鳥類對(duì)持久性有機(jī)污染物的定向傳輸作用研究進(jìn)展*

袁林喜 祁士華

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院，武漢，430074)

鳥類對(duì)持久性有機(jī)污染物的定向傳輸作用研究進(jìn)展*

袁林喜＊＊祁士華

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院，武漢，430074)

傳統(tǒng)意義上認(rèn)為，持久性有機(jī)污染物(POPs)的傳輸途徑主要有兩種形式，一種是通過揮發(fā)之后進(jìn)入大氣，然后通過長距離大氣傳輸、蚱蜢效應(yīng)、高山冷凝效應(yīng)等方式進(jìn)行傳輸;另一種是進(jìn)入水體中，通過水流的搬運(yùn)作用傳輸，從而進(jìn)入湖泊、河流生態(tài)系統(tǒng)，甚至可以通過洋流的長距離輸送到達(dá)北極等高緯地區(qū).另外，海鳥、候鳥和留鳥可以對(duì)POPs進(jìn)行海－陸、跨緯度和區(qū)域小范圍內(nèi)的定向傳輸.鳥類因其數(shù)量巨大、顯著的生物放大效應(yīng)以及遷徙性等獨(dú)有的特征，可能成為POPs的定向傳輸和再分配中的第三種方式——生物傳輸中的重要形式.而且，在全球氣候變化和環(huán)境變化的背景下，海鳥、候鳥和留鳥的棲息地、遷徙路徑等已經(jīng)或者將要發(fā)生顯著變化，從而對(duì)污染物的再分配產(chǎn)生顯著影響，有可能帶來新的環(huán)境問題.本文對(duì)于POPs的傳輸和再分配的認(rèn)識(shí)具有重要意義，可為在國內(nèi)開展相關(guān)的研究提供理論依據(jù).

海鳥，候鳥，留鳥，持久性有機(jī)污染物，傳輸途徑.

持久性有機(jī)污染物(Persistent Organic Pollutants/POPs)在環(huán)境行為上表現(xiàn)為:(1)高毒害性.大多具有“三致(致癌、致畸、致突變)”效應(yīng)，對(duì)人類和動(dòng)物的生殖、遺傳、免疫、神經(jīng)、內(nèi)分泌等具有強(qiáng)烈危害［1－2］;(2)持久性.對(duì)生物降解、光解、化學(xué)分解作用有較高的抵抗能力，在環(huán)境中降解緩慢、滯留時(shí)間長［3－4］;(3)食物鏈的累積性.具有很強(qiáng)的親脂憎水性，可通過食物鏈逐級(jí)放大，導(dǎo)致低濃度存在于氣、水、土中的POPs通過食物鏈對(duì)處于最高營養(yǎng)級(jí)的人類健康造成嚴(yán)重危害［4，5－7］;(4)長距離遷移性.具有半揮發(fā)性，能夠以蒸汽形式存在或吸附在大氣顆粒物上，可在大氣環(huán)境中長距離遷移［8－11］，同時(shí)，也可以通過海流進(jìn)行全球傳輸，導(dǎo)致全球污染［9］.因此，POPs已成為全球環(huán)境領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)［12－14］.

目前，POPs，特別是有機(jī)氯農(nóng)藥(Organochlorine Pollutants/OCPs)的傳輸機(jī)制有兩種，一種是通過揮發(fā)之后進(jìn)入大氣，然后通過冷凝作用沉降進(jìn)行區(qū)域和全球傳輸，包括長距離大氣傳輸(Long Range Atmospheric Transportation/LRAT)［8］、蚱蜢效應(yīng)(Grasshopper Effect)［15］、高山冷凝效應(yīng)(Mountain Cooling Effect)［16］;另一種是通過進(jìn)入水體中，通過水流的搬運(yùn)傳輸，從而進(jìn)入湖泊、河流生態(tài)系統(tǒng)，甚至可以通過洋流的長距離輸送到達(dá)北極等高緯地區(qū)［9］.

但是，最近的研究顯示，鳥類，包括海鳥、候鳥和留鳥，在POPs的海－陸傳輸、跨緯度傳輸和區(qū)域傳輸?shù)榷ㄏ騻鬏斨邪缪萘酥匾慕巧芸赡艹蔀镻OPs在全球傳輸和再分配過程中的“第三種途徑”——生物傳輸中的重要形式［17］.本文結(jié)合國內(nèi)外的最新研究動(dòng)態(tài)，對(duì)鳥類在POPs的定向傳輸中的作用進(jìn)行了綜述，同時(shí)還對(duì)在國內(nèi)開展類似的研究工作進(jìn)行了分析和展望.本文對(duì)于認(rèn)識(shí)鳥類在POPs的傳輸中的作用和角色具有重要意義，同時(shí)可為在國內(nèi)開展類似的科學(xué)研究提供思路和方向.

