石油污染灘涂生物體內TPH分布及健康風險評估

譚 娟，吳 健,，吳建強，林根滿，王 敏*

1. 上海市環境科學研究院，上海 200233；2. 華東師范大學資源與環境科學學院，上海 200062；3. 東華大學環境科學與工程學院，上海 201620

石油污染灘涂生物體內TPH分布及健康風險評估

譚 娟1，吳 健1,2，吳建強1，林根滿3，王 敏1*

1. 上海市環境科學研究院，上海 200233；2. 華東師范大學資源與環境科學學院，上海 200062；3. 東華大學環境科學與工程學院，上海 201620

通過研究溢油事故污染區域中典型生物體內TPH（Total Petroleum Hydrocarbons）分布特征，對其進行暴露人體健康風險評估，從而為污染區域的生態系統修復與恢復工作提供指導依據。在研究區域受溢油污染并采取應急處置10個月后，采集了位于4個污染灘涂集中填放區和1個不受污染的對照區內的生物體和沉積物樣品，采用紫外分光光度法和熒光分光光度法測得TPH含量。結果表明，污染區域中無齒螳臂相手蟹Chiromantes dehaani）肌肉組織中的TPH含量分布范圍為2.94～39.63 mg·kg-1，內臟中的TPH含量分布范圍為8.62～155.41 mg·kg-1，內臟組織中的TPH含量高于肌肉組織，兩者呈顯著的相關性（Pearson相關系數r=0.945 6）。受潮汐水動力等環境因素的影響，整個研究區域生物體內TPH的累積呈現不連續非均質特征。生物體肌肉和內臟組織中的TPH含量與沉積物中TPH含量具有明顯的線性關系（y=283.3 x+100，r2=0.990 1；y=60.701 x+100，r2=903 8），溢油事故造成的沉積物污染是影響生物體內TPH累積的一個重要因素。同時，采用US EPA人體暴露風險評價方法進行人體健康風險評估，結果顯示，污染區域生物體內TPH經口攝入的暴露風險指數ERI均值均大于1，分別為1.13、1.05、2.58、2.73，暴露風險處于不可接受水平。根據人體健康風險的可接受水平計算得出可接受的無齒螳臂相手蟹體內TPH安全值為34.4 mg·kg-1，進一步計算得出污染區域沉積物中TPH的修復目標值為2 513 mg·kg-1。

石油污染；灘涂；生物體；分布；健康風險

近年來，沿海地區經濟發展迅速，港口航道分布密集，隨著海上交通運輸業的迅猛發展，溢油事故頻發，石油污染帶來的有毒有害污染物嚴重危害沿岸海域的生態環境（Silva等，2014；陳澎等，2013；李雪英等，2011）。總石油烴（total petroleum hydrocarbon, TPH）的化學成分復雜，進入灘涂環境后，其遷移、轉化過程復雜多變（李海明等，2005；李磊等，2014），研究表明，濕地、沼澤或是海灘至少需要數10年才能從一個溢油事件的影響中恢復過來（Thomas和Regina，2002；劉峰等，2011）。溢油事故給灘涂生態系統帶來較大的危害，主要表現在破壞灘涂生物的棲息環境，進而影響生物體正常生長（Xin和Kai，2009；Deepak等，2012）。此外，累積在生物體內的TPH，通過食物鏈傳遞給人體，對人的神經系統、泌尿系統、呼吸系統、循環系統、血液系統等都有危害，長期接觸TPH會嚴重危害人體器官，使人體組織細胞突變致癌，甚至導致人體死亡（Xu等，2011；Bierkens和Geerts，2014）。目前，國內對溢油污染事故的研究熱點主要集中在污染物分布特征、遷移轉化規律及修復等方面（唐景春等，2013；Teng等，2013），對生物體內殘毒及人體健康風險評估研究相對薄弱。因此，研究污染灘涂濕地中典型生物體內TPH分布特征，對其進行暴露人體健康風險評估，進而指導后續修復工作，對污染區域的生態系統恢復具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區域

研究區域為河口灘涂濕地，灘地狹長。高潮灘地勢平緩，灘地沉積物主要由較細的黏土組成，中潮灘主要由粉砂質黏土與黏土質粉砂組成。中潮灘普遍發育潮水溝，在高潮灘與中潮灘地勢低洼處有潮水潴留形成的小水塘。灘地植被主要有蘆葦（Phragmites australis）、海三棱藨草（Scirpus mariqueter）、燈芯草（Juncus effusus L）等，其中，高潮灘蘆葦中種植了大片池杉（Taxodium ascendens）、旱柳（Salix matsudana Koidz.）。灘地的底棲動物主要有無齒螳臂相手蟹、中華絨螯蟹（Eriocheir sinensis）、泥螺（Bullacta exarata）、河蜆（Corbicula fluminea）等。此次溢油事故泄漏的油品主要為重質燃油，油品泄漏后進入水體后，形成大面積油膜，受潮汐和風力作用，對研究區域生態環境造成影響。溢油事故發生后，采取了應急處置措施，為避免在潮汐作用下二次污染釋放，用機械將污染灘涂沉積物推至中高潮灘臨時填放，以待后續處置。

