Characteristics and evaluation of temporal and spatial distribution of DDTs in oysters along coastal waters of Hainan Island, China
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摘要:
于2006年~2012年在海南岛东寨港、马袅港、八所港和榆林港4个典型港湾采集近江牡蛎(Crassostrea rivularis)样品，用气相色谱法测定其滴滴涕(DDTs)的质量分数。结果显示，DDTs残留范围为未检出~4.51 ng · g-1(湿质量)，平均为1.45 ng · g-1，4个采样点w(DDTs)的区域差异不显著(P>0.05)。与国内外其他海域相比，海南岛沿岸贝类体内DDTs残留水平较低。在2006年~2012年间，DDTs于2007年出现了一个相对高值，之后5年呈先下降后趋于平稳的趋势。此研究结果与1985年海南岛近海贝类体内的DDTs残留量均处于100 ng · g-1水平级范围。通过对牡蛎样品DDTs的组分特征分析，认为目前检测到的DDTs主要来源于历史使用残留，但推断2006年~2007年可能有三氯杀螨醇来源的DDTs输入。结果表明，海南岛沿岸牡蛎体内DDTs符合中国《海洋生物质量》一类质量标准，也未超出中国相关残留限量标准，其食品安全风险在可接受范围内。
Abstract:During 2006~2012, we collected oysters (Crassostrea rivularis) from Dongzhai Harbor, Maniao Harbor, Basuo Harbor and Yulin Harbor which are along the coastal waters of Hainan Island, China, to determine the DDTs contents by gas chromatography with electron capture detector.The results show that the DDTs contents vary from undetectable to 4.51 ng · g-1 (wet weight) with an average of 1.45 ng · g-1. No significant difference is found in DDTs contents among the 4 sampling sites (P>0.05). The level of DDTs residues in oyster from the coastal waters of Hainan Island is relatively lower than the other coastal areas home and abroad. The DDTs contents reached the maximum in 2007 then decreased slightly and maintained steady from 2007 to 2012. The DDTs contents in shellfish from Hainan Island in both 1985 and 2006~2012 are within 100 ng · g-1. The composition analysis of DDTs in oyster reveals that DDTs residues mainly come from historical usage, but there is probably an input of new DDTs coming from dicofol during 2006~2007. DDTs residues in oyster along the coastal waters of Hainan Island meet with the requirement of the first grade of the National Marine Biological Quality Standard of China, not exceeding the state residual limited standards, and the food safety risk is acceptable.
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Keywords:
- oysters /
- DDTs /
