銅和鎘對珠江天然仔魚和幼魚的毒性效應及其潛在生態風險

曾艷藝，賴子尼，楊婉玲，高原，李躍飛，龐世勛

中國水產科學研究院珠江水產研究所，廣州，510380

銅和鎘對珠江天然仔魚和幼魚的毒性效應及其潛在生態風險

曾艷藝，賴子尼*，楊婉玲，高原，李躍飛，龐世勛

中國水產科學研究院珠江水產研究所，廣州，510380

以靜水實驗法探討珠江流域主要金屬污染物銅和鎘對當地天然仔魚和幼魚的急性毒性效應。結果顯示，銅對西江赤眼鱒和鲴仔魚(48 h)和廣東魴幼魚(96 h)的LC50分別為0.066、0.055和0.10 mg·L-1，對應的安全濃度分別為0.006、0.010和0.010 mg·L-1；鎘對赤眼鱒和鲴仔魚(48 h)以及廣東魴幼魚(96 h)的LC50分別為1.29、0.83和3.20 mg·L-1，對應的安全濃度分別為0.163、0.077和0.320 mg·L-1。其中，銅對上述受試魚的安全濃度低于或接近我國《漁業水質標準》及《地表水環境質量標準》Ⅱ類水對銅的規定，而鎘對這些受試魚的安全濃度則高于相關標準對鎘的規定。研究結果表明，珠江流域銅污染可能會對當地天然仔魚、幼魚群體的補充構成一定程度的威脅，但鎘污染暫不會對該區域主要魚類早期群體補充帶來嚴重的生態風險。

銅；鎘；廣東魴；赤眼鱒；鲴；LC50；安全濃度

西江是珠江的最主要干流，自廣西梧州、桂平至廣東封開、德慶等江段一帶形成規模大小不一的魚類產卵場，其中包括廣東魴國家級水產種質資源保護區及廣東魴產卵場。在西江上游繁殖產生的魚卵、仔魚等魚類早期資源群體隨水流進入珠三角河網，并在河網及河口水域育肥生長到幼魚、成魚階段，循環補充當地魚類資源群體。其中，鲴類、赤眼鱒和廣東魴是珠江尤其是西江中下游江段的主要魚類早期資源組成，占據年魚苗總量的70%以上[1]。但自80年代以來，珠江魚類資源急劇下降[2]，除航道建設、采砂、水壩等工程項目破壞魚類固有的棲息地及阻斷洄游通道外，水環境污染可能也是重要的原因[3]。作者所在的珠江流域漁業生態環境監測中心長期跟蹤監測西江中下游及珠三角河網水環境狀況發現，銅和鎘是該水域主要重金屬污染物。但尚未見這些特征污染物對當地魚類資源，尤其是仔魚、幼魚等敏感階段資源群體影響的研究報道。此外，現有的漁業水質標準一直沿用的是1989年頒布的GB11607-1989標準[4]，該標準是否足以保護現有的魚類資源值得重新探討。本研究以珠江肇慶江段采集的仔魚及馴化養殖60 d以上的幼魚為實驗對象，探討銅和鎘對這些天然魚類仔魚、幼魚時期的毒性效應及其潛在生態風險。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 重金屬溶液的配制

藥品CuSO4·5H2O和CdCl2·2.5H2O均為分析純。先以去離子水配制貯備液，銅和鎘的貯備液濃度(均為離子質量濃度，下同)分別是5 g·L-1和50 g·L-1。實驗時以預先經過曝氣24 h的自來水配成所需的實驗濃度。