1.2 樣品采集與處理

在研究區域受石油污染并采取應急處置10個月后，對4個污染灘涂集中填放區域（A區、B區、C區、D區）以及不受溢油污染的對照區域（R區）的生物體和沉積物進行采樣分析。考慮到無齒螳臂相手蟹的活動范圍，以集中填放區為中心（M點位），上下各20 m（上：靠近堤壩，下：靠近水域）距離處設一個監測點位（H點位和L點位），在各個采樣區域的M點位同步采集沉積物樣品，如圖1所示。

沉積物樣品采集方法：在A、B、C、D、R區域采樣時，使用梅花布點采樣法，盡量使采樣點均勻分布于污染區域中，各點采集到的沉積物樣品充分混勻后，采用四分法收集足量樣品裝于玻璃瓶中，帶回實驗室檢測；生物樣品采集方法：在一個點位的四周大約10 m2范圍內，采集無齒螳臂相手蟹，采取4個平行樣，質量各約0.5 kg，當日送回實驗室，對剝離出來的內臟和肌肉組織分別進行稱質量、勻漿，然后放于冷柜中-10 ℃下保存。

1.3 TPH檢測

沉積物和無齒螳臂相手蟹生物體樣品均按《海洋監測規范》（GB 17378—2007）方法，分別由紫外分光光度法和熒光分光光度法測得TPH含量。

圖1 監測點位布設Fig. 1 Distribution of sampling point

圖2 無齒螳臂相手蟹肌肉與內臟組織中的TPH濃度分布Fig. 2 The TPH content distribution in muscle and in visceral tissue

2 結果與討論

2.1 肌肉與內臟組織中TPH濃度及分布特征

經實驗室檢測分析，無齒螳臂相手蟹肌肉與內臟組織中的TPH質量分數分布如圖2所示。就肌肉組織而言，在受石油污染10個月后，A、B、C、D 4個區域中，H點位的TPH質量分數分布范圍為2.94～27.75 mg·kg-1，M點位的TPH質量分數分布范圍為14.39～39.63 mg·kg-1，L點位的TPH質量分數分布范圍為2.39～13.67 mg·kg-1，均高于R區（對照）對應點位的無齒螳臂相手蟹肌肉組織中的TPH質量分數。同一區域M點位的生物體肌肉組織中的TPH質量分數高于H點位和L點位；從不同污染區域的分布情況來看，C區和D區無齒螳臂相手蟹受污染程度較嚴重，而A區和B區無齒螳臂相手蟹肌肉組織中TPH質量分數相當，受污染程度相對較輕。

就內臟組織而言，在受石油污染10個月后，A、B、C、D 4個區域中，H點位的TPH質量分數分布范圍為8.62～119.5 mg·kg-1，M點位的TPH質量分數分布范圍為79.24～155.41 mg·kg-1，L點位的TPH質量分數分布范圍為35.36～99.34 mg·kg-1，均高于R區（對照）對應點位的無齒螳臂相手蟹內臟中的TPH質量分數。同時，內臟組織中的TPH分布與肌肉組織中的TPH分布規律一致，同樣是M點位的TPH質量分數高于H點位和L點位，并且C區和D區污染較為嚴重，而A區和B區相對較輕。

綜合不同污染區域、不同點位及生物體不同器官TPH的分布情況，可以看出溢油事故發生后，對整個研究區域造成的TPH污染是不連續非均質的。初步分析，造成這種空間異質性的主要原因是受到潮汐水動力、植被分布、環境狀況等因素的影響，其中潮汐水動力條件是最直接影響TPH分布的因子，溢油事故發生時正值大潮汛，形成的大塊油膜在潮汐和風力條件下往復震蕩，并且以泄漏點為中心向四周發生大面積擴散，一部分進入水體，一部分吸附在潮灘上，不斷被潮水沖刷，這種隨機的不均勻的污染物注入方式及強烈的外界條件擾動導致TPH污染的不連續非均質性。

圖3 內臟與肌肉組織中的TPH濃度分布關系Fig. 3 The TPH content distribution relationship between in muscle and in visceral tissue

