受污染的印度河泻湖（美国佛罗里达州）中河口鱼类肝脏和肌肉中微量元素含量的评估

分析印度河河口8种鱼类肝脏和肌肉中46种无机元素（含新兴污染物），发现汞在17%个体肌肉中超标，砷、硒以有机形态为主，营养级显著影响元素积累，更新区域元素基准值以指导生态管理。

卢安娜·H·鲍尔（Luana H. Bauer）|道格拉斯·H·亚当斯（Douglas H. Adams）|本杰明·D·巴斯特（Benjamin D. Barst）|安东宁·兰达（Antonin Landa）|马克·阿米奥（Marc Amyot）|迈克尔·罗萨巴尔（Maikel Rosabal）

魁北克大学蒙特利尔分校（UQAM）生物科学系，大学间湖泊学研究小组（GRIL），加拿大魁北克省蒙特利尔，H2X 1Y4

摘要

海洋生物体内的微量元素含量仍然是一个主要的环境危害因素，尤其是对具有生态重要性的鱼类而言。然而，这些污染物在不同营养级鱼类体内的行为尚未得到充分理解，而针对特定组织的评估提供了一个宝贵的数据库。本研究深入探讨了佛罗里达州印度河泻湖中几种具有娱乐、经济和生态价值的物种（Sciaenops ocellatus, Lutjanus griseus, Ariopsis felis, Centropomus undecimalis, Bairdiella chrysoura, Cynoscion nebulosus, Archosargus probatocephalus, Sphyrna tiburo）中多元素积累的动态。使用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-QQQ）测定了46种无机元素，包括一些新兴污染物（例如稀土元素）在肝脏和肌肉中的含量。这些污染物的水平低于全球其他河口的报告值，也低于国际监测组织设定的限值。营养状态是元素积累的重要驱动因素，低等食肉动物/杂食动物（例如A. felis）在大多数元素中的肝脏污染水平最高（

⁻¹）。通过这些发现，我们希望提高对实际海洋鱼类中微量元素含量的理解，从而指导更有效的生态管理策略。

引言

沿海生态系统日益受到人为来源的微量元素（TE）污染的威胁，包括工业废水、农业径流、采矿、港口运营和城市扩张（Sankar等人，2006年；Chouvelon等人，2019年）。这些污染物具有持久性且可生物累积，有可能变得有毒，对海洋生物和人类构成风险（Zahran等人，2025年）。全球各地的河口都是此类压力的热点地区，印度河泻湖（IRL）也不例外。这个位于佛罗里达州大西洋沿岸的生物多样性丰富的河口支持着众多物种，并提供关键的生态和经济服务，包括商业和娱乐渔业、受威胁物种的栖息地以及养分循环（Gilmore，1985年；Adams，2018年）。然而，人为压力——包括沉积物输入、侵蚀导致的有机颗粒输送、城市化、码头扩建和船舶使用——增加了该系统中的TE负荷（例如汞（Hg）、铜（Cu）、锌（Zn）（Strom和Graves，2001年；Trefry和Trocine，2011年；Yan和Trefry，2014年；Barile，2018年）。这种情况在许多其他河口和海湾中都很普遍，使得IRL成为研究不同鱼类物种中TE含量和营养分布的典型案例。

鱼类作为水生食物网的关键组成部分和人类饮食的常见来源，特别容易积累TE。值得注意的是，它们对TE暴露的反应因物种、生态特征和目标组织而异（Henry等人，2004年；Feng等人，2020年），因此需要进行多物种和特定组织的评估。例如，肝脏中的TE浓度模式仍知之甚少，而肌肉由于其对食品安全和TE营养传递动态的重要性而成为主要研究对象（Liu等人，2018年；Liu等人，2021年；Kumar等人，2021年；Serviere-Zaragoza等人，2021年；Trevizani等人，2022年；Saha等人，2025年）。然而，肝脏是TE代谢和储存的关键部位（Barst等人，2018年；Albuquerque等人，2021年），通常会积累更高的TE浓度。肝脏和肌肉共同提供了关于生态系统健康和人类暴露风险的宝贵补充信息。尽管有证据表明IRL及其周边水域、沉积物和其他生物体中存在多元素污染（Trocine和Trefry，1996年；Adams等人，2003年；Adams和Engel，2014年；Trefry和Trocine，2011年），但关于鱼类的研究主要集中在汞（Hg）上（Strom和Graves，2001年；Adams等人，2003年，2010年，2018年），导致大多数TE未被研究。此外，关于该生态系统中TE的现有数据大多过时或在鱼类物种和特定组织评估方面有限。这一关键知识空白也适用于研究野生海洋生物中的新兴污染物，如稀土元素（REEs）和铂族元素（PGEs）（Arienzo等人，2022年；Wang等人，2022年；Abdou等人，2023年）。此外，TE的化学形态常常被忽视，尽管TE的毒性很大程度上取决于其氧化状态和化学形式（Velma等人，2009年）。只有少数研究评估了鱼类肌肉和肝脏中潜在有毒的砷（As）、硒（Se）和汞（Hg）的化学形态（Jagtap等人，2016年；Zhang等人，2016年；Sele等人，2018年）。最后，生物体内TE的营养行为和积累受到栖息地TE水平和饮食组成的影响，这强调了将营养生态学整合到跨营养级的TE分布多元素研究中的必要性（Feng等人，2020年；Feng等人，2021年）。在这种情况下，稳定同位素分析可以提供描述营养结构和栖息地利用的宝贵框架：氮稳定同位素比值（δ¹⁵N）作为营养级的代理指标（Minagawa和Wada，1984年），碳同位素（δ¹³C）追踪基础能量的相对贡献（Peterson和Fry，1987年），以及硫（δ³⁴S）反映不同环境梯度中的栖息地使用情况（Raoult等人，2024年）。

