点附近环境受到更严重的PBDEs污染. 肝脏组织中PBDEs含量较高于江苏省PBDEs生产厂附近鲫鱼肝脏组织[42],但低于挪威纺织厂附近米约萨湖鳕鱼肝脏中含量[38]. 一方面,PBDEs污染源类型和与PBDEs污染源的距离可能是影响淡水鱼体中PBDEs污染水平的主要因素,另一方面,PBDEs可能在不同鱼类体内富集的组织和器官不同. 通过比较也表明鲫鱼体中PBDEs污染程度反映当地水环境中PBDEs污染. 2.4 食鱼暴露PBDEs的日暴露量

一般普通人群内的PCBs主要是通过饮食摄入. 由于PBDEs与PCBs在结构和性质上有很多相似之处,而且浙江省台州市是一个沿海城市,鱼虾类是当地居民膳食的主要成分. 根据2008年浙江省城乡居民膳食结构调查,鱼虾类占调查食品类型总量的10%左右. 由以上的研究得到野生鲫鱼和养殖鲫鱼中有较高浓度的PBDEs残留,台州城乡居民通过食用鱼类,可能导致人体PBDEs暴露的健康风险.

台州市电子垃圾拆解区多分散在农村,根据2008年浙江省城乡居民膳食结构调查报告,浙江省成年人人均鱼虾类农村居民摄入量为93.43 g ·(人 ·d)-1[24]. 包括淡水鱼、 海水鱼和虾贝三类,由研究调查得到,台州地区淡水鱼的摄入量占鱼虾类摄入量的三分之一[15],结合上面得到的鲫鱼中PBDEs的含量,利用下面公式可以算出普通人群成年人通过食用鲫鱼的平均摄入PBDEs的量.

ADD= C×IR/BW

式中,ADD为饮食途径的日均暴露剂量[ng ·(kg ·d)-1,以体重计]; C为淡水鱼中总PBDEs的含量(ng ·g-1,以湿重计); IR为食品种类的摄入量(g ·d-1); BW为消费者体重(按照成年人70 kg).

对于台州当地普通居民,每人每天通过食用河鲫鱼肉暴露PBDEs的量为29.00 ng,稍高于Chan等[15]报道的台州食用淡水鱼PBDEs暴露量. 每人每天通过食用菜市场鱼肉暴露PBDEs的量为0.98 ng,低于美国食鱼PBDEs暴露量(14.9~44.7 ng)[47],对于特殊嗜好吃鱼脑和鱼卵的人,本研究中鱼脑占鱼体平均4.5%,农村居民食用鱼脑摄入量平均约为1.4 g ·(人 ·d)-1,每人每天此途径暴露PBDEs的量为0.14 ng. 目前,国际上还没有淡水鱼中PBDEs残留标准,因此食鱼暴露PBDEs的风险未分析. 3 结论

(1) 台州市峰江镇电子垃圾拆解区河流和菜市场养殖野生鲫鱼体内均检出PBDEs,而且电子垃圾拆解区河鱼肌肉中PBDEs含量高于菜市场养殖鲫鱼,表明在台州地区PBDEs污染普遍存在,电子垃圾拆解区PBDEs污染更严重,野生鲫鱼体内PBDEs残留能较好指示当地水环境长期的PBDEs污染.

(2) 养殖鲫鱼不同组织中PBDEs含量分布不均匀,统计分析显示各组织中PBDEs含量之间呈显著性差异,发现PBDEs主要富集在心脏和肝脏组织中,表明PBDEs在鲫鱼体各个组织中富集能力不同. 养殖鲫鱼不同组织均呈相似的PBDEs同系物模式,即BDE-47和-183是主要同系物. 养殖鲫鱼肉中BDE-99/-100比值与五溴联苯醚工业品中比值相似,说明五溴联苯醚工业品可能是一个污染源.

(3) 根据台州市峰江镇河流鲫鱼和菜市场养殖鱼肉中PBDEs残留量,计算出浙江省农村居民每人每天消费河鱼肉暴露PBDEs的量约为29.0 ng,消费养殖鲫鱼肉暴露PBDEs的量约为0.98 ng. 因此食用河鱼暴露PBDEs的量高于食用养殖鱼肉. 食用河鱼暴露PBDEs风险严重,因此不宜多食用当地河流鲫鱼.

致谢: 本研究在采样过程中得到了温州医科大学黄长江教授课题组的帮助,在此表示感谢.

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