無齒螳臂相手蟹內臟與肌肉組織中的TPH呈現出良好的線性正相關關系（Pearson相關系數r=0.9456）（圖3）。在污染區域中，無齒螳臂相手蟹內臟中TPH質量分數高的，其肌肉組織中TPH質量分數相應也高。內臟組織中的TPH質量分數普遍高于肌肉組織，這表明無齒螳臂相手蟹內臟組織對TPH的吸收和富集能力強于肌肉組織。相關研究（甘居利等，2010）表明，TPH的主要成分是脂肪烴和芳香烴類化學物質，具有親脂性，容易被生物體內脂肪濃度高的組織吸收和累積，而無齒螳臂相手蟹內臟組織中的脂肪濃度明顯高于肌肉組織中的脂肪濃度。

2.2 生物體內與沉積物中TPH濃度及分布特征

本研究中，分別將M點位采集到的無齒螳臂相手蟹肌肉與內臟組織中的TPH與M點位的沉積物中TPH進行對比分析（圖4）。可以看出，研究區域中，肌肉組織和內臟組織中的TPH質量分數與在受石油污染10個月后沉積物中TPH質量分數呈現出明顯的線性關系（y=283.3 x+100，r2=0.9901；y=60.701 x+100，r2=9038），其積累量隨沉積物中TPH含量的升高而增加，這在一定程度上表明，無齒螳臂相手蟹生物體內TPH的累積直接受沉積物中的TPH含量的影響。研究區域是一個開放的不可控系統，沉積物中TPH含量受天氣、潮汐水動力等外界復雜因素影響，存在一定程度的降解（Naidu等，2012），而生物體在一定范圍內活動，棲息環境或是攝取食物中的TPH含量直接影響其體內TPH累積。因此，生物體內的TPH累積是一個復雜多因素參與的過程（Srinivasarao等，2011），本研究中只簡單描述了其與沉積物中TPH含量的一種表征關系，相關的機理分析還有待于更深一步的研究。

2.3 人體健康風險評估

無齒螳臂相手蟹經常被當地居民用來食用，其體內的TPH約占90%以上（Binelli和Provini，2004）通過食物攝入進入人體，因此，本研究中主要評估其經口攝入的健康風險。目前，國際上健康風險的表征采用致癌風險值和非致癌危害商來表示（Pinedo等，2013），由于TPH組成成分復雜，主要由烴類物質組成，且僅有少部分多環芳烴的某些組分具有致癌性，因此只表征其非致癌風險即暴露風險指數ERI（Expose risk index）或是危害商HQ（Hazard Quotient）（Pinedo等，2014；In-Sun和Jae-Woo，2010；楊曉紅等，2013）。通常認為ERI≤1時，受體所承受的非致癌風險在可接受水平內。計算公式如下：

其中，Ci為生物體中TPH質量分數，單位mg·kg-1，考慮到當地居民對無齒螳臂相手蟹的食用方法（用酒泡后直接食用），將內臟和肌肉組織均視為食用部位，根據測量時各部位生物量將內臟組織和肌肉組織中TPH濃度換算成生物體中TPH濃度；CR為人均日消費量，單位g·d-1；BW為身體質量（kg），取值為60 kg；RfD為經口攝入參考劑量，單位mg·kg-1·d。

同時，可接受暴露風險的無齒螳臂相手蟹日均最大消費量CRlim，可以通過如下公式進行計算：

經實地走訪調查，了解到當地居民主要在春季和秋季食用無齒螳臂相手蟹，日均消費量約在5～10 g·d-1之間，本研究取其平均值7.5 g·d-1。參考美國EPA風險評估信息系統（RAIS），經口攝入參考劑量RfD取值為4.3 mg·kg-1·d。

通過對人體暴露TPH而患有非致癌性慢性疾病的暴露風險指數計算得知（表1），A、B、C、D區的暴露風險指數均值均大于1，以C區和D區較為嚴重，ERI均值分別為1.13、1.05、2.58、2.73，各區域M點位的經口攝入暴露風險指數明顯高于H和L點位。而參照區R區的ERI均值小于1，僅為0.03，暴露風險指數處于可接受水平。此外，通過計算得知，污染區域可接受暴露風險的無齒螳臂相手蟹日均最大消費量范圍在2.85～15.14 g·d-1之間。

根據人體健康風險的可接受水平（ERI=1），計算得出可接受的無齒螳臂相手蟹體內TPH濃度安全值為34.4 mg·kg-1，根據生物體內TPH濃度與沉積物中TPH濃度分布存在的線性（y=73.055 x，r2=0.9142）關系（圖5所示），計算得出沉積物中TPH的修復目標值分別為2513 mg·kg-1。

圖4 生物體內TPH濃度與沉積物中TPH質量分數分布關系Fig. 4 The relationship between TPH content in organism and in sediments

表1 無齒螳臂相手蟹體內TPH經口攝入的暴露風險指數Table 1 The expose risk index of TPH in Chiromantes dehaani

圖5 生物體內TPH濃度與沉積物中TPH濃度分布關系Fig. 5 The relationship between TPH content in organism and in sediments