1.2 受試生物的準備

天然仔魚利用定置漂流性魚卵、仔魚定量采集網于2012年4月底、5月初自西江肇慶江段采集，帶回實驗室馴化暫養24 h后分別挑出3種優勢鯉科魚種類赤眼鱒(Spualiobarbus curriculus)、鲴(Xenocypris sp.)、廣東魴(Megalobrama terminalis)仔魚單獨分于不同魚缸充氣馴養以備實驗。由于對仔魚的挑出、分離的工作量大，綜合分析后將挑出的赤眼鱒和鲴投喂熟蛋黃粉暫養2 d后作為仔魚的急性毒性的實驗對象，而廣東魴前期投喂熟蛋黃粉(實驗室自備，將購自超市的生態土雞蛋煮熟剝取蛋黃后用單層紗布包裹浸泡入養殖水中，輕輕揉捏兩下，蛋黃粉逐漸分散)、后期投喂鰻魚飼料(“大昌”牌，并根據魚體大小研磨成適口小顆粒)馴養60 d后作為幼魚的急性毒性的實驗對象。為避免投喂重金屬超標的餌料對實驗對象產生影響，餌料備用前都做了重金屬殘留的檢測分析，并符合相關標準要求方使用。受試生物在實驗前1 d 停止喂食，但仍保持充氣，馴養期間受試生物的死亡率<10%。急性毒性試驗期間，兩種仔魚體長為1.2 ± 0.1 cm；幼魚體長3.7 ± 0.2 cm, 體重1.05 ± 0.10 g。

1.3 實驗步驟

1.3.1 仔魚急性毒性實驗

實驗容器為1 L燒杯，實驗前經泡酸后用自來水沖洗干凈使用，實驗水體1 L。根據預實驗結果對不同的實驗對象設置不同實驗梯度。對赤眼鱒，銅的實驗梯度為0.01、0.05、0.10、0.50和1.0 mg·L-1；鎘的實驗梯度為0.5、1.0、2.0、4.0和8.0 mg·L-1。對鲴，銅的實驗梯度為0.005、0.01、0.02、0.04和0.08 mg·L-1；鎘的實驗梯度為0.2、0.4、0.8、1.6和3.2 mg·L-1。經曝氣的自來水為對照組。各實驗組和對照組分別設三個平行。各梯度組溶液配置好后，利用自制的小型水生動物捕獲簡易裝置收集受試生物到燒杯中以備快速分配到各實驗容器中，其中每個燒杯放入約40尾游泳活躍的個體。實驗期間，水溫為25.0 ± 0.5 ℃，pH為7.50 ± 0.30，水質硬度為60.0 ± 2.0 mg CaCO3·L-1。實驗期間不擾動。每隔6 h挑出死亡個體，統計死亡個體數。考慮到仔魚空腹實驗時間過長產生的實驗誤差，只觀察記錄48 h，分別統計24 h和48 h后的死亡率。在實驗開始及結束利用原子吸收光譜儀(北京瑞利WFX-120A)分別檢測試驗水體的相應金屬濃度。

1.3.2 幼魚急性毒性實驗

實驗容器為5 L 燒杯，實驗水體為4 L。根據預實驗結果，銅對廣東魴幼魚的實驗濃度梯度設為0.02、0.08、0.32、1.28和5.12 mg·L-1；Cd的實驗濃度梯度設為0.5、2.0、8.0、32.0和128.0 mg·L-1。經曝氣的自來水為對照組。各實驗組和對照組分別設3個平行。各梯度組溶液配置好后，用撈網撈取大小規格一致的幼魚個體20尾放入各實驗容器中。實驗期間，水溫為26.0 ± 0.5 ℃，pH為7.50 ± 0.30，水質硬度為63.5 ± 2.0 mg CaCO3·L-1。實驗期間不擾動，為避免死亡個體影響水質，實驗第一天每隔3 h觀察記錄并撈出死亡個體，統計死亡個體數，第二天后每隔6 h 觀察記錄并撈出死亡個體。連續觀察記錄96 h，分別統計24、48、72 和96 h后的死亡率。在實驗開始及結束分別檢測試驗水體的相應金屬濃度。

1.4 數據處理

2 結果(Results)

2.1 銅和鎘對西江天然仔、幼魚的急性毒性死亡率

實驗開始及結束時各金屬濃度梯度組與所設濃度偏差不大于10%，此外，上述3種魚實驗時空白對照組的銅濃度平均值分別為0.0008 mg·L-1，0.0008 mg·L-1以及0.0014 mg·L-1；鎘濃度平均值分別為0.0012 mg·L-1，0.0015 mg·L-1以及0.0022 mg·L-1。毒性實驗過程中，赤眼鱒仔魚、鲴仔魚和廣東魴幼魚的對照組平均死亡率分別小于8%、6%和5%。各濃度組的死亡率均經過Abbott公式校正[9]，即校正死亡率(%)=[(測試死亡率(%)-對照死亡率(%))/(100-對照死亡率(%))]×100。

