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, Wambura M. Mtemi, 潘金城, 蔣愛伍

廣西森林生態與保育重點實驗室,廣西大學林學院,南寧 530005

汞作為一種全球分布的持久性污染物,具有強烈的生物毒性,能對人類和野生動物產生嚴重危害[1-2]。 汞對鳥類的影響也受到廣泛關注。 鳥類長期接觸汞會對其繁殖、行為和生存產生嚴重影響[3-4]。 例如,卵中汞殘留超過1.8 μg·kg-1能夠導致卵質量下降、畸形以及孵化率、生長率和雛鳥成活率的降低[5]。 汞可能是導致冬季遷徙海鳥大規模死亡的重要因素[6]。 甲基汞還會影響鳥類的警戒行為,從而增加被捕食風險[7]。 因此,充分了解汞污染對鳥類的影響對維持生態系統平衡具有重要意義。

鳥類是生態系統的重要組成部分,與環境關系十分密切,是較好的環境質量監測指示生物[8-9]。 雀形目鳥類在鳥綱中類群最為豐富,野外種群數量多,樣本易于采集;同時雀形目留鳥的活動范圍小且相對穩定,不僅能反映當地的環境污染狀況,還可以揭示當地的環境變化對人類健康產生的影響。 近年來,越來越多的生態毒理學家推薦使用雀形目留鳥監測環境重金屬污染[10-12]。

灰眶雀鹛(Alcippe morrisonia)是廣泛居留于中國西南和亞洲南部森林中的雀形目鳥類,以多種昆蟲為食,數量豐富,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”,經常帶領混合群中的鳥類進行覓食和警戒[15-16],因此研究汞污染對灰眶雀鹛的影響可能對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周邊灰眶雀鹛初級飛羽、次級飛羽、尾羽和胸羽中的汞含量及分布特征,以檢驗灰眶雀鹛作為環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地的汞污染水平。 同時,也將為研究汞污染對森林鳥類群落的影響提供科學依據。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 研究區域概況

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

1.2 樣品采集與汞測定

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

本研究測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,檢測總汞可以代表鳥類的污染水平。 對羽毛樣本進行編號后,再用丙酮、蒸餾水、去離子水對羽毛進行清洗,以去除外源污染物,然后置于溫度為60 ℃的恒溫烘干箱中進行烘干;羽毛樣本用電子天平(精度為0.001 g)進行稱量,放入到DMA-80 直接測汞儀(意大利Milestone 公司)中進行檢測,其最低檢出限為0.2 μg·kg-1。

1.3 質量控制

采用標準曲線、空白對照和標準物質(IAEA-086)對試驗過程進行質量控制,同時每檢測10個羽毛樣本后檢測一次標準物質,以確保數據的精確性。空白檢測結果為0.00 μg·kg-1。 總汞標準物質為人發(IAEA-086),參考值為534 ~612 μg·kg-1,儀器檢測結果為(597.46±63.55) μg·kg-1(n=5),在正常范圍內,羽毛樣品檢測結果可靠。

1.4 數據分析

對所有灰眶雀鹛羽毛的汞濃度值進行單樣本K-S檢驗,符合正態分布后,對4 種羽毛的汞濃度值進行單因素方差分析和Spearman 相關分析,數據分析均使用SPSS 20.0 完成。

2 結果與討論(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結果顯示,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),但初級飛羽、次級飛羽和胸羽之間無顯著差異。Spearman 相關性分析結果顯示(表2),灰眶雀鹛尾羽與初級飛羽(r2=0.538,P=0.035)以及次級飛羽與初級飛羽(r2=0.687,P=0.007)樣品中汞濃度呈顯著相關性。 汞在灰眶雀鹛羽毛中的富集模式為:尾羽＞次級飛羽＞初級飛羽＞胸羽。 本研究結果與其他研究結果基本一致[20-21]。 鳥類體內的汞多通過食物攝取,在生長過程中,體內積累的汞會釋放到羽毛里,與羽毛中的角蛋白牢固結合,并通過周期性換羽將體內積累的汞排出體外,這是大多數鳥類排出汞的有效機制[22]。 灰眶雀鹛4 種羽毛中汞的分布規律有所不同,可能與換羽季節及換羽順序的不同有關。研究發現,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,時間是8月到12月,尾羽的換羽時間要晚于初級飛羽和次級飛羽,次級飛羽的換羽時間晚于初級飛羽,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。 尾羽換羽時間相對較晚,因此,尾羽可能會富集更多的汞,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

不同鳥種對汞的富集程度存在差異。 鄒發生等[25]測定了廣東白云山地區白頭鵯(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]分析了太原南郊區樹麻雀(Passer montanus)初級飛羽、次級飛羽、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相比,廣西大新地區灰眶雀鹛羽毛中富集更高濃度的汞。 Costa 等[27]研究了工業區周邊森林中大山雀(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境中重金屬背景值的高低[24]。 廣西大新鉛鋅礦區地表水中汞濃度為0.077 μg·kg-1,土壤中汞濃度高達5.762 μg·kg-1,超過《土壤環境質量標準》(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地環境背景值有關。

2.3 灰眶雀鹛與汞污染監測

灰眶雀鹛是中國西南部和亞洲南部森林中常見的留鳥,活動范圍小,食性多樣,以多種昆蟲為食[13],處于食物鏈中較高的位置,其體內的汞可通過生物放大在體內富集。 灰眶雀鹛是食蟲性鳥類,與其他植食性鳥類相比,食蟲鳥類對汞具有較強的富集能力[30],使用灰眶雀鹛監測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飛羽呈顯著正相關,與胸羽中汞濃度也呈現負相關趨勢。 因此,尾羽可能是監測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)沒有達到影響繁殖的閾值(5 μg·g-1)[31],但是,汞污染對鳥類行為的影響也同樣重要。 對于小型雀形目鳥類,即使汞濃度(3 μg·g-1)低于閾值也會對身體狀況產生不良影響[32]。 同樣,汞污染還會增加鳥類的冒險行為[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”,對鳥類混合群落起到凝聚作用[34],該區域較高的汞污染是否影響到灰眶雀鹛的領導和警戒行為尚有待于進一步研究。