- temporal and spatial variation /
- risk assessment /
- coastal waters of Hainan Island
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滴滴涕(DDTs)是一种典型的持久性有机污染物，具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性等特点，并具有致癌、致畸和内分泌干扰作用，通过生物积累和生物放大作用对生态系统和人体健康造成显著危害。中国自1983年禁用DDTs后，各地环境介质中的DDTs残留量总体呈现逐渐下降的趋势，但是近几年局部地区环境中的DDTs有反弹的迹象[1-2]，因此，对DDTs污染的跟踪研究与监测仍是一项长期的任务。
牡蛎是海南岛沿岸海域重要养殖经济贝类之一，由于其营固着生活方式，且蓄积污染物的能力强，因而也是海洋污染监测中一种较理想的生物指示种。海南岛地处热带，四面环海，拥有丰富的海洋资源，渔业是其重要产业。以往国内对浙江、广东和广西等沿岸贝类体中的DDTs残留与分布情况研究较多[3-4]，但关于海南岛沿岸贝类体中DDTs残留的时空分布状况尚未见报道。笔者于2006年~2012年采集了海南岛沿岸4个重要港湾的近江牡蛎(Crassostrea rivularis)，分析了该区域牡蛎体内DDTs的残留水平和时空分布情况，并对研究海域的环境质量和牡蛎食用安全性进行了初步评价，以期为海南沿岸渔业环境保护和水产品质量安全管理提供基础数据和科学依据。
1. 材料与方法
1.1 样品采集
根据“南海贻贝观察计划”[5]的研究结果，采样选在2006年~2012年每年的3月，地点选在海南岛沿岸4个重要港湾，分别是东寨港(DZ)、马袅港(MN)、八所港(BS)和榆林港(YL)(图 1)。采集3~4龄的近江牡蛎样品30只以上，在采样现场剥离其软组织，冰冻保存送至实验室。
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图 1 海南岛沿岸牡蛎采样点示意图Fig. 1 Sampling stations of oysters from coastal waters of Hainan Island1.2 样品分析
样品经解冻、均质后准确称取5 g试样，用V(正己烷)∶ V(二氯甲烷)=1∶ 1的混合液50 mL均分2次超声提取，提取液经浓硫酸净化，无水硫酸钠脱水，硅胶/氧化铝柱层析，用50 mL正己烷和二氯甲烷混合液(体积比1∶ 1)洗涤层析柱，收集滤液旋转蒸发至干，最后定容至1.00 mL，待气相色谱分析。
气相色谱条件为美国Agilent公司HP6890N型气相色谱仪、DB-701型石英毛细管柱(30 m×0.32 mm×0.25 um)、63Ni微电子捕获检测器，高纯氮气做载气，恒压(70 kPa)，进样口和检测器温度分别为220和250 ℃。升温程序为150 ℃保持1 min，以25 ℃ · min-1速率升至180 ℃保持5 min，再以5 ℃ · min-1速率升至220 ℃保持9 min。标准物质溶液由国家标准物质研究中心提供，DDTs包括o,p′-DDT，p,p′-DDT，p,p′-DDD和p,p′-DDE。
用HP化学工作站软件采集和处理气相色谱数据，根据相对保留时间定性、外标峰面积法定量。空白试样的色谱图上无干扰峰，表明分析过程未引入污染。加标回收率为81.2%~106%。牡蛎体内DDTs的测定结果均以湿质量表示。
1.3 评价方法
环境质量生物评价采用单因子污染指数评价，评价模式为：
$$ P_i=\frac{C_i}{S_i} $$ (1) 其中Pi为i污染物的单因子指数，Ci为污染物的实际浓度，Si为i污染物的评价标准。质量评价以单因子污染指数1.0作为该因子是否对生物产生污染的基本分界线，小于0.5为生物未受该因子污染，0.5~1.0为生物受到该因子污染，大于1.0表明生物已受到该因子污染[2]。
根据下述公式计算沿岸居民平均每人每天牡蛎类水产品的消费量：
$$ \mathrm{ADI}=\frac{C \times V}{W} $$ (2) 其中ADI代表每日每千克体质量人体因食用牡蛎摄入DDTs的量(ng · kg-1 · d-1)，C代表牡蛎体中w(DDTs)的平均值(ng · g-1)，V代表每人每天的食用量(g · d-1)，W代表平均体质量(60 kg)。
2. 结果与分析
2.1 DDTs的残留量与空间分布特征
2.1.1 DDTs的残留量