赤眼鱒仔魚在銅、鎘不同濃度下暴露24 h、48 h的死亡率如圖1所示。在銅濃度低于0.50 mg·L-1或鎘濃度低于4.0 mg·L-1時，赤眼鱒仔魚的死亡率隨著銅、鎘濃度的增加而增加，且銅、鎘對赤眼鱒的毒性效應隨著暴露時間的延長而增強。

鲴仔魚在銅、鎘不同濃度下暴露24 h、48 h的死亡率如圖2所示。在銅濃度低于0.08 mg·L-1或鎘濃度低于3.2 mg·L-1時，鲴的死亡率隨著銅、鎘濃度的增加而增加。且銅、鎘對鲴的毒性效應亦隨著暴露時間的延長而增強。

圖1 赤眼鱒仔魚在銅、鎘不同濃度暴露24 h、48 h后的死亡率Fig. 1 Mortality of Spualiobarbus Curriculus larvae exposed to different concentrations of Cu and Cd for 24 h and 48 h

圖2 鲴仔魚在銅、鎘不同濃度暴露24 h、48 h后的死亡率Fig. 2 Mortality of Xenocypris sp. larvae exposed to different concentrations of Cu and Cd for 24 h and 48 h

廣東魴幼魚在銅、鎘不同濃度下暴露24 h、48 h、72 h和96 h的死亡率如圖3所示。在銅濃度低于1.28 mg·L-1或鎘濃度低于8.0 mg·L-1時，廣東魴的死亡率隨著銅、鎘濃度的增加而增加，與赤眼鱒和鲴仔魚相似，銅、鎘對廣東魴幼魚的毒性效應亦隨著暴露時間的延長而增強。

2.2 銅和鎘對西江天然仔、幼魚的LC50及安全濃度

銅、鎘對珠江天然赤眼鱒和鲴仔魚以及廣東魴幼魚的LC50及其95%置信區間范圍、安全濃度如表1所示。銅對受試的3種天然魚類早期發育階段的半致死濃度比鎘的低一個數量級以上，表明銅對這3種天然仔魚和幼魚的毒性強于鎘。隨著暴露時間的延長，尤其是對幼魚的實驗結果可見，其LC50變化趨勢減小。由LC50計算得出銅對以上3種受試魚的安全濃度分別為0.006、0.010、0.010 mg·L-1，而鎘的安全濃度分別為0.163、0.077、0.320 mg·L-1，顯然鎘的安全濃度在不同種類及發育階段的變異系數大于銅。

圖3 廣東魴幼魚在銅和鎘不同濃度下暴露24、48、72和96 h后的死亡率Fig. 3 Mortality of Megalobrama terminalis juveniles exposed to different concentrations of Cu and Cd for 24, 48, 72 and 96 h

表1 銅、鎘對珠江天然仔魚、幼魚的LC50、安全濃度及水質標準Table 1 The LC50 and safety concentration for Cu and Cd to natural fish larvae from the Pearl River and their comparison with the limit value of relative elements of the water criteria

3 討論(Discussion)

3.1 珠江天然仔、幼魚對銅、鎘的敏感性

重金屬對魚類早期發育階段的毒性效應受到多種因素的影響，包括魚類種類、發育生長階段等生物自身因素，以及溫度、水質硬度、pH值、溶解氧、溶解有機質等環境因素[6]。本研究結果表明，相同環境條件下，同一發育階段的仔、幼魚群體對銅和鎘的毒性均隨著暴露時間的延長而增強。這與以往對其他水生試驗生物的研究結果一致[5,11-12]。但在一定濃度范圍內，隨著暴露時間的延長，其毒性增加趨勢減小，可能與受試生物對毒性物質產生耐受性有關。