1 海鳥對(duì)持久性有機(jī)污染物的定向傳輸作用

Evenset等對(duì)挪威北部的兩個(gè)島嶼湖泊(Bj?rn?ya(Bear Island)，Norway)進(jìn)行對(duì)比研究顯示，位于海鳥聚集區(qū)之外而未受到海鳥排泄物影響的湖泊表層沉積物的多氯聯(lián)苯(∑PCBs)和滴滴涕(∑DDTs)的平均濃度分別為4.4 ng·g－1(干重)和 0.8 ng·g－1(干重)，湖泊浮游動(dòng)物中的∑PCBs和∑DDTs的平均濃度分別為4.3 ng·g－1(濕重)和0.5 ng·g－1(濕重)，處于湖泊食物鏈頂端的北極鱘魚體內(nèi)脂肪富集∑PCBs和∑DDTs分別達(dá)49 ng·g－1(濕重)和 4.3 ng·g－1(濕重).而與之對(duì)比的是，另一個(gè)湖泊盡管與之相距僅5 km、但位于海鳥聚集區(qū)內(nèi)，其明顯受到海鳥排泄物的影響，湖泊沉積物和湖泊內(nèi)生生物均具有高濃度的有機(jī)污染物，尤以多氯聯(lián)苯(PCBs)和滴滴涕(DDTs)富集最為顯著，其中湖泊表層沉積物的∑PCBs和∑DDTs的平均濃度分別為60 ng·g－1(干重)和 6.9 ng·g－1(干重)，分別是背景湖泊的14 倍和9倍;浮游動(dòng)物中的∑PCBs和∑DDTs的平均濃度分別為32 ng·g－1(濕重)和3.5 ng·g－1(濕重)，均約為背景湖泊的7倍;而處于湖泊食物鏈頂端的北極鱘魚體內(nèi)脂肪富集∑PCBs和∑DDTs分別達(dá)695 ng·g－1(濕重)和 60 ng·g－1(濕重)，均約為背景湖泊的 14 倍［18］.由此可見，海鳥不僅可以通過捕食、排泄等生物地球化學(xué)途徑將POPs從海洋定向搬運(yùn)到陸地上，而且海鳥及其排泄物已經(jīng)對(duì)挪威北極島嶼湖泊生態(tài)系統(tǒng)形成新的點(diǎn)源污染.更重要的是，由于海鳥處于食物鏈的頂端，具有顯著的生物放大作用，其定向傳輸效率可以達(dá)到大氣傳輸效率的約30倍［19］.

Smol和Blais等領(lǐng)導(dǎo)的研究小組對(duì)加拿大北極湖泊群(Cape Vera，Devon Island，Nunavut，Canada)研究顯示，海鳥及其排泄物一方面給北極陸地生態(tài)系統(tǒng)提供了豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)了陸地植物的生長，以及湖泊浮游生物的繁育，導(dǎo)致在北極海鳥聚集區(qū)發(fā)育著良好的陸地植被［20］，海鳥聚集區(qū)的湖泊生物量相對(duì)豐富［21］;但是，另一方面又帶來了大量的污染物，給當(dāng)?shù)氐年懙厣鷳B(tài)和湖泊生態(tài)系統(tǒng)形成潛在的威脅.在海鳥聚集區(qū)發(fā)育的植被(苔蘚)其穩(wěn)定氮同位素δ15N值達(dá)到4.14‰—9.37‰，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于背景值(δ15N約為0‰);體內(nèi)累積的多氯聯(lián)苯(∑PCBs)和滴滴涕(∑DDTs)分別達(dá)到 0.94—3.28、0.31—2.04 ng·g－1(濕重)，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于背景值(0 ng·g－1(濕重));同時(shí)，在該區(qū)域生活的陸生鳥類體內(nèi)脂肪也大量富集了多氯聯(lián)苯(∑PCBs)和滴滴涕(∑DDTs)，分別達(dá)到 53.8—168、37.3—105.9 ng·g－1(濕重)［20］.而接受海鳥排泄物輸入的湖泊，其表層沉積物穩(wěn)定氮同位素δ15N值達(dá)到5‰—20‰，滴滴涕(∑DDTs)達(dá)到1—100 ng·g－1(濕重)［22］.另一個(gè)受到鳥糞影響的湖泊表層沉積物中多氯聯(lián)苯(∑PCBs)含量達(dá)到1.6—5.8 ng·g－1(干重)，是背景值(0.05 ng·g－1(干重))的 30—100 倍［23］;同時(shí)，鳥糞的大量輸入，還給湖泊帶來了大量重金屬污染物［21］.即使在遙遠(yuǎn)的南極，數(shù)量龐大的企鵝家族最近也成為關(guān)注的焦點(diǎn)，不僅因?yàn)槠鋵?duì)氣候和環(huán)境變化極為敏感，是重要的氣候和環(huán)境變化的指示性生物［24－25］，而且，這些企鵝將數(shù)量可觀的南大洋污染物搬運(yùn)到了南極大陸上，對(duì)脆弱的南極無冰區(qū)生態(tài)系統(tǒng)帶來潛在的威脅［26－27］.

據(jù)估計(jì)，全球海鳥每年消耗海洋魚類食物量約為7000萬噸，相當(dāng)于全球人類水產(chǎn)品的年捕獲量(8000萬噸)［28］，而其中含有的有機(jī)污染物和重金屬，最終會(huì)通過海鳥的排泄、死亡等途徑轉(zhuǎn)移到陸地生態(tài)系統(tǒng)中.僅北極而言，在北極生活著大約300萬只黑背鷗(Uria lomvia)、30萬只黑腿三趾鷗(Rissa tridactyla)、100萬只北極管鼻寰(Fulmarus glacialis)、76萬只普通絨鴨(Somateria mollissima)，這些海鳥每年可以定向?qū)⒑Ｑ笪镔|(zhì)轉(zhuǎn)移到陸地上，分別達(dá)到3000噸、82.5噸、800噸和1500噸，傳輸距離分別達(dá)到6000 km、3000 km、5000 km和2500 km［17］.由此可見，海鳥在有機(jī)污染物的海洋－陸地定向傳輸中具有重要的作用［17］.