2006年~2012年海南岛沿岸4个采样站点7年采集的28份近江牡蛎样品中，只有2010年八所港和2011年榆林港的样品未检出DDTs(包括o,p′-DDT，p,p′-DDT，p,p′-DDD和p,p′-DDE)，其他26份均有检出，总体平均检出率为92.8%，表明各采样站点的牡蛎体内仍有一定量的DDTs残留。w(DDTs)范围为未检出~4.51 ng · g-1(湿质量，下同)，所有站点的总体平均值为1.45 ng · g-1。其中78.6%的样品w(DDTs)为0.30~3.09 ng · g-1，质量分数低于0.30 ng · g-1和高于3.09 ng · g-1的样品分别占全部样品的14.3%和7.1%。其中所有检出DDTs的样品中，质量分数最低值(0.26 ng · g-1)出现在2010年的马袅港，最高值(4.51 ng · g-1)出现在2007年的榆林港，是2010年的马袅港的17倍。经单样本K-S检验，海南岛沿岸牡蛎样品中DDTs残留水平的出现频率呈正态分布(图 2)。
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图 2 海南岛沿岸牡蛎体内w(DDTs)的频数分布Fig. 2 Frequency distribution of DDTs content in oysters along coastal waters of Hainan Island2.1.2 DDTs的空间分布特征
在海南岛4个采样站点中，2006年~2012年w(DDTs)平均值以马袅港最大，为(1.66±1.11)ng · g-1，八所港和榆林港次之，分别为(1.40±1.20)ng · g-1和(1.40±1.49)ng· g-1，东寨港最小为(1.35±0.91)ng · g-1，最高站点值仅是最低站点值的1.2倍。经Duncan′s检验多重比较，4个站点的区域差异性表现不显著(P>0.05)(图 3)。
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图 3 海南岛沿岸牡蛎体内w(DDTs)的空间分布Fig. 3 Spatial distribution of DDTs content in oysters along coastal waters of Hainan Island2.1.3 海域间残留水平比较
国内外部分沿岸海域双壳贝类DDTs的残留水平可分为4个水平级范围(10-1 ng · g-1、100 ng · g-1、101 ng · g-1和102 ng· g-1水平级)。海南岛沿岸牡蛎样品中的平均w(DDTs)为1.45 ng · g-1，处于100 ng · g-1水平级范围，与德国波罗的海、土耳其黑海、日本东京湾、菲律宾、韩国、中国广东和福建沿海贝类的DDTs残留处于同一个数量级水平，比格陵兰岛的(10-1 ng · g-1水平级)高1个数量级，比中国浙江沿海、东海和黄、渤海海域的(101 ng · g-1水平级)低1个数量级，比埃及红海的(102 ng · g-1水平级)低2个数量级(表 1)。由于DDTs主要来源于与农业相关的一些活动，因此，目前农业经济占主体地位的发展中国家DDTs残留水平总体较发达国家高。综合而言，海南沿岸贝类样品中w(DDTs)处于国内海域中的较低水平，低于国外发展中国家海域，而与国外经济发达地区海域的中等残留水平相近。
表 1 不同海域双壳贝类中DDTs的残留量比较Table 1 Comparison of DDTs residues in bivalves from different coastal waters沿岸海域
coastal watersw(DDTs)/ng·g-1 采样年份
sampling year参考文献
reference德国波罗的海 Baltic Sea，German 0.3~4.5 1990~1991 [6] 菲律宾沿海 Philippines 0.19~4.2(1.6) 1994~1997 [7] 格陵兰岛沿海 Greenland 0.24~0.81 1994~1995 [8] 韩国沿海 Korea 0.32~18.83(3.13) 1999 [9] 土耳其黑海 Black Sea，Turkey 0.15~4.14 1999~2000 [10] 埃及红海 Red Sea，Egypt 125~772(412) 2000 [11] 中国广东沿海 Guangdong, China 0.11~76.3(9.61) 2003~2005 [4] 中国福建沿海 Fujian, China 1.6~21.6 (8.84) 2002 [12] 中国浙江沿海 Zhejiang, China 3.3~82.1(52.9) 1998~2003 [3] 中国东海 East China Sea, China 17.47~59.33 2006~2007 [13] 中国黄、渤海 Yellow Sea and Bohai Sea, China 4.5~147.8(44.7) 2006 [14] 中国海南岛沿岸 Hainan Island，China nd~4.51(1.45) 2006~2012 此研究 注：括号内外数值分别为平均值和含量范围；nd. 检测限以下
