甲基汞的生物累积动力学特征及其在海洋食物链中的生物放大作用

Mercury pollution and its transfer and bio-magnification in marine food chains or web are important scientific issues for better understanding the mercury behavior and its toxicological effects on marine ecosystems. This research project is to investigate the levels, distribution and forms of mercury (total Hg and MeHg) in the waters and the surface sediments of the Laizhou Bay of the Bohai Sea, by in situ marine survey and mercury analyses at laboratory. Main food web of this region is investigated using trophic relationship analysis, on the basis of which two typical food chains are constructed for investigating the mercury behavior in the marine ecosystem: pelagic food chain (photoplankton-zooplankton-zooplankton feeders-pelagic carnivorous predators) and benthic food chain (benthic plants such as diatom and detritus)-benthic plant and detritus feeders-small benthic feeders-carnivorous predatory benthos). Trophic levels and MeHg concentrations in the muscles of the key species of the food chains are determined using stable nitrogen (15N/14N ratio) analysis and mercury analyses, respectively. On the basis of the above-mentioned data and results, inter-specific and inter-trophic level differences in the bio-magnification factors of the MeHg are determined and thereafter the transfer behavior and bioaccumulation of the MeHg along the two typical food chains in the Laizhou Bay are clarified. The findings of this research are expected to provide constructive information for better understanding the migration of MeHg in the coastal marine ecosystems and exploring theresponses of the ecosystem to mercury pollution.

近海汞污染及其在食物网(链)上的传递、累积和生物放大作用是研究汞污染对海洋生态系统毒理生态效应的重要科学问题。本项目拟围绕这一研究主题，采取野外现场调查和实验生态学验证相结合的方法，查明汞在莱州湾重点水域水体、沉积物和生物体内的污染水平、分布特征和生物累积规律；利用食性关系分析和稳定氮同位素分析法解析该水域生态系统的两种典型模型食物链(中上层食物链和底层食物链)和主干食物网结构，查明甲基汞在海洋食物链(网)上的传递和生物放大作用；利用毒理生态学实验的研究方法，开展重要资源生物不同方式汞暴露及排出实验，定量分析不同介质中的汞对生物体内汞累积量的贡献及差异，确定生物吸收汞的主要途径和动力学特征；进一步验证汞和甲基汞在生物不同组织中的累积规律，全面了解汞在生物体内累积的过程，为深入认识汞在近海生态系统中迁移规律及生态系统对汞污染的生态响应机制提供科学依据。

汞是毒性最强的重金属污染物之一，甲基汞作为毒性最强的汞化合物，能够通过食物链由低营养级的水生生物逐级传输到高营养级的水生生物体内，进而对水产品消费者的健康构成威胁。因此，汞在我国近海生态系统中的迁移转化规律及甲基汞在海洋食物链中的生物累积过程和放大机理亟需开展系统的科学研究。本项目重点关注汞和甲基汞在近海生态系统食物链(网)中的生物放大作用及其在典型海洋生物体内的累积途径及特征，以期揭示汞在海洋生态系统中的迁移和转化规律和甲基汞在海洋食物链中的生物累积和放大机理。本研究查明了莱州湾不同环境介质（水、沉积物、生物）中总汞和甲基汞的污染特征。结果表明：莱州湾8个调查站位中的海水总汞含量范围为9.4-48.3 ng/L，平均值为26.4 ng/L ；甲基汞的含量范围为0.2-3.1 ng/L，平均值为1.4 ng/L ；海水中甲基汞占总汞的比例为2.1%-10.4%，平均值为5.2%。沉积物中总汞含量范围为0.16-0.65 ug/g，平均值为0.36 ug/g；甲基汞的含量范围为0.01-0.23 ug/g，平均值为0.11 ug/g；表层沉积物中甲基汞占总汞的比例为6.3%-44.7%，平均值为26.9%。生物样品中总汞浓度在8.39-837.91 ng/g之间；甲基汞浓度在4.80-811.24 ng/g之间。利用稳定同位素技术测定各生物样品中的δ15N，构建了莱州湾底层食物链和中上层食物链，甲基汞在这两种食物链上的营养级放大因子(TMF)分别为1.77和3.03，在整个莱州湾海洋食物网上的营养级放大因子为2.09。研究了鱼类体内的甲基汞含量与体长和体重的关系，回归分析表明鱼类体内的甲基汞浓度与体重的相关性更强。在受控实验中研究了鱼类和贝类在水相、沉积物相和食物相中甲基汞的生物富集动力学特征，发现生物体内汞的蓄积主要来源于食物相，水相和沉积物相的汞吸收分别仅占总蓄积量的10%左右。本研究为我国近海生态系统的汞污染防治和管理提供了理论基础和数据支撑。