2 候鳥對(duì)持久性有機(jī)污染物的定向傳輸作用

目前，全球候鳥數(shù)量約300億只［29］，其在全球范圍內(nèi)有8條遷徙路線(圖1)，具體指:(1)大西洋候鳥遷徙路徑，主要從加拿大高北極、格陵蘭、俄羅斯西部、北歐、西歐到非洲西部的大西洋東海岸的沿岸遷徙區(qū)域;(2)黑海地中海候鳥遷徙路徑，主要從俄羅斯中西部、歐洲中東部到非洲西北部的黑海－地中海遷徙區(qū)域;(3)東非西亞候鳥遷徙路徑，主要從俄羅斯中部、中國西南部、西亞到非洲東部的遷徙區(qū)域;(4)中亞候鳥遷徙路徑，主要從俄羅斯中部、中國西部、中亞到印度的遷徙區(qū)域;(5)東亞－澳大利亞候鳥遷徙路徑，主要從俄羅斯東部、日本群島、中國東部、東南亞到澳大利亞的遷徙區(qū)域;(6)美洲－太平洋候鳥遷徙路徑，主要沿美洲西部的太平洋東海岸的沿岸遷徙區(qū)域;(7)美洲密西西比候鳥遷徙路徑，主要從加拿大中部、美國中部、密西西比河流域、加勒比海域到南美洲中東部的遷徙區(qū)域;(8)美洲大西洋候鳥遷徙路徑，主要從加拿大東北部、美國西部、經(jīng)加勒比海到南美洲西部的大西洋西海岸的沿岸遷徙區(qū)域.

美國于1972年禁用滴滴涕(DDTs)農(nóng)藥之后，北美地區(qū)的土壤、沉積物和大氣中的滴滴涕(DDTs)等有機(jī)污染物整體上呈顯著降低的趨勢(shì)［30－32］.但是研究人員對(duì)北美地區(qū)的候鳥研究發(fā)現(xiàn)，鳥類體內(nèi)累積的 DDT、DDE(2，2－bis(p－chlorophenyl)－1，1－dichloroethylene)等有機(jī)氯農(nóng)藥含量不降反升.進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，這些候鳥曾經(jīng)在DDT農(nóng)藥使用嚴(yán)重的墨西哥越冬，而墨西哥直到2000年左右才全面禁止DDT等有機(jī)氯農(nóng)藥的使用，至今還允許在抵抗瘧疾和一些公共衛(wèi)生中使用，所以這些在墨西哥境內(nèi)越冬的候鳥就有可能在越冬期間累積大量DDT等有機(jī)氯農(nóng)藥，隨后飛往美國境內(nèi)度夏，并將這些有機(jī)氯農(nóng)藥等污染物攜帶到美國境內(nèi)［31］.Henny et al.于1978—1980年間對(duì)美國內(nèi)華達(dá)(Nevada)的Ruby Lake繁殖的黑冠夜鷺(Black－crowned night heron(Nycticorax nycticorax))進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其鳥蛋中的DDE含量平均值達(dá)到8.2 μg·g－1(濕重)，而其胃殘留物和繁殖區(qū)域湖泊的魚體中并未檢出DDT或DDE，最終的研究揭示其有機(jī)氯農(nóng)藥來源于黑冠夜鷺在越冬和遷徙期間的路徑區(qū)域——美國的西南部和墨西哥境內(nèi)［33－34］.在1985—1986 年間，研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)華達(dá) Carson Lake 繁殖地內(nèi)的白臉朱鷺(white－faced ibises(Plegadis chihi))體內(nèi)顯著累積有機(jī)氯農(nóng)藥DDT和DDE，達(dá)到或超過4 μg·g－1(濕重)，并且其繁殖成功率顯著受到影響.但是這些白臉朱鷺的胃殘留物中并未發(fā)現(xiàn)DDT或DDE殘留，很明顯，這些高殘留的DDT和DDE的累積來自于越冬地——墨西哥中部的Jalisco、Colima和Michoacan［35］.同樣的現(xiàn)象在遷徙性的猛禽身上也能觀察到，一種在拉丁美洲越冬、而在美國德州South Padre Island度夏的遷徙性游隼(Peregrine falcon(Falcon peregrines))，其在秋天離開德州之前，體內(nèi)血液的 DDE含量平均值為0.03 μg·g－1(濕重)，而在次年春天返回時(shí)其體內(nèi)血液的 DDE 含量高達(dá) 1.43 μg·g－1(濕重)［36－37］.研究顯示農(nóng)藥使用時(shí)間較長的墨西哥西北部的Mexicali Valley，Baja California、Yaqui Valley，Sonora、Quliacan Valley，Sinoloa等區(qū)域鳥類體內(nèi)的農(nóng)藥殘留以DDE為主，占到90%以上，含量從鴿子的0.04 μg·g－1(濕重)到雙冠鸕鶿的 5.05 μg·g－1(濕重)，其中六六六(hexachlorocyclohexane isomers(HCHs))和六氯苯(hexachlorobenzene(HCB))顯著在鳥類體內(nèi)出現(xiàn)冬季累積現(xiàn)象，尤其在Mexicali Valley、Baja California最為明顯［38］.位于墨西哥中西部的Lerma－Chapala盆地是美洲太平洋候鳥遷徙路徑上的重要棲息地和走廊，當(dāng)候鳥(雀形科鳥類)在秋天到來時(shí)，其體內(nèi)的氯丹(oxychlordane(CHLs))平均含量為3 ng·g－1(濕重)、DDE 平均含量為49 ng·g－1(濕重)、DDT 平均含量為0.2 ng·g－1(濕重)、PCBs平均含量為14 ng·g－1(濕重)，但是到春天離開的時(shí)候其體內(nèi)的氯丹、DDE、DDT、PCBs 平均含量上升到 12、101、0.5、46 ng·g－1(濕重)，而相應(yīng)的留鳥體內(nèi)的有機(jī)污染物含量并無明顯變化［32］.即使對(duì)于草食性、蟲食性和雜食性的候鳥，相似的累積與傳輸行為也在發(fā)生.那些生活在新熱帶區(qū)(Neotropical region，包括南美次大陸、中美洲、西印度洋群島和墨西哥南部)農(nóng)藥使用區(qū)的燕雀類候鳥，其體內(nèi)也會(huì)顯著在越冬期間累積有機(jī)氯農(nóng)藥，特別是DDE等，隨后將這些累積的有機(jī)污染物攜帶到繁殖地的新北界區(qū)域(Nearctic Region，包括格陵蘭、加拿大、美國、墨西哥高地、美洲及部分加勒比海群島)［39－41］.