3 結論

（1）受污染區域中，無齒螳臂相手蟹肌肉組織中的TPH質量分數分布范圍為2.94～39.63 mg·kg-1，內臟中的TPH質量分數分布范圍為8.62～155.41mg·kg-1，內臟中的TPH含量高于肌肉組織，兩者分布規律一致，呈現顯著的相關性（Pearson相關系數r=0.9456）。受潮汐水動力等環境因素的影響，溢油事故發生后，整個研究區域生物體內TPH的累積呈現不連續非均質特征。

（2）無齒螳臂相手蟹肌肉與內臟組織中的TPH與沉積物中TPH含量呈明顯的線性關系（y=283.3 x+100，r2=0.9901；y=60.701 x+100，r2=9038），沉積物中TPH含量高的點位，其生物體內TPH含量相應也高。說明石油泄漏事故對研究區域生物棲息環境有較大的影響，溢油事故造成的沉積物污染是影響生物體內TPH累積的一個重要因素。

（3）A、B、C、D 4個污染區域生物體TPH的暴露風險指數ERI均值均大于1，分別為1.13、1.05、2.58、2.73，暴露風險處于不可接受水平，以C區和D區較為嚴重，同時，經計算得出，污染區域可接受暴露風險的無齒螳臂相手蟹日均最大消費量范圍在2.85～15.14 g·d-1之間。

（4）根據人體健康風險的可接受水平計算得出可接受的無齒螳臂相手蟹體內TPH濃度安全值為34.4 mg·kg-1，參考生物體內TPH濃度與沉積物中TPH濃度分布存在的線性（y=73.055 x，r2=0.9142）關系，計算得出沉積物中TPH的修復目標值分別為2513 mg·kg-1，可為后續修復工作提供參考。

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TPH Distribution in Organism from Oil Polluted Tidal Marshes and Health Risk Assessment

TAN Juan1, WU Jian1,2, WU Jianqiang1, LIN Genman3, WANG Min1*
1. Shanghai Academy of Environmental Sciences, Shanghai 200233, China; 2. College of Resources and Environmental Science, East China Normal University, Shanghai 200062, China; 3. School of Environmental Science and Engineering, Donghua University, Shanghai 201620, China

In order to provide guidance for ecosystem restoration in contaminated area, the Total Petroleum Hydrocarbon (TPH) distribution in typical organism (Chiromantes dehaani) around tidal marshes which were polluted after an oil spill accident was studied, and human exposure assessment approach by US EPA was applied to evaluate the human health risk. The sediments and organisms samples were collected in four contaminated areas and one non-contaminated area after taking emergency disposal, the TPH were measured using ultraviolet spectrophotometry and fluorescence spectrophotometry. The results showed that the content of TPH in Chiromantes dehaani’ visceral tissue, ranging from 8.62 mg·kg-1to 155.41 mg·kg-1, was significantly higher than that in muscle tissue, ranging from 2.94 mg·kg-1to 39.63 mg·kg-1. The TPH content in visceral tissue had a significantly positive correlation（Pearson correlation coefficient, r=0.945 6）with the content in muscle tissue. The accumulation of TPH in organisms presented discontinuous and heterogeneous due to the influence of environmental factors such as tidal and hydrodynamic. Meanwhile, the TPH in organisms and sediments have an obvious linear relationship（y=283.3 x+100, r2=0.990 1；y=60.701 x+100, r2=9 038）, the TPH in sediments was an important factor for TPH biological accumulation. The human health risk assessment results indicated that exposure risk index values of TPH in Chiromantes dehaani around the pollution area exceeded 1, which were 1.13, 1.05, 2.58, 2.73 respectively, the exposure risk was unacceptable. It suggested that the acceptable level of TPH in Chiromantes dehaani is 34.4 mg·kg-1according to the human health risk assessment, and the sediment remediation goal should be 2 513 mg·kg-1according to relationship between TPH content in organism and sediment.

petroleum pollution; tidal marshes; organism; distribution; health risk

X171.5

A

1674-5906（2014）09-1472-06

譚娟，吳健，吳建強，林根滿，王敏. 石油污染灘涂生物體內TPH分布及健康風險評估[J]. 生態環境學報, 2014, 23(9): 1472-1477.

TAN Juan, WU Jian, WU Jianqiang, LIN Genman, WANG Min. TPH Distribution in Organism from Oil Polluted Tidal Marshes and Health Risk Assessment [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(9): 1472-1477.

上海市科學技術委員會科研計劃項目（STCSM-13231203600）

譚娟（1987年生），女，工程師，碩士，主要從事生態修復與評價方面的研究工作。E-mail：tanj@saes.sh.cn *通信聯系，Wangm@saes.sh.cn

2014-06-21