東北地區(qū)紅隼羽毛中重金屬汞含量測定

許 青 鄭 雯 安玉鑫 王毅鴻 蔣愛伍

(1.東北林業(yè)大學(xué)野生動(dòng)物資源學(xué)院，哈爾濱，150040；2.廣西大學(xué)林學(xué)院，南寧，530005)

汞是一種有毒性的重金屬元素，有良好的反應(yīng)活性，可在自然狀態(tài)下與多種化合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)[1]。汞在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中都有沉積，且隨著營養(yǎng)級(jí)、食物鏈等級(jí)的不斷增加，汞的富集程度會(huì)越來越高，并對(duì)大部分生物有機(jī)體產(chǎn)生了極大的威脅，因此關(guān)于環(huán)境汞污染毒理研究已成為環(huán)境污染生態(tài)學(xué)的熱點(diǎn)研究問題[2-3]。自20世紀(jì)50年代日本水俁病爆發(fā)以來，國際上對(duì)汞污染越來越重視，1990年在瑞典召開第一屆“汞全球污染物”國際會(huì)議后，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署已經(jīng)將汞列為全球性環(huán)境污染物。

汞污染對(duì)鳥類的影響受到了廣泛的重視。 Fort等人通過研究海鳥內(nèi)汞含量推測了海鳥大規(guī)模死亡的原因，探討汞中毒是否作為一個(gè)重要影響因素來看待[4]；Costa等通過采集大山雀(Parusmajor)的雛鳥和成鳥的羽毛和糞便進(jìn)行汞濃度測定，證明距離汞污染分布距離對(duì)小型鳴禽體內(nèi)汞含量存在影響[5]；Scheuhammer研究了汞對(duì)鳥類的慢性毒害作用[6]；Ikemoto等人通過對(duì)硒與肝臟中汞的相互作用，來研究海鳥體內(nèi)的重金屬解毒機(jī)制[7]。李黔軍等對(duì)汞在動(dòng)物食物鏈中的富集規(guī)律做了相關(guān)研究[8]；郝宇琦、馬志龍等對(duì)三江平原汞在鷺科鳥類食物鏈中的生物放大作用開展了研究[9-10]；李楓、張宇等對(duì)齊齊哈爾扎龍保護(hù)區(qū)的蒼鷺(Ardeacinerea)、丹頂鶴(Grusjaponensis)羽毛和組織部位中的汞含量進(jìn)行了測定分析[11-12]；張培勤、宮茜茜分別對(duì)太原郊區(qū)和雞西礦區(qū)的麻雀(Passermontanus)羽毛中汞的含量進(jìn)行了測定分析，對(duì)比了汞在不同組織和器官中的差異性[13-14]；劉慶等對(duì)廈門地區(qū)的幾種猛禽體內(nèi)重金屬的分布做了相關(guān)研究等[15]。

東北地區(qū)是我國重要的老工業(yè)基地，工業(yè)發(fā)展時(shí)間長，汞在不同地區(qū)分布特點(diǎn)因此受到了學(xué)者們的關(guān)注[16-21]。紅隼(Falcotinnunculus)，屬于隼形目(Falconiformes)隼科(Falconidae)，是一種小型猛禽，在東北地區(qū)均有分布，屬于留鳥。紅隼主要以昆蟲、鼠類和小型鳥類為食，處于食物鏈頂端。本文通過對(duì)東北不同地區(qū)紅隼的飛羽和尾羽進(jìn)行汞檢測，測定汞在紅隼羽毛中的富集狀況，探討東北三省紅隼飛羽、尾羽汞濃度的區(qū)域性差異，以及東北地區(qū)紅隼羽毛中汞含量的空間分布特點(diǎn)。