Note: The values inside and outside the brackets are average and range，respectively；nd. undetectable2.2 DDTs的时间变化趋势
w(DDTs)平均值在2007年出现高峰值，为(3.16±0.97)ng · g-1，且经Duncan′s检验多重比较，该年w(DDTs)平均值与其他6年有显著性差异(P < 0.05)。2007年~2010年w(DDTs)平均值在波动中呈总体下降趋势，而2010年~2012年呈小幅波动但总体平稳的趋势，分别为(0.61±0.56)ng ·g-1、(0.82±1.14)ng · g-1和(0.76±0.38)ng · g-1，其中各年份w(DDTs)平均值中，最高值(2007年)是最低值(2012年)的4.2倍(图 4-a和图 4-b)。
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图 4 海南岛沿岸牡蛎体内w(DDTs)的时间变化特点Fig. 4 Temporal trend of DDTs content in oysters along coastal waters of Hainan Island就各采样点w(DDTs)的变化趋势而言，除2006年八所港和2011年马袅港样品略高之外，变化情况与平均值的年际变化趋势一致。总体而言，2006年~2012年平均w(DDTs)除了在2007年出现一个小高峰值，之后几年呈先下降后平稳的总体趋势。
有关研究[15]表明，各国禁用DDTs以后海洋环境介质中的DDTs残留量总体呈现逐渐下降的趋势。如“美国贻贝观察计划”结果显示，美国于1972年禁用DDTs，1972年~1986年的15年间沿海贝类的w(DDTs)降低至原来的约1%；而中国“南海贻贝观察计划”发现，广东沿海贝类体内的w(DDTs)在1983年~1993年禁用初期的10年间降低至原来的约0.5%。此研究发现，海南岛贝类体内DDTs在大时间尺度上也是呈下降趋势，但下降幅度非常小。1985年海南省海岸带污染调查[16]结果表明，当时海南岛贝类体内DDTs的平均残留量为3.0 ng · g-1，与此研究中2006年~2011年总体平均w(DDTs)的1.45 ng · g-1相比，DDTs在20多年间质量分数变化幅度非常小。海南沿岸地处热带地区，DDTs农药的生物降解代谢速率本应比广东和美国沿岸快，但实际上并没有，这主要是由于海南岛在20世纪70~80年代DDTs类农药使用量相对较小，其沿岸海域贝类的DDTs背景残留水平本来就很低，比美国和广东沿岸贝类同期的残留水平低约2~3个数量级，仅处于100 ng · g-1水平级范围，因而其DDTs不可能大幅度急速下降。另外，在DDTs禁用后海南岛周边海域并无高强度或持续性的新污染源输入，目前贝类体中DDTs主要是历史上输入其海域环境中的DDTs长期残留的反应，故海南岛沿岸贝类的DDTs残留量总体变化幅度不大，仅在较低水平内小范围波动。
2.3 DDTs的组分特征及来源分析
工业DDTs是一种混合物，主要包括约75%的p,p′-DDT，15%的o,p′-DDT，0.5%的o,p′-DDE，0.5%的p,p′-DDD，0.5%的o,p′-DDD及其他少量化合物[17]。DDT(包括p,p′-DDT和o,p′-DDT，下同)降解转化成相对比较稳定的DDD和DDE。一般认为DDT/(p,p′-DDD+p,p′-DDE)的比值越高(>1)，则环境中近期有新的DDTs污染物质输入的可能性越大[18-19]。此研究在所有牡蛎样品中，p,p′-DDE占绝对优势，p,p′-DDE(45%)>p,p′-DDD(20%)>p,p′-DDT(18%)>o,p′-DDT(16%)。计算后发现，海南岛沿岸牡蛎体中DDT/(p,p′-DDD+p,p′-DDE)的比值为0.5(< 1)(图 5)。同时，所有海南岛牡蛎样品中DDTs残留水平均很低，且随时间变化总体呈先下降后趋于平稳的变化规律，因此可以认为目前海南岛沿岸牡蛎体内的DDTs主要来源于历史使用残留。另外，DDTs各组分所占比例因年份或站点的不同而有一定差异性。如东寨港、马袅港、八所港和榆林港由2006年~2012年平均值计算的DDT/(p,p′-DDD+p,p′-DDE)比值分别为0.7、0.3、0.8和0.6，而在2006年~2012年由每年站点平均值计算的DDT/(p,p′-DDD+p,p′-DDE)中，除2007年的比值>1外，其他6年的比值为0~0.5(图 5)，也表明各站点或各年份的组分特征符合DDTs主要来源于历史使用残留的结论。