在这里，我们通过研究IRL中八种海洋鱼类的多元素含量来填补这些空白。从实际角度来看，我们为IRL鱼类提供了更新的TE浓度基线。具体目标包括：（1）量化46种TE（包括经典TE如Hg、砷（As）、硒（Se）以及新兴污染物如REEs、PGEs）在肝脏和肌肉中的总含量；（2）通过δ¹⁵N、δ¹³C和δ³⁴S稳定同位素值结合饮食数据，探讨营养状态和摄食策略如何影响积累模式；（3）确定关键潜在有毒TE（如Hg、As和Se）的化学形态；（4）评估生态和人类健康风险，重点关注甲基汞（MeHg）的安全摄入阈值。我们假设TE水平通常在全球安全范围内，但某些个体的Hg可能超过阈值，因为Hg在IRL一直是一个值得关注的问题。我们还假设肝脏中的总TE浓度通常高于肌肉，并且不同物种之间的TE负担受其营养位置和摄食行为的影响。我们预计Hg主要以MeHg形式存在，As主要以毒性较低的有机形式（如AsB、DMA）存在，而Se主要以有机形式存在。甲基汞水平大多低于安全阈值，但偶尔可能超过人类摄入限制。

研究地点

IRL位于佛罗里达州大西洋沿岸，是一个部分封闭的河口，从北部的Ponce de León Inlet延伸到南部的Jupiter Inlet，全长约250公里（Sigua等人，2000年）。最大深度约为2米（平均深度1.5米），疏浚区域不超过4米（Snelson和Williams，1981年；Reyier等人，2011年），使其成为北美生物多样性最丰富的河口系统之一。

印度河泻湖：为未来监测更新微量元素基线值

在检测的46种TE中，我们在所有肝脏和肌肉样本中一致检测到总汞（Hg）、锌（Zn）、铜（Cu）、锰（Mn）、硒（Se）、硫（S）、砷（As）、铷（Rb）、锶（Sr）和铯（Cs）的浓度高于检测限（LOD）；铬（Cr）、铅（Pb）和钡（Ba）在超过一半的样本中存在（>50%），而钴（Co）、钒（V）、镉（Cd）、钼（Mo）、钕（Nd）、镨（Pr）、钇（Y）、银（Ag）、钆（Gd）和钐（Sm）主要存在于肝脏中（表S1）。在两种组织中检测不到的比例较高的元素（>33%）包括大多数稀土元素——即镧（La）、铈（Ce）、镝（Dy）、铕（Eu）、钇（Yb）、铥（Tm）以及锑（Sb）。有趣的是，所有

IRL中的TE水平及组织比较

在分析的46种TE中，有一部分在肝脏和肌肉中均被检测到（THg、MeHg、Zn、Cu、Mn、Se、S、As、Rb、Sr和Cs），而钴（Co）、镉（Cd）、钒（V）、钼（Mo）、钕（Nd）、镨（Pr）和钇（Y）主要仅在肝脏中检测到。这些TE在所有物种中的普遍存在表明整个系统都受到了污染，而不是局限于特定栖息地或分类群。然而，其他TE，如大多数稀土元素，仅在A. felis中检测到。尽管这种鱼也存在于

结论

本研究为IRL鱼类的污染提供了更新的多金属基线数据，扩展了现有的关于汞（Hg）的知识，这对于长期生态评估和食物网研究至关重要。数据显示污染程度适中，没有出现新兴污染物（如稀土元素Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu，以及铂族元素Ru、Rh、Pd和Pt）的显著富集，但数据强调了持续监测的重要性。

CRediT作者贡献声明

卢安娜·H·鲍尔（Luana H. Bauer）：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、验证、项目管理、方法论、调查、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。道格拉斯·H·亚当斯（Douglas H. Adams）：撰写——审阅与编辑、验证、监督、资源协调、项目管理、方法论、调查、数据管理、概念化。本杰明·D·巴斯特（Benjamin D. Barst）：撰写——审阅与编辑、验证。安东宁·兰达（Antonin Landa）：撰写——审阅与编辑

写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备本手稿期间，作者使用了ChatGPT（OpenAI）来帮助提高文本的可读性和清晰度。该工具仅用于语言润色，未参与数据分析、解释或科学结论的生成。所有内容均经过作者审查、编辑和批准，作者对手稿的准确性和完整性负全责。

资助

自然科学与工程研究委员会（NSERC）向M. Rosabal和M. Amyot提供了发现基金（Discovery grants）。M. Amyot还获得了加拿大研究主席计划的支持。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Maikel Rosabal报告称获得了加拿大自然科学与工程研究委员会（NSERC）的财务支持。Marc Amyot报告称获得了加拿大自然科学与工程研究委员会（NSERC）的财务支持。如果有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人

致谢

本工作得到了加拿大自然科学与工程研究委员会（NSERC）发现基金（MR, MA）和加拿大研究主席计划（MA）的支持。我们还要感谢魁北克研究基金 - 自然与技术（FRQNT）对L. H. B的奖学金（文件编号：335475）。我们衷心感谢佛罗里达鱼类和野生动物保护委员会渔业独立监测项目的敬业科学家们