1 區(qū)域概況和研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

東北三省位于我國東北部，包括遼寧、吉林、黑龍江，是我國最早的工業(yè)基地和重要的糧食生產(chǎn)區(qū)，擁有完整的工業(yè)體系。黑龍江省位于東北地區(qū)的東北部，主要由山脈、平原、流域等地貌特征組成，境內(nèi)分布有大、小興安嶺，完達(dá)山脈，松花江流域，嫩江流域，烏蘇里江流域和黑龍江流域；黑龍江省南北跨度較大，屬于兩個(gè)不同的氣候帶，南部地區(qū)為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，北部為寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候。吉林省位于東北地區(qū)的中部，整體地勢為東南高，西北低，從東到西由山地丘陵向平原草原過渡；全省屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，雨熱同期，東南部降水量高，西北部低。遼寧省位于東北地區(qū)的東南部，與渤海、黃海相鄰，與朝鮮隔江相望，整體地勢為北高南低，遼東主要為山地丘陵、遼中為遼河平原一帶、遼西也為山地丘陵；遼寧省屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，雨熱同期，降雨分布不均，整體表現(xiàn)為東濕西干，是東北三省中降水量最多的省份。

1.2 樣本采集與汞測定

2017年6—9月，2018年6—8月末，在東北地區(qū)14個(gè)城市進(jìn)行了采樣。采樣地點(diǎn)包括黑龍江省的黑河、齊齊哈爾、哈爾濱、牡丹江；吉林省的長春、延吉、四平；遼寧省的開原、沈陽、鞍山、大連、錦州、綏中，同時(shí)，也采集了臨近遼寧省的河北省山海關(guān)的樣本。所有羽毛樣本均來自當(dāng)?shù)貦C(jī)場驅(qū)鳥網(wǎng)粘捕的紅隼，采集被粘捕個(gè)體左側(cè)第三枚初級(jí)飛羽和中央尾羽左側(cè)第一根尾羽，如為活體，采樣后放飛。共采集83只紅隼的飛羽和尾羽樣本(表1)。

本研究測得的汞均為樣本的總汞濃度。對(duì)羽毛樣本進(jìn)行編號(hào)后，取羽尖5 cm左右長度的羽毛，通過丙酮、蒸餾水、去離子水對(duì)羽毛進(jìn)行清洗，置于溫度為70℃的恒溫烘干箱中進(jìn)行烘干；對(duì)恒重的羽毛樣本用電子天平(精度為0.001 g)進(jìn)行稱量，放入到DMA-80直接測汞儀中進(jìn)行檢測。

對(duì)所有紅隼飛羽和尾羽的汞濃度值進(jìn)行單樣本K-S檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布后，對(duì)紅隼飛羽和尾羽的汞濃度值進(jìn)行配對(duì)樣本T檢驗(yàn)和Pearson相關(guān)性分析，數(shù)據(jù)分析均使用SPSS 19.0完成。

2 結(jié)果

2.1 紅隼飛羽和尾羽汞含量特征

所測紅隼飛羽樣本中的汞濃度為0.065 4—1.379 0 mg/kg，飛羽樣本汞濃度均值為(0.437 7±0.289 1)mg/kg。尾羽汞濃度為0.063 2—1.331 0 mg/kg，汞濃度均值為(0.400 6±0.266 8)mg/kg。汞濃度最大值個(gè)體出現(xiàn)在綏中(飛羽：1.379 0 mg/kg；尾羽：1.331 0 mg)，最小值個(gè)體出現(xiàn)在黑河(飛羽：0.065 4 mg/kg；尾羽：0.063 2 mg)。從各采樣地樣本均值水平上看，綏中樣本的汞濃度均值也是最高的(飛羽：0.692 0±0.403 2 mg/kg；尾羽：0.619 1±0.384 8 mg/kg)；而哈爾濱樣本的均值最低(飛羽：0.109 9±0.016 3 mg/kg；尾羽：0.102 2±0.009 9 mg/kg)(表1)。

表1 東北地區(qū)紅隼羽毛中汞濃度Tab.1 Mercury accumulation in feathers of common kestrel in Northeast China

飛羽和尾羽汞濃度值均符合正態(tài)分布，配對(duì)樣本T檢驗(yàn)結(jié)果為T=6.680，P<0.01，表明紅隼飛羽的汞濃度值大于尾羽的汞濃度值，而且差異極顯著。Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果顯示相關(guān)系數(shù)為0.987(P<0.01)，紅隼飛羽與尾羽的汞濃度值相關(guān)性極顯著。