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图 5 各采样点和各年份牡蛎体内DDTs组分比例Fig. 5 Composition of DDTs in oysters in different sites and years然而此研究也发现，2007年海南岛沿岸海域牡蛎体的DDT/(p,p′-DDD+p,p′-DDE)比值高达1.5(>1)，而且在该年4个站点的比值均超过1；同时，该年平均w(DDTs)明显高于其他6年。这一现象与《2007年中国海洋环境质量公报》[20]的结果相吻合，该报告显示海南近岸海域贝类中DDTs在2006年~2007年有上升趋势，指出2007年海南近岸局部海域沉积物受到DDTs的污染。综合上述分析结果，可判断2007年有新DDTs输入的可能性较大。
中国环境中w(DDTs)升高很可能与三氯杀螨醇的使用有关。三氯杀螨醇是一种广谱高效的有机氯杀螨剂，被普遍用于防治柑桔、荔枝、龙眼、玉米、棉花、茶树和蔬菜等农作物的螨害[21]，海南岛的主要农作物也普遍使用三氯杀螨醇。中国市售的三氯杀螨醇产品含DDTs杂质14%以上[22]，1988年~2002年中国因三氯杀螨醇的使用而带入环境中的DDTs约有8 770 t[23]。与工业DDTs组分构成不同，三氯杀螨醇中o,p′-DDT占优势，其o,p′-DDT/p,p′-DDT值远比在工业DDTs(约为0.2)中的高，因此，这一比值可作为判别三氯杀螨醇污染源的指标。QIU等[23]认为2002年检测到太湖空气中较高的DDTs，且o,p′-DDT/p,p′-DDT比值高，是因为该年夏天高温干旱气候使病虫害严重，致使三氯杀螨醇被广泛使用。此研究发现，2007年海南岛沿岸牡蛎体的o,p′-DDT/p,p′-DDT的比值(1.6)与其他年份(0~0.7)相比明显较高，同时o,p′-DDT与p,p′-DDT之和在各年份中也最高。此研究采样时间选在每年初春3月且采集的是生物样品，则2007年检测到牡蛎样品中的DDTs残留更多地是反映2006年情况。《2006海南省气候公报》[24]显示，2006年海南的气候较常年异常(气温比常年偏高0.5~1.3 ℃，年平均降水量较常年偏少15%)，同时高温干旱的气候特点最有利于螨虫类病虫害的发生和蔓延，为了有效防控病虫害，2006年海南岛三氯杀螨醇农药的使用量可能增加，从而造成环境中DDTs有所升高。鉴于此研究中DDTs残留水平总体较低，2006年因三氯杀螨醇使用而引入的DDTs的量应不是很高，同时海南岛地处热带，温度高，有利于DDTs降解，故2008年后检测到的DDTs又下降到背景残留水平。
2.4 生物质量与食用安全风险评估
2.4.1 生物质量评价
中国《海洋生物质量》(GB 18421-2001)一类标准适用于海洋渔业水域和海水养殖区等海域，其中规定该类水域贝类中w(DDTs)不超过10 ng · g-1。采用此标准并以单因子污染指数评价法对检测海域DDTs污染状况进行评价，结果显示，2006年~2012年海南岛沿岸28个样品中的污染指数为0~0.45(< 0.5)，除2007年榆林港和2006年八所港牡蛎样品的指数值相对较高外(分别为0.45和0.35)，其他样品的指数值均低于0.30，因此，海南岛沿岸海域牡蛎体内DDTs符合中国海洋生物质量一类标准，近年受DDTs污染的程度极低。
2.4.2 产品质量与食用安全风险评估
中国《食品中农药最大残留限量标准》(GB 2763-2005)规定了水产品中DDTs的允许的最大残留量为500 ng · g-1(湿质量)，而中国《无公害食品水产品中有毒有害物质限量》(NY5073-2001)对DDTs残留量的要求是不超过1 000 ng · g-1，与之比较，2006年~2012年海南岛沿岸28个牡蛎样品中的DDTs残留量均远低于该类标准值和欧美等国家的最高残留限量(如美国5 000 ng · g-1；澳大利亚、欧盟1 000 ng · g-1；日本3 000 ng · g-1)[2]。鱼、贝类等水产品的食用是人体蓄积有机污染物的主要方式之一，摄食大量污染的海产食品的人群其组织中的污染物残留量远高于普通人群[25]。在一项沿海城市的调查中发现，有75%的DDTs是通过海鲜类水产品摄入[26]。此研究试从人均日摄入量方面评估海南岛牡蛎对人体可能的暴露风险。根据唐洪磊等[27]对广东沿岸居民膳食结构的调查结果，选取人均牡蛎食用量为20 g · d-1。以此研究牡蛎中DDTs的最大值4.51 ng · g-1、平均值1.45 ng · g-1、中间值1.14 ng · g-1，根据式(2)计算出相对应的人体每天DDTs的摄入量分别为1.50 ng · kg-1 · d-1、0.48 ng · kg-1 ·d-1和0.38 ng · kg-1 · d-1，均远低于中国最新设定的DDTs每日耐受摄入量(0.01 mg · kg-1 · d-1)和FAO/WHO规定的每日允许摄入量(0.02 mg · kg-1 ·d-1)[2]，其中计算出的最大每日摄入量仅是中国规定的DDTs每日耐受摄入量的0.15%。因此，海南岛沿岸牡蛎体内DDTs对人体健康的风险在可接受范围内，消费者在正常食用水平下因食用监测海域的牡蛎而受到DDTs危害的可能性不大。