圖1 全球候鳥遷徙路徑(引自 http://niaolei.org.cn/posts/3225.［2011.10.01］)Fig.1 The flyways of migratory birds

位于東亞－澳大利亞候鳥遷徙路徑上的俄羅斯、中國、日本、越南等是有機(jī)氯農(nóng)藥(OCPs)等有機(jī)污染物生產(chǎn)和使用的主要區(qū)域.俄羅斯貝加爾湖的候鳥體內(nèi)的有機(jī)污染物具有顯著的季節(jié)性變化特征，在春季到來的時(shí)候其體內(nèi)具有比留鳥更高含量的HCHs、DDTs和PCBs，且有機(jī)污染物的相對(duì)累積模式與留鳥差別顯著，更為有意義的是，這些候鳥在秋季離開前往越冬地之前，其體內(nèi)的HCHs、DDTs和PCBs含量顯著下降，比春季到來的時(shí)候要低，達(dá)到留鳥的水平，這表明這些候鳥在南亞(日本、中國、印度等)越冬期間，其體內(nèi)會(huì)累積越冬地或停留地的有機(jī)污染物，并攜帶到繁殖地，通過代謝、下蛋、脫毛、死亡等生理過程而將攜帶的有機(jī)污染物釋放到繁殖地，充當(dāng)了定向傳輸?shù)慕巧?2］.對(duì)美國阿拉斯加境內(nèi)的紅喉潛鳥(Red－throated loons(Gavia stellate))研究顯示，來自于北美越冬地的紅喉潛鳥(Cape Espenberg，Yukon－Kuskokwim Delta，Copper River Delta)體內(nèi)血液和鳥蛋中的 HCB 含量((0.0122 ± 0.0008—0.0368 ±0.0027 μg·g－1(濕重))要低于來自于東南亞越冬地的紅喉潛鳥(Arctic Coastal Plain)體內(nèi)血液和鳥蛋中的HCB含量(0.0365±0.0035 μg·g－1(濕重))，盡管不同越冬地的紅喉潛鳥體內(nèi)血液和鳥蛋中的PCBs含量相似，但是組成成分差別很多，來自于東南亞越冬地的紅喉潛鳥鳥蛋中PCBs的二噁英毒性當(dāng)量高達(dá)(237±129)pg·g－1，而來自于北美越冬地的紅喉潛鳥鳥蛋中PCBs的二噁英毒性當(dāng)量均低于50 pg·g－1，很可能是阿拉斯加境內(nèi)繁殖的紅喉潛鳥(Red－throated loons(Gavia stellate))數(shù)量在1977—1993年期間顯著下降(下降了53%)的重要原因［43］.韓國洛東江河口(Nakdong River Estuary)生活的留鳥－黑尾鷗(Black－tailed gull(Limosa lapponica))皮下脂肪中富集二噁英/呋喃(polychlorinated dibenzo－p－dioxins(PCDDs)/polychlorinated dibenzofurans(PCDFs))和 PCBs 分 別 達(dá) 到 395.5(68.1—1313.4)pg·g－1(脂肪重)、14510(6700—27000)ng·g－1(脂肪重)，遠(yuǎn)高于候鳥皮下脂肪中富集的PCDD/Fs(47.1—263.9 pg·g－1(脂肪重))、PCBs(159—7818 ng·g－1(脂肪重));但是，候鳥體內(nèi)則顯著累積了外源性的DDTs和HCHs，其中小燕鷗(Little tern(Sterna albifrons)皮下脂肪累積 DDTs高達(dá)6200 ng·g－1(脂肪重)，黑頸??(Black－necked grebe(Podiceps nigricollis))皮下脂肪累積 HCHs高達(dá)475 ng·g－1(脂肪重)，分別是留鳥黑尾鷗的皮下脂肪 DDT含量(2578 ng·g－1)(脂肪重)的3倍、HCHs含量(255 ng·g－1(脂肪重))的2倍，這些外源性的DDTs、HCHs等有機(jī)污染物是由候鳥從其東南亞的越冬地?cái)y帶而來的［44］.生活在越南北部紅河河口(Red River Estuary)的留鳥體內(nèi)富集DDTs，而候鳥體內(nèi)則會(huì)富集HCHs，而且其體內(nèi)的PCBs組成以五氯和六氯為主，與留鳥差異明顯［45］.對(duì)菲律賓Calatagan Bay的涉禽研究顯示，留鳥體內(nèi)富集PCBs、CHLs，而冬天到達(dá)該區(qū)域進(jìn)行越冬的候鳥體內(nèi)則富集DDTs，很可能是從繁殖地俄羅斯或中國境內(nèi)的中途停留地?cái)y帶而來［46］.

