廢棄礦山周邊灰眶雀鹛(Alcippe morrisonia)羽毛中汞含量分布特征

劉士龍, 周雪夢(mèng), Wambura M. Mtemi, 潘金城, 蔣愛伍

廣西森林生態(tài)與保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西大學(xué)林學(xué)院,南寧 530005

汞作為一種全球分布的持久性污染物,具有強(qiáng)烈的生物毒性,能對(duì)人類和野生動(dòng)物產(chǎn)生嚴(yán)重危害[1-2]。 汞對(duì)鳥類的影響也受到廣泛關(guān)注。 鳥類長(zhǎng)期接觸汞會(huì)對(duì)其繁殖、行為和生存產(chǎn)生嚴(yán)重影響[3-4]。 例如,卵中汞殘留超過1.8 μg·kg-1能夠?qū)е侣奄|(zhì)量下降、畸形以及孵化率、生長(zhǎng)率和雛鳥成活率的降低[5]。 汞可能是導(dǎo)致冬季遷徙海鳥大規(guī)模死亡的重要因素[6]。 甲基汞還會(huì)影響鳥類的警戒行為,從而增加被捕食風(fēng)險(xiǎn)[7]。 因此,充分了解汞污染對(duì)鳥類的影響對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)平衡具有重要意義。

鳥類是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,與環(huán)境關(guān)系十分密切,是較好的環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)指示生物[8-9]。 雀形目鳥類在鳥綱中類群最為豐富,野外種群數(shù)量多,樣本易于采集;同時(shí)雀形目留鳥的活動(dòng)范圍小且相對(duì)穩(wěn)定,不僅能反映當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境污染狀況,還可以揭示當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境變化對(duì)人類健康產(chǎn)生的影響。 近年來,越來越多的生態(tài)毒理學(xué)家推薦使用雀形目留鳥監(jiān)測(cè)環(huán)境重金屬污染[10-12]。

灰眶雀鹛(Alcippe morrisonia)是廣泛居留于中國(guó)西南和亞洲南部森林中的雀形目鳥類,以多種昆蟲為食,數(shù)量豐富,易于研究和采集[13-14]。 灰眶雀鹛在鳥類混合群中常被視為“核心種”,經(jīng)常帶領(lǐng)混合群中的鳥類進(jìn)行覓食和警戒[15-16],因此研究汞污染對(duì)灰眶雀鹛的影響可能對(duì)了解森林鳥類群落的維持具有重要意義。 本文分析了廣西大新鉛鋅礦廢棄礦區(qū)周邊灰眶雀鹛初級(jí)飛羽、次級(jí)飛羽、尾羽和胸羽中的汞含量及分布特征,以檢驗(yàn)灰眶雀鹛作為環(huán)境污染指示物種的可行性,以及何種類型的羽毛能較好地反映當(dāng)?shù)氐墓廴舅健?同時(shí),也將為研究汞污染對(duì)森林鳥類群落的影響提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 研究區(qū)域概況

大新鉛鋅礦區(qū)(22°58′15″N,107°17′28″E)位于廣西大新縣三合村,海拔418 m。 該地區(qū)屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候,潮濕多雨。 礦區(qū)從1955年正式開采,開采期長(zhǎng)達(dá)40 余年,2001年底,因環(huán)境污染和資源枯竭,停止開采[17]。 原礦區(qū)生產(chǎn)期間,對(duì)采礦產(chǎn)生的廢水、尾礦未得到有效處理,使礦區(qū)周邊的水土和農(nóng)作物受到嚴(yán)重的重金屬污染,也嚴(yán)重影響了野生動(dòng)物及周邊部分群眾的身體健康。

1.2 樣品采集與汞測(cè)定

2018年1月,采用霧網(wǎng)法[18]在廢棄礦區(qū)周邊的森林中對(duì)灰眶雀鹛進(jìn)行抓捕采樣,共捕獲灰眶雀鹛成鳥12 只。 采樣點(diǎn)位于廢棄礦區(qū)的排水池約50 m處,由于喀斯特地表水較少,該水源幾乎為該區(qū)域野生動(dòng)物的唯一永久性地表水源。 捕獲后,收集其初級(jí)飛羽、次級(jí)飛羽、尾羽和胸羽,取樣完成后將其放飛。