2.2 東北三省紅隼羽毛汞含量的比較

黑龍江省4個(gè)采樣地紅隼樣本飛羽汞濃度均值為(0.443 3±0.307 2)mg/kg，尾羽汞濃度均值為(0.403 5±0.283 3)mg/kg。其中哈爾濱的飛羽、尾羽汞濃度均值最低，分別為(0.109 9±0.016 3)mg/kg和(0.102 2±0.009 9)mg/kg；其他3個(gè)采樣地羽毛汞濃度均值相近，飛羽濃度均值最高的為齊齊哈爾(0.485 9±0.253 7)mg/kg，尾羽濃度均值最高的為黑河(0.438 7±0.303 0)mg/kg。

吉林省3個(gè)采樣地紅隼飛羽汞濃度均值為(0.338 9±0.295 9)mg/kg，尾羽汞濃度均值(0.301 0±0.281 2)mg/kg，其中長春的飛羽、尾羽汞濃度值最低，分別為(0.231 3±0.110 5)mg/kg、(0.179 4±0.079 8)mg/kg；四平飛羽、尾羽汞濃度值最高(0.446 0±0.402 4)mg/kg、(0.429 4±0.416 5)mg/kg。

遼寧省7個(gè)采樣地紅隼飛羽汞濃度均值為(0.467 4±0.261 2)mg/kg，尾羽汞濃度均值為(0.433 1±0.236 1)mg/kg，其中沈陽飛羽、尾羽汞濃度均值最低分別為(0.190 6±0.056 9)mg/kg、(0.179 5±0.054 2)mg/kg；綏中飛羽、尾羽汞濃度均值最高為(0.692 0±0.403 2)mg/kg、(0.619 1±0.384 8)mg/kg。

結(jié)果表明吉林省紅隼飛羽、尾羽汞濃度均值均為3省最低，而遼寧省均值最高。3個(gè)省份均呈現(xiàn)為省會(huì)城市汞濃度較低的現(xiàn)象。

2.3 紅隼羽毛汞濃度自北向南分布特點(diǎn)

根據(jù)各采樣地汞濃度均值繪出東北地區(qū)紅隼羽毛汞濃度由北向南空間分布曲線(圖1)。由北到南的3個(gè)最低值，分別為哈爾濱、長春、沈陽這3個(gè)省會(huì)城市，紅隼羽毛汞濃度均值均比相鄰城市小。而且以這3個(gè)城市為中心汞濃度向周邊城市輻射狀增加。環(huán)渤海城市(綏中、大連、山海關(guān))的紅隼汞濃度均值明顯高于其他地區(qū)，其次是黑河、齊齊哈爾、牡丹江、四平、開原、鞍山，這些城市汞濃度均值差別不大。延吉和錦州汞濃度均值高于省會(huì)城市，但低于其他地區(qū)。

圖1 東北地區(qū)紅隼羽毛汞濃度空間分布Fig.1 Continuous spatial distribution of feather mercury concentration in common kestrel in Northeast China

