砷在海洋食物链中的生物放大潜力及其发生机制

Arsenic is one of the most hazardous environmental pollutants. Arsenic pollution is a serious environmental problems in the coastal area. Recently, limited studies observed that arsenic could be biomagnified along some marine food chains/webs, resulting in the high bioaccumulation in higher trophic levels and potential harm to the organisms and human; in contrast, arsenic is commonly biodiminished in freshwater food chains/webs. However, what factors resulting in the arsenic biomagnification in marine ecosystems are remained unclear to date. In this study, we will firstly investigate trophic transfer of arsenic in several typical marine food chains/webs (bay, estuary, mangrove, seagrass bed, and coral reefs) and verify the universality of arsenic biomagnification in marine ecosystems. We will then conduct indoor experiments by using radio-tracing techniques to identify the key factors. Our latest studies suggested that the biomagnification is most probably related to the high content of organic arsenic species in marine organisms. Thus, we will focus on analyzing the bioavailability and trophic transfer efficiency of different arsenic species along marine food chains/webs. This project will be helpful for our better understanding of the ecotoxicology and biogeochemistry of arsenic, the assessment of the ecological risks of arsenic, and the safeguard of the marine ecological safety.

砷是世界范围内危害最大的环境污染物之一，在近海区域造成了严重的环境问题。目前，有限的研究发现砷在部分海洋食物链/网中被生物放大，造成高营养级生物中的砷富集，可对生物与人类健康产生潜在危害；然而砷在淡水食物链/网中却普遍被生物减小。导致砷在海洋食物链/网中生物放大的因素仍然未知。本项目将调查砷在几种典型海洋食物链/网（海湾、河口、红树林、海草床与珊瑚礁）中的生物传递作用，厘清砷在海洋生态系统中被生物放大是否具有普遍性，并且在调查的基础上开展室内模拟实验，通过同位素示踪技术等方法解析砷在不同食物链/网中传递作用的关键影响因素。我们近期研究发现，砷的生物放大与海洋生物的高有机砷含量有很大的相关性，因此，本项目将综合分析不同形态砷化合物的生物有效性与食物链传递作用的差异。本项目的实施可加深对砷的生态毒理和生物地球化学作用的科学认识，对准确评估预测砷的生态风险、保障海洋生态安全有重要意义。

砷是世界范围内危害最严重的环境污染物之一，可在多种海洋生物中高富集。针对砷能否在海洋生态系统中被生物放大这一科学问题，本项目调查了砷在几种典型海洋食物网（大亚湾、珠江口、新村湾海草床与美济珊瑚礁）中的生物传递作用，结合室内模拟实验，解析砷在不同食物网中传递的关键影响因素。研究结果发现：1）对大亚湾生态环境四个季节进行综合调查，不同生物类群总砷含量由高到低依次为头足类>蟹类>虾类>多毛类>双壳类>底栖鱼类>浮游动物>上层鱼类>浮游植物>棘皮类，底栖生物对砷的累积能力强于中上层生物；砷在大亚湾食物网中的传递作用有显著的季节差异，砷在春季和冬季的整体食物网、鱼类食物链和底栖食物链中都存在生物放大潜力，而在夏季和秋季，砷仅在底栖食物链中被生物放大；海洋生物的底栖食性是砷在大亚湾食物网出现生物放大潜力的主要原因。 2）砷在海草床和珊瑚礁两种典型底栖食物网中具有生物放大潜力，总砷在新村湾海草床生态系统中的营养级放大系数为1.21，在美济珊瑚礁生态系统中的营养级放大系数为2.95；在五种主要砷形态中，二甲基砷和砷甜菜碱出现了显著的生物放大，对砷在海草床食物网中生物放大起主要贡献；而在以浮游食物链为主的珠江口生态系统中，砷未被生物放大。3）在对典型海洋鱼类的室内模拟摄食实验中，食物中的无机砷较难被鱼吸收，但是可通过肠道微生物介导的一系列生物转化过程生成有机砷；而砷甜菜碱的生物可利用性远强于其他形态砷，这种高生物可利用性是造成其砷高累积和海洋食物网中生物放大的主要原因。综合这些结果，砷可普遍在海洋底栖生态系统中被生物放大，这与海洋底栖生物的高有机砷水平所决定。本项目的研究结果加深了对砷的生态毒理和生物地球化学作用的科学认识，对准确评估预测砷的生态风险、保障海洋生态安全有重要意义。