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水产养殖环境中重金属污染的来源及危害

发表时间:2024/05/22 07:51:54  来源:水产养殖 2022年4期  浏览次数:875  
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水产养殖环境中重金属污染的来源及危害

王炫凯,王海姮,刘燕云,曲宝成*

(1.大连海洋大学海洋科技与环境学院,辽宁 大连 116023;2.大连海洋大学水产与生命学院,辽宁 大连116023;3.设施渔业教育部重点实验室,辽宁 大连 116023)

汞、铅、砷、铬、镉等为常见的有毒重金属。锌、铜等是人体新陈代谢所必需的重金属,但浓度高也会对人体造成不良影响。人类活动是重金属污染的主要来源,如工业和生活排污、填埋场的浸出、暴雨径流、航运和港口活动等。人体一般会通过食物、饮用水和空气等途径摄入重金属。水产养殖是与人类生活需求密切相关的行业,水产养殖环境中重金属污染会破坏养殖环境,危害鱼类健康。现介绍了水产养殖环境中重金属的主要来源,分析了其对水产养殖环境和鱼类健康的影响,以期为相关研究提供参考。

1 水产养殖环境中重金属污染的主要来源

地表水系统中重金属主要来自自然或人类活动,其中自然来源包括岩石风化、火山喷发、森林火灾等。工业革命以后,环境中的重金属更多来自人类活动,如生活污水、农业生产、工业活动等。重金属一般以氢氧化物、氧化物、硫化物、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐和有机化合物等形式存在,并随自然和人类活动排放到水环境中。

1.1 生活污水

生活污水中含有微生物、重金属、营养物质、放射性核素、药品和个人护理产品等多种污染物,这些污染物可能会进入自然水体,对水生生态系统和人类健康造成不可逆转的危害。很多家庭会使用含有铁、锰等重金属的化学清洁剂,而污水处理厂对这些重金属的处理能力有限,其随着地表径流或大气沉降进入养殖池塘、湖泊等水环境中,造成重金属浓度超标,影响水产养殖生态系统的生物多样性。

1.2 农业生产

农业生产过程中,通过使用大量的化肥和农药来提高农作物的产量,而这些药物中通常含有重金属等污染物。例如在草甘膦制剂中检出了砷,这些污染物通过土壤的渗透或地表径流进入水生生态系统,威胁水生动物健康,并通过食物链进入人体,严重威胁人类健康,长此以往形成恶性循环。此外,重金属和一些有机氯类农药同时存在时,具有复合暴露风险,可能会使毒性翻倍。

1.3 工业活动

采矿过程中的废水、废气中含有大量的铅、锌等有毒有害重金属,会导致矿区周围土壤、水体等环境受到重金属污染。电镀工业向水、空气中排放镍、铁、铅等重金属,如果处理不当可能给人体带来致癌风险。燃煤发电厂产生的煤灰中含有砷、铅、汞等有毒重金属,当这些重金属被释放到水生生态系统中时,会造成大量较低营养级的生物死亡。

2 重金属对水产养殖环境及鱼类健康的影响

2.1 重金属对水产养殖环境的影响

与有机化学物不同的是,大多数重金属不能被代谢成毒性较小的化合物,一旦进入水生环境,会在水体中重新分布,或在沉积物中累积,或被聚集物消耗。重金属的活性较强,可通过正性化合物的沉淀,结合细固体颗粒,与有机分子结合,根据沉积物和水体之间存在的物理和化学条件,与锰氧化物或碳酸盐共同沉淀。重金属以溶解形式存在时可通过接受层吸收,以颗粒形式存在时可通过食物摄入。重金属的毒性主要取决于存在形式,此外也受pH值、温度和盐度的影响。文献[12]发现,有机结合物的存在可以促进疏水性化合物在脂膜中的扩散,从而提高镉在贻贝和鱼类中的生物利用度。有机化合物形式的重金属,其生物可利用性比离子形式的强。汞的有机化合物是可溶性大分子,能迅速穿透脂膜,与不溶于脂类的腐蚀性物质相比毒性更强。文献[13]发现,双壳类动物是一种滤食性动物,重金属的生物有效性取决于沉积物粒径的大小。

总体看来,重金属的结合降低了沉积物中重金属的生物利用度。淡水和海洋生态系统都受到重金属污染,重金属对水产养殖环境的污染已经成为一个广泛的全球性问题,不但会影响水产品质量安全,还会给消费者带来健康风险。

2.2 重金属对鱼类健康的影响

2.2.1 对生物活性的影响

文献[15]发现,鱼体内重金属平均含量从高到低依次为铅、砷、镉、汞。铅、砷、镉、铬等重金属会损害鱼类器官,其暴露影响取决于浓度和持续时间。镉、铅等重金属会降低枸橼酸合成酶、琥珀酸脱氢酶、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶和乳酸脱氢酶等氧化代谢催化剂的活性。

2.2.2 对生育繁殖的影响

重金属可显著降低鱼类的精子运动能力,影响其胚胎形态和代谢过程,以及引发心血管疾病,如心脏发育不全、心室不足和心脏分布异常。重金属还会影响鱼类的雌激素和雄激素分泌,产生病理分化。

2.2.3 对血液和循环系统的影响

红细胞的形成需要少量的镍,但大量的镍会产生难以察觉的毒性。镉会引起鱼类血压升高,导致心肌疾病。铬会导致贫血、嗜酸性粒细胞增多、淋巴细胞增多等。根据研究,汞会对鱼的血管造成伤害,引起出血和血细胞减少。

2.2.4 神经毒性的作用

汞是导致神经毒性的主要重金属,尤其是甲基汞会对鱼类大脑造成损害,导致流产、先天畸形和幼鱼的发育差异。此外,甲基汞也会造成鱼鳃损伤,进而破坏鱼体内的离子平衡,影响鱼体的渗透调节。

2.2.5 遗传毒性效应

砷可凝结蛋白质,它与辅酶结合,并在整个呼吸过程中抑制三磷酸腺苷的生成,高水平砷暴露可导致死亡。虽然砷的致癌机制尚不清楚,但一些文献[20]表明,其可能存在遗传毒性效应。此外,镉、砷、镍、铬等重金属可引发碱基对缺失、突变或自由基氧攻击DNA。

2.2.6 生理损伤

重金属也会引起鱼的一些组织学改变,如鳃的退化或肝脏的脂肪变性。镉、镍、汞、铬、铅、砷是造成鱼类畸形的主要因素。铅、砷、镉、锌等重金属也会引起鱼类的应激反应。鲤暴露于镉溶液中,其脑垂体催乳素细胞分泌量增加,血浆中肾上腺皮质醇浓度明显增加,扰乱其内分泌系统。

2.2.7 对寿命和病死率的影响

即使是参与生命活动所必需的重金属,也会通过代谢干扰和突变对鱼类产生不利影响。这些不良影响包括健康水平的下降和生殖障碍,最终导致癌症与死亡。重金属对鱼类的病死率、繁殖率、个体生长率和生理能力影响最大。受到重金属危害的鱼类表现出免疫系统缺陷,容易感染传染病,病死率更高。

3 结语

重金属是人体正常生长发育所必需的重要元素。人口增加导致工业和医疗废物等污染物增加,这些废物中通常含有大量的重金属,其排放造成了水污染,进而对水产养殖造成危害。过量摄入重金属可导致动物发生繁殖并发症、身体畸形,甚至威胁生存能力,应不断深化关于重金属的相关研究。

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