半致死濃度LC50是指示受試生物對毒性物質敏感性的指標，其值越小，則受試生物對該物質越敏感，即物質對該生物的毒性越強。不同魚類仔、幼魚階段對銅的耐受性在種間差異極大。與其他淡水魚類早期發育階段比較，本研究中銅對赤眼鱒和鲴仔魚24 h 或48 h LC50低于大銀魚[13]、唐魚[14]、鮈鯽[15]、錦鯉[16]、鳙[17]等仔魚，但略高于臺灣石賓(Acrosscheilus paradoxus)[18]，而銅對廣東魴幼魚的24 h、48 h和96 h LC50亦低于中華鳑鲏[19]、孔雀魚[8]、臺灣鏟頭魚[20]等幼魚, 略高于臺灣馬口魚幼魚[20]。從本研究的兩種仔魚和一種幼魚結果可見，西江這幾種天然魚類早期資源對銅的敏感性強，在現有研究報道中屬于最為敏感的幾個種類之一(圖4)。

鎘對赤眼鱒和鲴仔魚24 h或48 h LC50低于唐魚[14]、鮈鯽[15]、錦鯉[16]、鳙[17]等仔魚，但略高于大銀魚[13]，而鎘對廣東魴幼魚24 h、48 h或96 h LC50亦低于中華鳑鲏[19]、臺灣鏟頭魚[20]、斑馬魚和孔雀魚[8]等幼魚, 但要高于劍尾魚[21]、臺灣馬口魚[20]等幼魚。與其他淡水魚類相似發育階段比較，西江赤眼鱒和鲴仔魚對鎘的敏感性極強，但以廣東魴為代表的西江幼魚對鎘的耐受性較高，在現有研究結果中耐受性居中，如圖4所示。

3.2 珠江流域銅、鎘污染對天然魚類早期資源的潛在生態風險

毒性物質對魚類的毒性強度可根據魚類出現急性中毒效應的96 h LC50(mg·L-1)值劃分為4個等級：<0.1為劇毒，0.1～1.0為高毒，1～10為中毒，而>10則為低毒[22]。本研究中銅對赤眼鱒和鲴仔魚的48 h LC50均小于0.1 mg·L-1，對廣東魴幼魚的96 h LC50值為0.1 mg·L-1，可見，銅對西江主要仔魚群體是劇毒的。而鎘對赤眼鱒和鲴仔魚的48 h LC50在1.0 mg·L-1左右，對廣東魴幼魚的96 h LC50值為3.2 mg·L-1，可見，鎘對西江主要魚苗群體呈現中毒～高毒毒性。

目前，國際上對由毒理實驗結果推算安全濃度的方法難以統一。最廣泛使用的是由美國EPA推薦的方法，即通過少量生物種群毒理試驗數據LC50、EC50等乘以安全系數(應用系數或急慢性比率)獲得。

圖4 銅和鎘對珠江天然魚類與其他區域淡水魚類早期發育階段LC50的箱式圖注：★為本研究值，仔魚以西江赤眼鱒、鲴LC50平均值表示，幼魚以廣東魴LC50值表示Fig. 4 Box diagram for LC50 of Cu and Cd to natural fish larvae and juveniles from the Pearl River and other areaNote: ★ indicates the results in this study; in which the LC50 for larvae is the average LC50 of Spualiobarbus curriculus and Xenocypris sp and the LC50 for juvenile is the LC50 of Megalobrama terminalis

我國《漁業水質標準》適用于魚、蝦類的產卵場、索餌場、越冬場、洄游通道和水產養殖區等海、淡水的漁業水域；而《地表水環境質量標準》依據水環境功能劃分I類水質對應的水體為集中式生活飲用水地表水源地一級保護區、珍稀水生生物棲息地、魚蝦類產卵場、仔稚幼魚的索餌場等。本研究中銅對西江占優勢的幾種天然魚類早期資源的安全濃度低于或接近我國現有的《漁業水質標準》[4]，且低于《地表水環境質量標準》[10]Ⅱ類對銅的規定一個數量級以上。從該角度看，現有的相關標準，尤其是《地表水環境質量標準》對銅的規定在保護西江現有優勢魚類早期資源群體上存在風險，這與其他研究中提出的國家《地表水環境質量標準》對銅的要求偏低一致[18]。而本研究中鎘對西江占優勢的幾種天然魚類早期資源的安全濃度遠高于相關標準對鎘的規定值，潛在生態風險較低。

