《Process Safety and Environmental Protection》：Impacts of Lake Pollution on Tissue-Specific Metal Accumulation in Diverse Fish Species
托马斯·迪彭（Thomas Dippong）|沃伊卡·切扎拉（Voica Cezara）|玛丽亚-亚历山德拉·雷斯（Maria-Alexandra Resz）
克卢日-纳波卡技术大学（Technical University of Cluj-Napoca），理学院，维克托里埃街76号，430122，罗马尼亚巴亚马雷（Baia Mare）
摘要
本研究评估了两个湖泊水系统（样本CI和FI）的物理化学质量、金属污染、生物累积模式以及潜在的人类健康风险。根据水质指数（WQI）对水质进行评估，发现两个湖泊的整体状况都非常好，但存在化学成分上的差异。CI样本的WQI略高，原因是其中重金属和氮化合物的浓度较高，而pH值较低；FI样本的WQI最低，表明其化学污染程度最低。尽管CI样本中的金属累积浓度略高，但重金属污染指数仍显示污染水平较低。基于氮的指数表明NO3-的影响可以忽略不计，也没有铵相关的污染，进一步证明了水质的良好。
金属的生物累积模式在很大程度上取决于物种和组织类型，其中铁（Fe）在两个地点都是最具环境意义的元素。在FI和CI地点的鱼类中，铁在生物累积中占主导地位，尤其是在肝脏组织中显示出最高的生物累积因子。锰（Mn）和锌（Zn）主要在肠道、鳃和骨骼中累积。锂（Li）、锶（Sr）、钙（Ca）和钡（Ba）在不同物种和组织中的生物累积量始终较低。肝脏是主要的金属储存库，而肌肉和皮肤中的累积量很少。对人类健康风险的评估显示，通过饮水或皮肤接触水不会产生非致癌或致癌风险，其评分均处于成人和儿童的安全范围内。同样，鱼类体内的金属含量也在可接受范围内，指数评分低于1.0，表明食用鱼类后不会带来显著的健康风险。总体而言，研究结果证实，尽管在化学成分和生物累积方面存在差异，但FI和CI湖泊系统仍保持高质量的水质、低水平的金属污染以及微不足道的健康风险。
引言
水体作为开放的生态系统，与城市和农村地区直接相连。湖泊通过净化水质、调节局部气候以及为鸟类、爬行动物和鱼类提供栖息地，在全球和区域生态平衡中起着重要作用（Geng等人，2021年）。人类活动对水体的需求体现在洪水控制、灌溉、旅游和水产养殖等方面（Qin和Tao，2022年）。某些行为，如废物处理，会改变水质（Adesakin等人，2020年）。此外，多种自然过程，如稀释、降水、侵蚀、水岩相互作用，尤其是采矿、农业和工业活动，都会直接影响水的化学、生物和物理性质（Geng等人，2021年）。例如，农业和工业径流中含有大量的磷（P）和氮（N），这会促进藻类繁殖，导致水体缺氧（Vasistha和Ganguly，2020年）。
人为污染的程度可以通过检测和评估水中的化学成分来确定（Haile等人，2015年）。重金属被认为是导致水体污染最普遍、最危险且具有全球性的因素（Dippong等人，2022年；Haile等人，2015年）。重金属含量的大幅波动会对人类和动物种群产生负面影响（Vasistha和Ganguly，2020年）。集约化水产养殖、农业以及涉及金属加工、废物处理和化石燃料燃烧的工业过程是重金属的主要来源（Vasistha和Ganguly，2020年；Dippong等人，2024a年）。这些金属具有生物累积的能力，会对生物地球化学循环产生负面影响。这种累积可能导致物种多样性、生态系统功能以及人类健康受到严重影响（Vasistha和Ganguly，2020年）。
鱼类被认为是监测和评估水污染的潜在生物指示物，因为它们属于高营养级物种，最终可能被人类摄入（Muneer等人，2022年）。鱼类被认为是评估重金属污染水平的关键生物指标，其体型和地理分布特征支持了这一观点。虽然砷（As）和铅（Pb）即使在低浓度下也对鱼类和整个生物界有害，但锌（Zn）、钴（Co）、铜（Cu）和铁（Fe）等元素对鱼类的生长和代谢过程是必需的。
另一方面，鱼类因其富含欧米伽-3脂肪酸和高质量蛋白质而成为均衡饮食的理想选择。研究表明，鱼类体内的矿物质成分包括钾（K）、碘（I）、铁（Fe）、镁（Mg）、锌（Zn）、磷（P）和钙（Ca）等元素，这些元素对人类健康有重要影响（Yazman等人，2025年；Yüksel等人，2024年）。鱼类中的多不饱和脂肪含量有助于促进心血管健康（Yazman等人，2025年）。然而，鱼类中可能含有有害金属，这可能对健康构成威胁。正如Yüksel等人（2025年）所指出的，严格的法规、可持续的水产养殖方法以及生态保护的结合对于确保全球出口鱼产品的质量和安全至关重要。由于环境影响，铅（Pb）、砷（As）、镉（Cd）和汞（Hg）等金属会在鱼类肌肉组织中累积。这些金属通过大气沉降、农业径流和工业污染物等途径进入水生生态系统后被鱼类吸收（Yüksel等人，2025年）。由于这些金属能够进入人类食物链并引发严重的健康问题，因此它们具有特别高的风险（Yüksel等人，2025年）。研究表明，通过食物链和水体在鱼类体内累积的金属会导致蛋白质和欧米伽-3脂肪酸含量下降，进而引发氧化应激和潜在的突变性。水生生态系统是潜在有害物质积累的重要场所，这些物质对水生生物和依赖水生生物生存的人类构成了严重威胁。最新研究表明，家庭废物、农业活动和岩源物质是潜在有害元素污染的重要来源（Ustao?lu和Yüksel，2024年）。
