非稳态条件下河口牡蛎累积铜的生物动力学模型

In recent years, metal pollution has dramatically changed the metal levels in estuarine oysters, raising much concern in public. Serious copper (Cu) contamination in oysters has been found in the estuaries of southern China. However, our understanding of the mechanisms underlying the Cu bioaccumulation in oysters is still limited. One important related question is, how do the dynamic estuarine environments affect Cu accumulation in oysters? Also, can we quantitatively predict the Cu concentrations in the oysters by modeling? This study explores the variable Cu concentrations in estuarine oysters using a stable isotope tracer, biokinetic modeling, and field sampling. The dissolved uptake, assimilation, and elimination of Cu are studied to construct a biokinetic model, which can be used to predict the Cu concentrations in estuarine oysters under non-steady-state conditions. Together these will provide an insight into the transfer of Cu from ambient seawater to estuarine oysters, which will be useful for interpreting the data in bivalve biomonitoring, and provide theoretical foundation for green aquaculture of oysters and seafood safety.

近年来，河口污染已经导致了牡蛎的重金属水平显著上升，引起了公众对牡蛎重金属污染问题的极大关注。在我国南方一些河口区，牡蛎的铜污染问题已经相当突出。然而，我们对河口牡蛎累积铜的过程仍然知之甚少，其背后的机制尚未被系统揭示。一个关键的问题是，河口区特殊的动态环境特征如何影响牡蛎对铜的累积，这些影响能否通过建模进行定量预测? 本项目拟通过稳定同位素示踪实验，结合数学建模、野外调查验证等方法研究河口环境因素如何影响牡蛎吸收、同化、排泄铜的过程，以建立适用于预测河口牡蛎累积铜的生物动力学模型。研究结果将揭示铜在环境介质和牡蛎之间的迁移机制，这对环境监测者解读贝类生物监测数据将起到重要的参考作用，更将为贝类健康养殖和相关食品安全标准的设定提供理论指导。

我国南方河口的牡蛎铜（Cu）污染问题已经十分突出。然而，我们对牡蛎累积铜的机制仍然知之甚少。我们对Cu的生物可利用性的认识往往来自于对其他金属的研究。这些不足影响了我们对河口牡蛎Cu浓度的正确评估和预测。本研究以钦州湾为例，从河口牡蛎的重金属污染现状与季节变化、影响河口牡蛎Cu含量的主要环境因素、河口牡蛎主要饵料累积Cu的关键过程、河口牡蛎Cu污染源解析、不同环境条件下河口牡蛎累积Cu的生物动力学模拟等方面对河口牡蛎累积Cu进行了深度解析。我们发现个体大小、季节、地理位置、盐度、牡蛎种类均会影响牡蛎的Cu含量。同时，环境条件的变化，例如氮、磷、硅的水平和盐度，会改变牡蛎饵料（浮游植物）累积Cu的程度，间接影响牡蛎从食物吸收Cu。我们分析了不同组织的Cu浓度和Cu-65的组成，发现牡蛎组织的Cu浓度与Cu-65呈现显著的负线性相关关系，这可能是由于Cu在牡蛎体内的代谢和运移过程的生物动力学分馏引起了牡蛎体内Cu浓度和Cu-65同组成的差异。通过生物动力学模型模拟，牡蛎的摄食率和生长速率的比值对其重金属浓度有重要决定作用。海水中的悬浮颗粒物的浓度和藻类的含量会直接影响牡蛎的摄食率和生长速率。当牡蛎的生长效率较低时，牡蛎的Cu浓度会显著增加。这表明河口的生长条件（食物质量、水文条件、温度等）会影响牡蛎富集Cu的程度。本研究为设定合理贝类Cu安全限量标准奠定必要理论基础，也会为环境监测者解读环境生物监测数据、环境管理者的决策起到重要参考作用，也将为科学管理海洋环境、促进海洋养殖经济可持续发展提供科学的依据与策略支撑。