本研究測(cè)得的汞含量均為樣本的總汞濃度。 鳥類羽毛中富集的汞90%以上是總汞[19],因此,檢測(cè)總汞可以代表鳥類的污染水平。 對(duì)羽毛樣本進(jìn)行編號(hào)后,再用丙酮、蒸餾水、去離子水對(duì)羽毛進(jìn)行清洗,以去除外源污染物,然后置于溫度為60 ℃的恒溫烘干箱中進(jìn)行烘干;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(cè)汞儀(意大利Milestone 公司)中進(jìn)行檢測(cè),其最低檢出限為0.2 μg·kg-1。

1.3 質(zhì)量控制

采用標(biāo)準(zhǔn)曲線、空白對(duì)照和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(IAEA-086)對(duì)試驗(yàn)過程進(jìn)行質(zhì)量控制,同時(shí)每檢測(cè)10個(gè)羽毛樣本后檢測(cè)一次標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),以確保數(shù)據(jù)的精確性?？瞻讬z測(cè)結(jié)果為0.00 μg·kg-1。 總汞標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為人發(fā)(IAEA-086),參考值為534 ~612 μg·kg-1,儀器檢測(cè)結(jié)果為(597.46±63.55) μg·kg-1(n=5),在正常范圍內(nèi),羽毛樣品檢測(cè)結(jié)果可靠。

1.4 數(shù)據(jù)分析

對(duì)所有灰眶雀鹛羽毛的汞濃度值進(jìn)行單樣本K-S檢驗(yàn),符合正態(tài)分布后,對(duì)4 種羽毛的汞濃度值進(jìn)行單因素方差分析和Spearman 相關(guān)分析,數(shù)據(jù)分析均使用SPSS 20.0 完成。

2 結(jié)果與討論(Results and discussion)

2.1 灰眶雀鹛羽毛樣品中汞的殘留量

灰眶雀鹛尾羽樣品中的汞濃度為415.18~1 805.21 μg·kg-1,平均汞濃度為(894.46±389.91)μg·kg-1;次級(jí)飛羽樣品中汞濃度為520.97~1 260.91 μg·kg-1,汞濃度均值為(771.45±251.90) μg·kg-1;初級(jí)飛羽樣品中汞濃度340.57 ~1 066.44 μg·kg-1,平均汞濃度為(739.43±202.68) μg·kg-1;胸羽樣品中汞濃度為 164.28 ~ 970.88 μg·kg-1,汞濃度均值為(687.43±264.13) μg·kg-1(表 1)。

表1 灰眶雀鹛4 種羽毛中汞濃度Table 1 Mercury levels in four kinds of feathers of Grey-cheeked Fulvettas

單因素方差分析檢驗(yàn)結(jié)果顯示,灰眶雀鹛尾羽中的汞濃度值顯著高于其他3 種羽毛樣品(表2),但初級(jí)飛羽、次級(jí)飛羽和胸羽之間無顯著差異。Spearman 相關(guān)性分析結(jié)果顯示(表2),灰眶雀鹛尾羽與初級(jí)飛羽(r2=0.538,P=0.035)以及次級(jí)飛羽與初級(jí)飛羽(r2=0.687,P=0.007)樣品中汞濃度呈顯著相關(guān)性。 汞在灰眶雀鹛羽毛中的富集模式為:尾羽＞次級(jí)飛羽＞初級(jí)飛羽＞胸羽。 本研究結(jié)果與其他研究結(jié)果基本一致[20-21]。 鳥類體內(nèi)的汞多通過食物攝取,在生長(zhǎng)過程中,體內(nèi)積累的汞會(huì)釋放到羽毛里,與羽毛中的角蛋白牢固結(jié)合,并通過周期性換羽將體內(nèi)積累的汞排出體外,這是大多數(shù)鳥類排出汞的有效機(jī)制[22]。 灰眶雀鹛4 種羽毛中汞的分布規(guī)律有所不同,可能與換羽季節(jié)及換羽順序的不同有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),同為雀形目鳥類的黃腹山鷦鶯(Prinia flaviventris)和純色山鷦鶯(Prinia inornata)每年都換羽2次,分別在春季和秋季,其中秋季換羽為完全換羽,時(shí)間是8月到12月,尾羽的換羽時(shí)間要晚于初級(jí)飛羽和次級(jí)飛羽,次級(jí)飛羽的換羽時(shí)間晚于初級(jí)飛羽,2 種鳥的換羽模式基本相似[23-24]。 由于分類地位較為接近,該換羽模式可以作為灰眶雀鹛換羽模式的參考。 尾羽換羽時(shí)間相對(duì)較晚,因此,尾羽可能會(huì)富集更多的汞,這種換羽模式可能是造成汞在灰眶雀鹛羽毛中分布不同的原因。