對(duì)位于俄羅斯－中東－印度候鳥遷徙路徑上的印度南部的候鳥和留鳥研究發(fā)現(xiàn)，留鳥體內(nèi)顯著累積HCHs和 DDTs，分別達(dá)到 120—8800 ng·g－1(濕重)、160—3400 ng·g－1(濕重)，而本地遷徙的候鳥(指在印度南北范圍內(nèi)遷徙的候鳥)體內(nèi) HCHs和 DDTs分別為450—4100 ng·g－1(濕重)、210—4400 ng·g－1(濕重)，短距離遷徙的候鳥(指在中國中部、日本繁殖或越冬、在西亞到中東范圍內(nèi)繁殖，而在印度越冬或繁殖的候鳥)體內(nèi)HCHs和DDTs分別為54—320、110—1000 ng·g－1(濕重)，長距離遷徙候鳥(指在東北歐－東南俄羅斯、南歐、西南亞－東南亞范圍內(nèi)繁殖的候鳥)體內(nèi)HCHs和DDTs分別為32—750、92—1300 ng·g－1(濕重)，由此可見，留鳥和短距離遷徙候鳥均顯著累積本地源的有機(jī)污染物HCHs和 DDTs;相反，長距離遷徙候鳥體內(nèi) PCBs、CHLs和 HCB 分別為 120—550、0.5—5.7、0.4—1.4 ng·g－1(濕重)，短距離遷徙候鳥體內(nèi) PCBs、CHLs和 HCB 分別為 90—2700、1.4—2.9、1.5—3.4 ng·g－1(濕重)，本地遷徙候鳥體內(nèi) PCBs、CHLs和 HCB 分別為 30—210、0.6—14、0.4—2 ng·g－1(濕重)，而留鳥體內(nèi) PCBs、CHLs和 HCB 分別為20—44、0.1—0.6、0.1—1 ng·g－1(濕重)，由此可見，相較于留鳥，候鳥體內(nèi)顯著富集PCBs和CHLs，具有顯著的外源特征，很可能來自于候鳥的中間停留地或越冬地的紅海、波斯灣等中東地區(qū)［47－48］.同時(shí)必須指出的是，該區(qū)域留鳥體內(nèi)的HCHs含量幾乎是全球鳥類體內(nèi)的最高水平，而DDTs也處于中高水平，表明該區(qū)域環(huán)境中的有機(jī)污染物，特別是HCHs、DDTs污染嚴(yán)重，在此越冬或停留的候鳥會(huì)將這些污染物攜帶到其相應(yīng)的越冬地或繁殖地.來自于伊朗的數(shù)據(jù)顯示，位于波斯灣海岸的Khuzestan地區(qū)，其留鳥羽毛中 PCBs、HCBs、HCHs、DDTs含量分別為37(＜LOQ—151)ng·g－1、28(＜ LOQ—95)ng·g－1、25(15—95)ng·g－1、19(2—97)ng·g－1，而本地遷徙候鳥(指在伊朗北部和波斯灣范圍內(nèi)遷徙)羽毛中 PCBs、HCBs、HCHs、DDTs含量分別為 30(11—53)ng·g－1、10(2—46)ng·g－1、38(19—83)ng·g－1、11(7—28)ng·g－1，長距離遷徙候鳥(指在東歐或西伯利亞繁殖)羽毛中PCBs、HCBs、HCHs、DDTs 含量分別為 24(＜ LOQ—101)ng·g－1、7(＜ LOQ—33)ng·g－1、17(＜ LOQ—81)ng·g－1、18(6—112)ng·g－1，表明留鳥羽毛中有較高含量的 PCBs，而本地遷徙候鳥羽毛中具有較高含量的PCBs和HCHs，相對(duì)而言，長距離遷徙候鳥羽毛中的PCBs和HCHs均較低［49］，一方面表明研究區(qū)域是一個(gè)潛在有機(jī)污染物(特別是PCBs、HCHs)的源區(qū)，另一方面表明生活在該區(qū)域的候鳥有可能成為這些污染物的定向傳輸介質(zhì)，在該區(qū)域累積PCBs和HCHs等有機(jī)污染物，并攜帶到東歐或西伯利亞等繁殖地.

必須指出的是，目前有限的研究集中在北美－太平洋候鳥遷徙路徑和東亞－澳大利亞候鳥遷徙路徑上，對(duì)其它若干條遷徙路徑中的候鳥行為并未進(jìn)行相關(guān)研究，因此，無法充分認(rèn)識(shí)候鳥在全球POPs的跨緯度傳輸和再分配中的作用;另一方面，目前的研究側(cè)重于有機(jī)污染物對(duì)留鳥和候鳥的生理行為，包括蛋殼變薄、繁殖成功率、胚胎或者是幼鳥死亡等的影響［50－53］，并未將候鳥作為有機(jī)污染物的載體，進(jìn)行定向傳輸機(jī)制研究和在有機(jī)污染物全球再分配中的角色進(jìn)行研究.

3 留鳥對(duì)持久性有機(jī)污染物的定向傳輸作用

POPs具有親脂性，在生物體內(nèi)可以顯著殘留，并且具有隨著營養(yǎng)級(jí)的升高而顯著富集的特性.研究已經(jīng)表明，在湖泊生態(tài)系統(tǒng)和河流生態(tài)系統(tǒng)中，魚類等水生生物顯著富集水體中存在的POPs，對(duì)區(qū)域的生態(tài)安全和食品安全形成了嚴(yán)重威脅［54］.鳥類通常處于高營養(yǎng)級(jí)，其對(duì)POPs的生物放大作用更為顯著，眾多研究顯示，在世界各地的鳥類體內(nèi)均能累積環(huán)境中的POPs(表1)，其中，俄羅斯是PCBs的生產(chǎn)大國，在禁用前總共生產(chǎn)了13萬噸PCBs［55］，而且DDT、HCH被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、公共衛(wèi)生等環(huán)境領(lǐng)域，導(dǎo)致了黑海、波斯灣、貝加爾湖的有機(jī)污染物污染嚴(yán)重;中國是有機(jī)氯農(nóng)藥的使用大國，截止到1983年開始禁用有機(jī)氯農(nóng)藥之前，累計(jì)使用了超過1萬噸的DDT和10萬噸的HCH［56］;日本在1955—1972年間使用了大約6萬噸的PCBs，即使在1972年禁用之后，PCBs也大量使用于電器制造過程中;在越南的水稻、魚、肉等食品中均檢出了高含量的DDTs［57］;而位于東南亞菲律賓的有機(jī)氯農(nóng)藥殘留相對(duì)其它亞洲國家要低［48］.