根據作者所在研究團隊在當年魚類產卵季節(4月-6月)對西江廣東魴產卵場、珠三角河網及珠江口等水域的監測結果(見《2012年珠江河口江海魚類洄游通道生態環境監測技術報告》和《2012年西江廣東段廣東魴產卵場生態環境監測技術報告》,該兩份報告未允許公開發表)，其中水體銅的濃度范圍在0.002～0.021 mg·L-1之間，部分水域銅含量超出本研究中銅對西江早期魚類資源的安全濃度，該區域銅的污染可能會對該流域魚類早期資源群體的補充構成威脅；而鎘的濃度范圍在0.001～0.003 mg·L-1，低于本研究中鎘對當地天然仔魚、幼魚的安全濃度值，初步評價該區域鎘污染暫不會對當地主要魚類早期資源群體帶來嚴重的生態風險。由于室內實驗與現場水質指標差異較大，由室內實驗結果推導的安全濃度可能與現場的結果存在一定的差距，這是許多室內研究普遍存在的問題[27]。本研究可為相關的現場試驗及毒理學研究提供基礎依據。

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◆

ToxicitiesandPotentialEcologicalEffectsofCopperandCadmiumtoNaturalFishLarvaeandJuvenilesfromthePearlRiver

Zeng Yanyi, Lai Zini*, Yang Wanling, Gao Yuan, Li Yuefei, Pang Shixun

Pearl River Fishery Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Guangzhou 510380

11 January 2013accepted11 March 2013

Acute toxicities of copper and cadmium to natural fish larvae and juveniles from the Pearl River were studied by static test. The results show that the 48 h LC50of Cu to larvae of Spualiobarbus curriculus and Xenocypris sp. and the 96 h LC50of Cu to juvenile Megalobrama terminalis are 0.066, 0.055 and 0.10 mg·L-1, respectively, and the corresponding safety concentration thresholds are 0.006, 0.010 and 0.010 mg·L-1, respectively. The 48 h LC50of Cd to larvae of S. curriculus and Xenocypris sp. and the 96 h LC50of Cd to juvenile M. terminalis are 1.29, 0.83, 3.20 mg·L-1, respectively, and the corresponding safety concentration thresholds are 0.163, 0.077 and 0.320 mg·L1, respectively. Accordingly, concentration thresholds of Cu are equal to or lower than the limit value for Cu of the Water Quality Standard for Fisheries and the Class Ⅱ level of Environmental Quality Standards for Surface Water for Cu, and the safety concentration of Cd is higher than the limit value for Cd of the above relative standards. This study suggests that Cu contamination in the Pearl River may affect the residential fish population.

Cu; Cd; Megalobrama terminalis; Spualiobarbus curriculus; Xenocypris sp; LC50; safety concentration

廣東省海洋漁業科技推廣專項A201101I02

曾艷藝(1983-)，女，博士，助理研究員，研究方向：水生生物毒理與污染生態; E-mail: yanyizeng84@163.com

*通訊作者(Corresponding author)：E-mail: znlai01@163.com

10.7524/AJE.1673-5897.20130111002

2013-01-11錄用日期：2013-03-11

1673-5897(2014)1-049-07

： X171.5

： A

賴子尼(1964—)，女，博士，研究員，從事漁業生態環境保護研究。

曾艷藝，賴子尼，楊婉玲, 等. 銅和鎘對珠江天然仔魚和幼魚的毒性效應及其潛在生態風險[J]. 生態毒理學報, 2014, 9(1): 49-55

Zeng Y Y, Lai Z N, Yang W L, et al. Toxicities and potential ecological effects of copper and cadmium to natural fish larvae and juveniles from the Pearl River [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2014, 9(1): 49-55 (in Chinese)