3 討論

郭東龍等2001年對(duì)紅腳隼(Falcovespertinas)、金雕(Aquilachrysaetos)、普通鵟(Buteobuteo)、褐馬雞(Crossoptilonmantchuricum)的汞含量進(jìn)行了測量和比較，從飛羽和尾羽汞含量上看，除普通鵟外，金雕、紅腳隼、褐馬雞的飛羽汞濃度值均大于尾羽汞濃度值[22]，其研究認(rèn)為這可能是和鳥類身體不同部位羽毛換羽的時(shí)間和地點(diǎn)差異有關(guān)[22]；張宇對(duì)扎龍保護(hù)區(qū)籠養(yǎng)丹頂鶴的汞含量進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示為籠養(yǎng)丹頂鶴羽毛汞濃度為飛羽大于尾羽[12]；Honda對(duì)大白鷺(Ardeaalba)、大賊鷗(Stercorariusskua)及三趾鷗(Rissatridactyla)飛羽和尾羽中汞的分布也有相同結(jié)果[23-24]。本研究中紅隼所有樣本飛羽汞濃度均大于尾羽汞濃度，可見這是鳥類羽毛中汞分布的一個(gè)普遍現(xiàn)象。鳥類身體不同部位羽毛汞含量并不相同，有觀點(diǎn)認(rèn)為這可能是和鳥類身體不同部位羽毛換羽時(shí)間和地點(diǎn)差異有關(guān)[22]。我們觀察發(fā)現(xiàn)，本研究中各樣本采集地一年四季均有紅隼活動(dòng)，在不排除有個(gè)別個(gè)體存在大范圍活動(dòng)可能的情況下，可以將其視為當(dāng)?shù)亓豇B；本研究樣本采集時(shí)間較為集中，在每年6月到9月初；紅隼飛羽和尾羽汞含量呈顯著正相關(guān)，這均說明飛羽和尾羽汞含量的差別應(yīng)該主要是其體內(nèi)代謝特點(diǎn)所導(dǎo)致的，換羽時(shí)間和地點(diǎn)的不同造成這種差異的可能性很小?？梢娖滹w羽和尾羽內(nèi)汞含量可以成為反映當(dāng)?shù)毓廴镜闹笜?biāo)之一。

猛禽處于生態(tài)系統(tǒng)食物鏈頂端，重金屬可以通過食物鏈富集于其體內(nèi)[15]。所以猛禽體內(nèi)汞含量可以是其所在生境汞含量水平的有效反應(yīng)，能直接反映當(dāng)?shù)赝寥馈⒅脖灰约八吹墓廴緺顩r。在本研究中，總體看遼寧省紅隼飛羽和尾羽平均汞含量水平最高，其次是黑龍江省，而吉林省最低，這顯然和東北各省區(qū)域經(jīng)濟(jì)規(guī)模、工業(yè)布局以及人口數(shù)量等因素影響到汞排放有一定關(guān)系，這符合我們的預(yù)期。但是值得注意的是，從紅隼羽毛汞含量地區(qū)分布上看，哈爾濱、長春、沈陽這3個(gè)省會(huì)城市，紅隼汞濃度均值均比相鄰城市小。而且以這3個(gè)城市為中心汞濃度向周邊城市輻射狀增加。陳燕于2012年10月對(duì)東北地區(qū)城鄉(xiāng)連續(xù)空間大氣汞分布的檢測顯示，哈爾濱、長春和沈陽這3個(gè)區(qū)域中心城市大氣汞含量明顯高于周邊地級(jí)城市，而且汞含量以這3個(gè)城市為中心向周邊城市輻射狀降低[21]。而本文對(duì)東北地區(qū)紅隼羽毛汞含量測定結(jié)果與上述結(jié)果正好相反。研究顯示，大氣汞會(huì)通過干濕沉降通量影響土壤和植被，而這種沉降過程極為復(fù)雜[23]，紅隼體內(nèi)汞的來源應(yīng)該是從食物鏈富集而來，羽毛汞含量更多可以表達(dá)當(dāng)?shù)赝寥?、水源和植被汞污染狀況，而對(duì)大氣汞含量的反應(yīng)并不敏感。另外，在2013年9月國務(wù)院印發(fā)《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，自2013年9月10日起實(shí)施，各省會(huì)城市采取了更多的大氣污染排放管制措施。本研究采樣時(shí)間為2017年和2018年6—9月，與上述研究相差5年，可能近5年內(nèi)省會(huì)城市大氣污染防治卓有成效，造成本研究的中心城市的紅隼羽毛中汞濃度均值較低。

沿海地區(qū)的紅隼飛羽、尾羽汞濃度均值顯著高于其他地區(qū)。這與海洋汞污染有關(guān)，汞污染是海洋中最主要的有色金屬污染之一[24-26]；沿海底質(zhì)汞的含量受地表徑流和陸源影響明顯，水體中汞主要與有機(jī)顆粒物結(jié)合，因水化學(xué)作用而沉積，會(huì)造成沿海近岸底質(zhì)汞的含量增加[27]，通過食物鏈在紅隼羽毛中汞含量的較高體現(xiàn)出來。