Tanabe et al.分析了東亞－澳大利亞遷徙路徑上留鳥體內(nèi)的有機(jī)污染物含量，包括 PCBs、DDTs、HCHs、CHLs、HCB，結(jié)果顯示(表1)，各個(gè)地區(qū)留鳥體內(nèi)累積有機(jī)污染的特征與本地污染物一致，反映了本地的環(huán)境狀態(tài).俄羅斯貝加爾湖(Lake Baikal)的留鳥體內(nèi)顯著富集PCBs和DDTs，日本境內(nèi)的留鳥體內(nèi)則顯著累積PCBs，越南沿岸海鳥的體內(nèi)則檢出高含量的DDTs，盡管菲律賓受有機(jī)污染物影響較小，但依然在留鳥體內(nèi)檢出有機(jī)污染物，其中主要為PCBs和CHLs［47］.

表1 世界各地留鳥體內(nèi)POPs的含量(ng·g－1)(脂肪重)Table 1 POPs(DDTs，HCHs，PCBs，CHLs，HCB)contents in resident birds from different countries(ng·g －1fat weight)

這些留鳥生活在湖泊、河流、河口等水域，通過捕食、排泄、死亡等生物地球化學(xué)途徑，可以將生活區(qū)域內(nèi)的污染物(包括有機(jī)氯農(nóng)藥)搬運(yùn)、富集、沉積到陸地上或聚集區(qū)水域內(nèi)，將會(huì)形成新的有機(jī)氯農(nóng)藥污染點(diǎn)源.但是，目前在留鳥的研究上側(cè)重于有機(jī)污染物在留鳥體內(nèi)的富集及生物放大效應(yīng)，以及由此對(duì)留鳥的產(chǎn)蛋、繁殖等生理行為產(chǎn)生的影響，而對(duì)留鳥作為有機(jī)污染物的定向傳輸載體在有機(jī)污染物的區(qū)域傳輸和再分配中的角色并未開展相關(guān)研究.

4 結(jié)論與展望

綜上所述，高北極的加拿大和挪威的海鳥可以通過捕食、排泄等生物地球化學(xué)途徑將POPs從海洋定向搬運(yùn)到陸地上，其定向傳輸效率是大氣傳輸效率的約30倍，僅北極而言，這些北極海鳥每年可以定向?qū)⒓s5500噸的海洋物質(zhì)轉(zhuǎn)移到陸地上，傳輸距離達(dá)到2500—6000 km.候鳥的全球遷徙路徑有8條，其覆蓋的面積幾乎廣布全球.在墨西哥、中國、東南亞、日本、印度、伊朗等POPs污染嚴(yán)重的區(qū)域越冬或中途停留的候鳥，其春天離開的時(shí)候體內(nèi)累積的有機(jī)污染物比秋季到來的時(shí)候要高很多，顯著富集越冬地或停留地的有機(jī)污染物.最為有意義的是，在美國、俄羅斯、歐洲、高北極地區(qū)等受POPs影響較小的繁殖地生活之后，這些候鳥體內(nèi)的有機(jī)污染物含量又會(huì)恢復(fù)到繁殖地的留鳥水平，并具有當(dāng)?shù)亓豇B的富集特征，這表明候鳥可以富集、攜帶越冬地或停留地的有機(jī)污染物到繁殖地，并通過代謝、換羽、死亡等途徑釋放到繁殖地，而且還可以富集、攜帶繁殖地的特征有機(jī)污染物到停留地或越冬地，具有對(duì)有機(jī)污染物跨緯度定向傳輸?shù)奶匦?留鳥盡管活動(dòng)區(qū)域有限，但是其體內(nèi)的有機(jī)污染物特征是當(dāng)?shù)丨h(huán)境的綜合反映，累積、富集了生活區(qū)域的有機(jī)污染物，具有區(qū)域有機(jī)污染物的指標(biāo)特征，同時(shí)也可以通過捕食、排泄、死亡等生物地球化學(xué)途徑，在區(qū)域范圍內(nèi)形成新的有機(jī)污染物點(diǎn)源，具有區(qū)域小范圍定向傳輸?shù)奶匦?由此可見，海鳥、候鳥和留鳥可以對(duì)POPs進(jìn)行海－陸、跨緯度和區(qū)域小范圍內(nèi)的定向傳輸，可能是POPs進(jìn)行全球傳輸和再分配的第三種途徑——生物傳輸?shù)闹匾问?圖2).

圖2 典型持久性有機(jī)污染物(POPs)的傳輸途徑Fig.2 The transportation pathways of persistent organic pollutants(POPs)

但是，目前關(guān)于海鳥對(duì)POPs定向傳輸?shù)难芯恐饕性诩幽么蠛团餐雀弑睒O地區(qū)，對(duì)中緯度地區(qū)的海鳥并未開展相關(guān)研究.盡管國內(nèi)環(huán)境研究人員對(duì)有機(jī)污染物通過水鳥食物鏈的富集效應(yīng)開展了一些研究［60－62］，但僅僅探討的是POPs在海鳥或水鳥體內(nèi)的累積放大效應(yīng)以及其生態(tài)毒理效應(yīng).盡管候鳥對(duì)有機(jī)污染物的跨緯度傳輸效應(yīng)在美國南部－墨西哥、東亞－澳大利亞以及中東－印度等遷徙路徑上有一些研究，但是主要還是從候鳥的有機(jī)污染物環(huán)境暴露威脅的角度進(jìn)行研究，并未深入探討候鳥的跨緯度傳輸機(jī)制.同時(shí)，留鳥的區(qū)域性有機(jī)污染物新的點(diǎn)源的形成也值得研究.而且，在全球氣候變化和環(huán)境變化的背景下，海鳥、候鳥和留鳥的棲息地、遷徙路徑等已經(jīng)或者將要發(fā)生顯著變化，從而對(duì)有機(jī)污染物的傳輸和再分配產(chǎn)生顯著影響，有可能帶來新的環(huán)境問題.未來在鳥類對(duì)POPs定向傳輸作用的研究將圍繞以下幾個(gè)方向開展:

(1)鳥類對(duì)POPs的定向傳輸量和傳輸效率

由于全球鳥類數(shù)量龐大，理論上，其對(duì)POPs的定向傳輸量不容小覷.已有的研究顯示，全球海鳥每年消耗海洋魚類食物量約為7000萬噸，相當(dāng)于全球人類水產(chǎn)品的年捕獲量(8000萬噸)［28］，但是其搬運(yùn)的POPs數(shù)量目前依然不得而知.至于候鳥，因?yàn)槠溟L距離遷移性，對(duì)其定向傳輸數(shù)量更是沒有開展相關(guān)研究.即使是研究較多的留鳥，依然停留在其體內(nèi)的POPs殘留特征的研究上.因此，要系統(tǒng)評(píng)估鳥類對(duì)POPs定向傳輸作用，需要進(jìn)一步明確海鳥在海－陸傳輸中對(duì)POPs的定向傳輸數(shù)量、候鳥在跨緯度傳輸中對(duì)POPs的定向傳輸數(shù)量以及留鳥在小區(qū)域傳輸中對(duì)POPs的定向傳輸數(shù)量，從而評(píng)估全球范圍內(nèi)，各種鳥類對(duì)POPs定向傳輸?shù)目偭?，進(jìn)而與大氣傳輸、水流傳輸?shù)韧緩竭M(jìn)行比較，評(píng)估鳥類作為生物傳輸途徑的作用和效率.

(2)鳥類對(duì)POPs的定向傳輸距離

鳥類對(duì)POPs的定向傳輸距離是評(píng)估鳥類作為POPs定向傳輸作用的重要指標(biāo).已有的研究表明，在北極生活的黑背鷗(Uria lomvia)、黑腿三趾鷗(Rissa tridactyla)、管鼻寰(Fulmarus glacialis)、普通絨鴨(Somateria mollissima)分別可以將6000 km、3000 km、5000 km和2500 km外的海洋源污染物搬運(yùn)到陸地上［17］.正是因?yàn)轼B類的大范圍遷移性，才使得其在POPs的全球傳輸和再分配中具有重要的作用.因此，需要對(duì)鳥類在POPs定向傳輸中的源與匯進(jìn)行確定，以確定其對(duì)POPs的定向傳輸距離.這需要借助鳥類學(xué)家的成果，因?yàn)椴煌N鳥類具有不同的生活環(huán)境、遷徙路徑、棲息地等，另一方面需要借助遙感測(cè)量和環(huán)志等手段研究鳥類的遷徙、停留等信息，從而確認(rèn)鳥類在POPs定向傳輸中的傳輸距離.

(3)鳥類對(duì)POPs定向傳輸?shù)沫h(huán)境效應(yīng)

鳥類通常為生活區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)提供了重要的營養(yǎng)物質(zhì)來源，特別是在營養(yǎng)貧瘠的北極、湖泊等區(qū)域.已有的研究顯示海鳥給北極陸地生態(tài)系統(tǒng)提供了豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)了陸地植物的生長，以及湖泊浮游生物的繁育，導(dǎo)致在北極海鳥聚集區(qū)發(fā)育著良好的陸地植被，海鳥聚集區(qū)的湖泊生物量也相對(duì)豐富.但是，另一方面又帶來了大量的污染物，形成污染物的新點(diǎn)源效應(yīng)，給當(dāng)?shù)氐年懙厣鷳B(tài)和湖泊生態(tài)系統(tǒng)形成潛在的威脅［20－23］.因此需要評(píng)估鳥類形成的POPs新點(diǎn)源的環(huán)境生態(tài)效應(yīng).

(4)在全球變化背景下的鳥類對(duì)POPs定向傳輸作用的變化及其效應(yīng)

在全球變化的背景下，海鳥，特別是北極區(qū)域和南極區(qū)域的海鳥，其取食范圍擴(kuò)大、食物結(jié)構(gòu)將會(huì)出現(xiàn)改變，從而導(dǎo)致搬運(yùn)的POPs的種類和數(shù)量出現(xiàn)變化;候鳥將會(huì)在全球變化背景下，出現(xiàn)棲息地減少、改變，從而導(dǎo)致其遷徙路徑出現(xiàn)顯著改變，傳輸?shù)腜OPs的種類、數(shù)量、距離和點(diǎn)源效應(yīng)也將會(huì)改變;而留鳥的食物結(jié)構(gòu)和食物需求量，甚至是其生活習(xí)性也會(huì)在全球變化背景下出現(xiàn)一些變化.因此，在全球變化背景下，鳥類對(duì)POPs的全球傳輸和再分配形成了一定的挑戰(zhàn)，將會(huì)帶來一些新的環(huán)境問題.

中國擁有漫長的海岸線，長達(dá)18000 km，沿岸分布著多達(dá)5000個(gè)島嶼，生活著數(shù)量眾多的海鳥.同時(shí)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)也幾乎集中在中國的東部沿海地區(qū)，這也是POPs污染嚴(yán)重的區(qū)域.一方面這些海鳥受到沿海POPs污染的嚴(yán)重影響，另一方面會(huì)在POPs的海－陸傳輸和再分配中扮演重要的角色，從而帶來新的環(huán)境問題.此外，中國也是眾多候鳥的繁殖地、越冬地和遷徙停留地，其中經(jīng)過我國主要有3條全球候鳥遷徙路線，中國擁有數(shù)量眾多的水鳥，水鳥種類有262種，種群數(shù)量數(shù)以億計(jì)，僅在湖北省境內(nèi)的水鳥總數(shù)多達(dá)160萬只［63］.而且中國是有機(jī)氯農(nóng)藥使用大國，據(jù)統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)50—80年代我國生產(chǎn)和使用了大量有機(jī)氯農(nóng)藥，滴滴涕(DDT)的生產(chǎn)量已經(jīng)超過了40萬噸，占全球生產(chǎn)量的20%，六六六(HCH)產(chǎn)量為490萬噸，總產(chǎn)量曾占世界總產(chǎn)量的33%［64］.因此，在國內(nèi)開展鳥類對(duì)POPs定向傳輸作用的研究具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義，可以從以下幾個(gè)方面開展:

(1)海鳥

根據(jù)現(xiàn)有的文獻(xiàn)和調(diào)查資料，在我國海域島嶼繁殖的海鳥計(jì)有4目13科25種，包括企鵝目和鹱形目全部種類、鵜形目除蛇鵜外全部種類、鸻形目中的賊鷗科、鷗科、燕鷗科、剪嘴鷗科和海雀科鳥類，多數(shù)具有集群營巢的習(xí)性，集群數(shù)目少則十多只，多的達(dá)數(shù)百萬.許多種類具有長途遷徙的習(xí)性;部分遠(yuǎn)洋種類，除了繁殖季節(jié)外，大部分時(shí)間都在外海活動(dòng)［65］.目前，研究人員對(duì)渤海灣和珠江三角洲海鳥體內(nèi)的POPs殘留及其毒理效應(yīng)進(jìn)行了研究，研究顯示這些海鳥體內(nèi)不僅累積了一些常見的POPs，而且一些新型的有機(jī)污染物(如 PFOS、PFOSF 等)也可以檢出［4－6，13，60］.但是，對(duì)海鳥在 POPs 的定向傳輸中的研究并未開展，可以預(yù)見的是，這些海鳥生活的海域位于工業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，海域的POPs污染已經(jīng)很嚴(yán)重，必將通過食物鏈累積效應(yīng)積累到海鳥體內(nèi)，并最終可以通過海鳥的海陸傳輸特性，定向富集、轉(zhuǎn)移到陸地或海島上的海鳥聚集區(qū)內(nèi)，從而形成新的POPs污染點(diǎn)源.

(2)候鳥

候鳥在中國境內(nèi)有3條遷徙路徑，第一條是東亞－澳大利亞遷徙路徑，經(jīng)過我國東部沿海;第二條路線是中亞遷徙路徑，經(jīng)過我國中部;第三條路線是東非－西亞遷徙路徑，經(jīng)過西藏、翻越喜馬拉雅山、經(jīng)過青藏高原等西部地區(qū)(圖2).這些候鳥基本覆蓋中國全境，一方面可以將中國境內(nèi)的POPs污染物攜帶到俄羅斯、阿拉斯加等高緯地區(qū)，另一方面也可以從東南亞、日本、韓國等地搬運(yùn)特定的POPs到中國境內(nèi).研究候鳥在中國境內(nèi)的跨緯度定向傳輸作用，并與其它研究成果結(jié)合，可以總體上描述候鳥對(duì)POPs的全球傳輸特性.

(3)留鳥

盡管國內(nèi)研究人員對(duì)POPs通過留鳥食物鏈的富集效應(yīng)開展了一些研究［60－62］，但并未關(guān)注留鳥作為POPs的定向攜帶者在小區(qū)域內(nèi)對(duì)POPs的定向傳輸?shù)淖饔?這些留鳥生活在湖泊、河口等水域，通過捕食、排泄、死亡等生物地球化學(xué)途徑，將生活區(qū)域內(nèi)的污染物，包括有POPs，搬運(yùn)、富集、沉積到陸地上或聚集區(qū)水域內(nèi).由于水鳥通常處于食物鏈的頂端，其捕食的魚類等食物也處于高營養(yǎng)級(jí)，通過食物鏈的傳輸、富集作用，魚類的體內(nèi)會(huì)富集其生活水域的POPs，隨后，水鳥捕食這些魚類會(huì)將這些富集的POPs通過排泄物的形式轉(zhuǎn)移到陸地或聚集區(qū)水域，同時(shí)，鳥類也會(huì)由于食物鏈的富集效應(yīng)導(dǎo)致體內(nèi)進(jìn)一步累積POPs，并通過排泄物、羽毛、鳥蛋殼、死亡等形式轉(zhuǎn)移到陸地或聚集區(qū)水域，從而導(dǎo)致這些區(qū)域的水體、沉積物和植物、水生生物等顯著富集POPs，形成新的POPs點(diǎn)源，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的污染物再分配.

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TRANSPORTATION OF PERSISTENT ORGANIC POLLUTANTS(POPs)BY BIRDS

YUAN Linxi QI Shihua

(School of Environmental Studies，China University of Geosciences(Wuhan)，Wuhan，430074，China)

Traditionally，there are two ways for persistent transportation of organic pollutants(POPs).One is the atmospheric transportation pathway，including Long－Rang Atmospheric Transportation(LRAT)，Grasshopper Effect，Mountain Cooling Effect.The other is the aquatic transportation pathway，including water runoff transportation and oceanic current transportation.However，the biovector transport by birds could be an important part of the third pathway－biological transportation because of their huge populations，obvious biomagnification，and extensive migration.Seabirds could transport the marine－derived POPs to the land，migratory birds could redistribute the POPs in their flyways，and resident birds could form new point－sources pollution regionally.It is believed that the birds could play an important role in the global transportation and distribution of POPs.Furthermore，under global warming and environmental change，the habitats or the migratory routes of seabirds，migratory birds and resident birds had notably changed or will remarkably change.These changes will redistribute the POPs in the world to bring new environmental issues.This review will give a relatively comprehensive knowledge on the POPs transportation and distribution，and provide some ideas to carry out related studies in China.

seabird，migratory bird，resident bird，persistent organic pollutants(POPs)，transportation pathways.

2011年4月6日收稿.

*中國博士后面上基金(第48批)(20100480928)資助.

＊＊通訊聯(lián)系人，E－mail:yuanlinxi001@gmail.com