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图 1 海南岛沿岸牡蛎采样点示意图
Figure 1. Sampling stations of oysters from coastal waters of Hainan Island
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图 2 海南岛沿岸牡蛎体内w(DDTs)的频数分布
Figure 2. Frequency distribution of DDTs content in oysters along coastal waters of Hainan Island
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图 3 海南岛沿岸牡蛎体内w(DDTs)的空间分布
Figure 3. Spatial distribution of DDTs content in oysters along coastal waters of Hainan Island
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图 4 海南岛沿岸牡蛎体内w(DDTs)的时间变化特点
Figure 4. Temporal trend of DDTs content in oysters along coastal waters of Hainan Island
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图 5 各采样点和各年份牡蛎体内DDTs组分比例
Figure 5. Composition of DDTs in oysters in different sites and years
表 1 不同海域双壳贝类中DDTs的残留量比较
Table 1 Comparison of DDTs residues in bivalves from different coastal waters
沿岸海域
coastal watersw(DDTs)/ng·g-1 采样年份
sampling year参考文献
reference德国波罗的海 Baltic Sea，German 0.3~4.5 1990~1991 [6] 菲律宾沿海 Philippines 0.19~4.2(1.6) 1994~1997 [7] 格陵兰岛沿海 Greenland 0.24~0.81 1994~1995 [8] 韩国沿海 Korea 0.32~18.83(3.13) 1999 [9] 土耳其黑海 Black Sea，Turkey 0.15~4.14 1999~2000 [10] 埃及红海 Red Sea，Egypt 125~772(412) 2000 [11] 中国广东沿海 Guangdong, China 0.11~76.3(9.61) 2003~2005 [4] 中国福建沿海 Fujian, China 1.6~21.6 (8.84) 2002 [12] 中国浙江沿海 Zhejiang, China 3.3~82.1(52.9) 1998~2003 [3] 中国东海 East China Sea, China 17.47~59.33 2006~2007 [13] 中国黄、渤海 Yellow Sea and Bohai Sea, China 4.5~147.8(44.7) 2006 [14] 中国海南岛沿岸 Hainan Island，China nd~4.51(1.45) 2006~2012 此研究 注：括号内外数值分别为平均值和含量范围；nd. 检测限以下
Note: The values inside and outside the brackets are average and range，respectively；nd. undetectable
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