影响金属生物累积的环境因素包括硬度、盐度、水的pH值、温度、金属的相互作用和分布，以及鱼类的性别、体型、年龄、饮食习惯、营养级和暴露时间。金属在鱼类体内的生物累积始于皮肤和鳃，随后通过血液在组织和各种器官中累积（Muneer等人，2022年）。鱼类组织中累积的有害物质对人类健康构成严重威胁，尤其是在频繁摄入的情况下。这些有毒元素既来自人为来源，也来自自然来源。这些金属的非致癌和致癌效应已有充分记录，尤其是长期暴露后。这些金属对人类健康的影响已被广泛研究，证据表明暴露与不良健康效应（如癌症风险增加、代谢功能障碍和器官损伤）之间存在关联（Yüksel等人，2024年；Yüksel等人，2025年）。金属在肝脏中的累积是由于它们的代谢功能、化学反应以及与金属硫蛋白等蛋白质的自然结合。尽管肝脏的主要作用是储存、重新分配和解毒这些金属，但细胞内的金属仍会释放到水中（Muneer等人，2022年）。
饮水、食用鱼类以及使用废水进行灌溉都可能使人类暴露于重金属（Dippong等人，2024b）。科学家们通过应用人类健康风险评估方法，对金属带来的负面影响进行了全面评估（Ustao?lu和Yüksel，2024年）。污染程度和健康风险通过特定方法进行评估，例如污染指数和危险指数。这些指数基于定量数据以及每种污染物的相关参数和阈值限制（Uugwanga和Kgabi，2021年；Ahirvar等人，2023年）。风险评估过程包括通过各种暴露途径计算慢性每日摄入量以及基于确定金属和参考剂量的危险商数（Habib等人，2020年；Eid等人，2024年；Ustao?lu和Yüksel，2024年）。具体方法的应用有助于根据水体的污染程度及其可能带来的健康风险对其进行分类。
本研究旨在评估罗马尼亚马拉穆列斯地区菲里扎湖（Firiza）和奇卡劳湖（Cicalau）的金属污染水平及污染源。具体研究目标包括：1. 水质测定；2. 湖水污染程度分析；3. 四种不同鱼类物种（七种不同组织）中的重金属测定；4. 两个湖泊（菲里扎湖和奇卡劳湖）中四种鱼类物种的金属浓度比较分析；5. 人为压力的程度及人为影响的缓解；6. 金属从水到鱼类的转移；7. 金属摄入（通过水和鱼类组织）及皮肤接触（水）时的健康风险评估。
采取正确和全面的管理措施对于防止和减轻污染及其对自然环境和人类健康的威胁至关重要。现有研究文献已经充分强调了这一必要性。
部分摘录
水样
本研究监测了位于罗马尼亚西北部马拉穆列斯县的两个湖泊。菲里扎湖（标记为FI，坐标47.72033N，23.61700E）位于巴亚马雷北部（沿菲里扎河，萨萨尔河的支流），是一个为城市提供饮用水的人工水库，面积约为180公顷，长度为3公里。奇卡劳湖（标记为CI，坐标47.690804N，23.371611E）位于巴亚马雷和萨图马雷之间，用于……（此处内容不完整）
水质
水质结果以每种化学指标的平均值呈现，结果显示各指标之间的差异较小。结果在方法的重复性范围内，标准偏差低于10%。研究中的湖泊pH值呈中性，范围从6.78（CI样本略酸性）到7.21（FI样本略碱性），代表了平均值。水质可能受到pH变化的影响……（此处内容不完整）
结论
对研究水样的污染评估表明，两个湖泊的整体水质都非常好，这从它们的低WQI值可以看出。WQI分数的变化与化学成分的差异之间存在相关性。CI样本的WQI最高，这归因于其中重金属和氮化合物含量较高以及pH值较低。相比之下，FI样本的WQI最低，与其极低的化学污染程度一致……（此处内容不完整）
未引用的参考文献
（IARC，国际癌症研究机构（IARC），2012a；世界卫生组织（WHO），2019年）
CRediT作者贡献声明
托马斯·迪彭（Thomas Dippong）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、监督、资源协调、方法论设计、调查实施、资金筹集、数据分析、概念化。
沃伊卡·切扎拉（Voica Cezara）：初稿撰写、可视化、方法论设计、数据分析。
玛丽亚-亚历山德拉·雷斯（Maria-Alexandra Resz）：审稿与编辑、初稿撰写、可视化、方法论设计。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