表2 灰眶雀鹛4 種羽毛間汞濃度差異性及Spearman 相關(guān)性分析Table 2 Difference and Spearman correlation analysis of mercury levels in four types of feathers from Grey-cheeked Fulvettas

2.2 與其他雀形目鳥類相比

不同鳥種對(duì)汞的富集程度存在差異。 鄒發(fā)生等[25]測(cè)定了廣東白云山地區(qū)白頭鵯(Pycnonotus sinensis)羽毛、肝臟和肌肉中汞的殘留量,汞在白頭鵯各組織中的平均值分別為499、158 和1 μg·kg-1;張培勤和周英梅[26]分析了太原南郊區(qū)樹麻雀(Passer montanus)初級(jí)飛羽、次級(jí)飛羽、背羽、腹羽、尾羽和胸肌中的汞濃度,汞在6 種組織中平均含量分別為262.8、233.3、212.4、189.0、218.1 和 30.14 μg·kg-1。與山西太原和廣東白云山地區(qū)相比,廣西大新地區(qū)灰眶雀鹛羽毛中富集更高濃度的汞。 Costa 等[27]研究了工業(yè)區(qū)周邊森林中大山雀(Parus major)成鳥羽毛和糞便中的汞殘留量。 與灰眶雀鹛相比,其平均汞含量較低。 與Tsipoura 等[28]的研究相比,灰眶雀鹛尾羽中平均汞濃度也高于紅翅黑鸝(Agelaius phoeniceus)。 鳥類組織中的重金屬濃度可以反映出鳥類所處環(huán)境中重金屬背景值的高低[24]。 廣西大新鉛鋅礦區(qū)地表水中汞濃度為0.077 μg·kg-1,土壤中汞濃度高達(dá)5.762 μg·kg-1,超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15628—2018)的 11.3 倍[29],因此,灰眶雀鹛羽毛中較高的汞濃度可能與當(dāng)?shù)丨h(huán)境背景值有關(guān)。

2.3 灰眶雀鹛與汞污染監(jiān)測(cè)

灰眶雀鹛是中國(guó)西南部和亞洲南部森林中常見的留鳥,活動(dòng)范圍小,食性多樣,以多種昆蟲為食[13],處于食物鏈中較高的位置,其體內(nèi)的汞可通過生物放大在體內(nèi)富集。 灰眶雀鹛是食蟲性鳥類,與其他植食性鳥類相比,食蟲鳥類對(duì)汞具有較強(qiáng)的富集能力[30],使用灰眶雀鹛監(jiān)測(cè)亞熱帶森林中的汞污染具有一定的可行性。 灰眶雀鹛尾羽中汞濃度顯著高于其他3 類羽毛,且尾羽中的汞濃度與初級(jí)飛羽呈顯著正相關(guān),與胸羽中汞濃度也呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。 因此,尾羽可能是監(jiān)測(cè)鳥類汞污染的最佳選擇。 盡管灰眶雀鹛羽毛中的汞濃度(1.8 μg·g-1)沒有達(dá)到影響繁殖的閾值(5 μg·g-1)[31],但是,汞污染對(duì)鳥類行為的影響也同樣重要。 對(duì)于小型雀形目鳥類,即使汞濃度(3 μg·g-1)低于閾值也會(huì)對(duì)身體狀況產(chǎn)生不良影響[32]。 同樣,汞污染還會(huì)增加鳥類的冒險(xiǎn)行為[33]。 灰眶雀鹛作為熱帶和亞熱帶森林中鳥類混合群的“核心種”,對(duì)鳥類混合群落起到凝聚作用[34],該區(qū)域較高的汞污染是否影響到灰眶雀鹛的領(lǐng)導(dǎo)和警戒行為尚有待于進(jìn)一步研究。