三門(mén)峽黃河濕地不同年份越冬期大天鵝初級(jí)飛羽中的重金屬含量分析

艾偉昌, 徐麗敏, 崔 源, 李 慧

(1.河南省野生動(dòng)物救護(hù)中心, 河南 鄭州 450044; 2.河南黃河濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)三門(mén)峽管理處, 河南 三門(mén)峽 472000; 3.河南師范大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院, 河南 新鄉(xiāng) 453007)

大天鵝(Cygnuscygnus)屬于雁形目鴨科天鵝屬,是國(guó)家二級(jí)保護(hù)野生動(dòng)物[1]。估計(jì)我國(guó)有10 000～15 000只大天鵝,主要在黑龍江扎龍、興凱湖、三江平原及新疆巴音布魯克草原、賽里木湖等地繁殖,在山東沿海、黃河中下游濕地及青海湖等地越冬[2-3]。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)大天鵝的研究主要包括種群數(shù)量和分布調(diào)查、行為生態(tài)學(xué)研究、生境選擇研究以及食物分析等方面[4-7]。

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市化建設(shè),重金屬會(huì)通過(guò)各種途徑進(jìn)入環(huán)境中造成污染[8-9]。由于其難降解的特性,重金屬會(huì)通過(guò)食物鏈進(jìn)入動(dòng)物和人體內(nèi),對(duì)動(dòng)物和人體健康造成不良影響[10-11]。許多研究調(diào)查了重金屬在鳥(niǎo)類肝臟和腎臟等器官中的富集情況[12-13]。近些年來(lái),出于鳥(niǎo)類保護(hù)的需要,羽毛和糞便等對(duì)鳥(niǎo)類傷害較小的部位被用來(lái)調(diào)查鳥(niǎo)類的重金屬暴露水平[14-15]。該研究通過(guò)測(cè)定大天鵝飛羽中的重金屬含量來(lái)評(píng)價(jià)其重金屬暴露水平。

1 材料與方法

三門(mén)峽黃河庫(kù)區(qū)(34°36′～34°50′ N,110°23′～111°21′ E)位于豫、陜、晉3省交界處,是大天鵝的重要越冬地[16]。每年10月中下旬大天鵝自繁殖地來(lái)到這里越冬,次年3月上旬返回繁殖地。2017年10月下旬在河南省黃河濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)三門(mén)峽管理處分別采集了2001、2008、2010、2011、2013和2014年的大天鵝標(biāo)本的初級(jí)飛羽樣品。同時(shí)在三門(mén)峽市天鵝湖城市濕地公園蹲點(diǎn)觀察大天鵝活動(dòng)狀況,待有大天鵝成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽脫落時(shí)人工收集脫落的初級(jí)飛羽。各年份采集的大天鵝數(shù)量為3至5只,樣品采集情況見(jiàn)表1。采集樣地包括靈寶市黃河邊濕地(34.728° N, 111.027° E)和三門(mén)峽市天鵝湖城市濕地公園(34.779° N, 111.148° E),兩地相距約13 km。采集完初級(jí)飛羽樣品后放入樣品袋,帶回實(shí)驗(yàn)室,置于-20 ℃冰箱中待分析。

樣品自冰箱取出后,放置至室溫。先用1 mol·L-1的丙酮清洗初級(jí)飛羽上的油脂和外源灰塵等,再用去離子水清洗干凈,剪碎。然后,將羽毛置于60 ℃烘箱中72 h[17]。為了測(cè)定羽毛中的重金屬含量,用濕法消解處理樣品,具體步驟為:稱取約0.1 g羽毛樣品放在含有6 mL濃硝酸和2 mL高氯酸的大試管中,用加熱裝置(VELP DK-20，意大利)消化,至消解完全后定容。用原子吸收分光光度計(jì)(耶拿ZEEnit 700P，德國(guó))測(cè)定重金屬銅(Cu)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、鎘(Cd)、鉻(Cr)和鎳(Ni)的含量。

每份羽毛樣品處理時(shí)均設(shè)置3個(gè)平行,不同平行之間重金屬含量的標(biāo)準(zhǔn)差在10%以內(nèi)。用Sigmaplot 12.5軟件(Systat Software Inc.)作圖。

表1大天鵝樣品采集情況

Table1Thecollectionofwhooperswan

采樣時(shí)間生長(zhǎng)階段樣品來(lái)源采樣地點(diǎn)樣本量 2001年11月亞成鳥(niǎo)標(biāo)本三門(mén)峽市天鵝湖城市濕地公園4 2008年12月成鳥(niǎo)標(biāo)本三門(mén)峽市天鵝湖城市濕地公園3 2010年10月成鳥(niǎo)標(biāo)本靈寶市黃河邊濕地5 2011年12月成鳥(niǎo)標(biāo)本靈寶市黃河邊濕地3 2013年10月亞成鳥(niǎo)標(biāo)本三門(mén)峽市天鵝湖城市濕地公園5 2013年11月成鳥(niǎo)標(biāo)本靈寶市黃河邊濕地5 2014年12月成鳥(niǎo)標(biāo)本靈寶市黃河邊濕地3 2017年10月成鳥(niǎo)活體三門(mén)峽市天鵝湖城市濕地公園5

2 結(jié)果與分析

2.1 不同年份大天鵝亞成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中的重金屬含量

2001年和2013年大天鵝亞成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中的重金屬含量見(jiàn)圖1。大天鵝亞成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中不同重金屬含量有很大差異,最高的為Zn〔(79.67±3.69) mg·kg-1〕,最低的為Ni〔(0.09±0.00) mg·kg-1〕。亞成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中重金屬含量從大到小依次為Zn> Cu> Pb> Cr> Cd> Ni。2013年亞成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中各重金屬含量與2001年的在同一個(gè)數(shù)量級(jí),兩者間Cr和Ni含量水平相當(dāng)。2013年亞成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中Cu、Pb和Cd含量低于2001年,Zn含量則高于2001年。作為非必需元素,少量的Pb和Cd暴露也可能會(huì)對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖等造成不良影響。值得注意的是,與2001年相比,2013年亞成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中Pb和Cd含量分別減少16.4%和46.4%,表明大天鵝亞成鳥(niǎo)Pb和Cd的暴露水平有下降趨勢(shì)。

總之,與2001年相比,2013年大天鵝亞成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中Cu、Pb和Cd含量有下降趨勢(shì),Zn含量有上升趨勢(shì),Cr和Ni含量與2001年相當(dāng)。

圖1 不同年份亞成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中的重金屬含量

2.2 不同年份大天鵝成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中的重金屬含量

不同年份大天鵝成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中的重金屬含量見(jiàn)圖2。

圖2 不同年份成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中的重金屬含量

大天鵝成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中重金屬含量最高的為Zn〔(93.33±1.69) mg·kg-1〕,最低的為Ni〔(0.15±0.04) mg·kg-1〕。除2013年,其余各年份不同重金屬含量由高到低依次為Zn> Cr> Cu≈Pb> Cd> Ni。不同年份成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中重金屬含量有很大差異,不同重金屬含量隨時(shí)間變化趨勢(shì)大體相同。飛羽中重金屬含量在2008年和2010年處在較低水平,而后升高,在2011年或2013年達(dá)最高水平,而后逐漸下降(Ni含量則在2008年為最高)。Cu和Zn含量在2013年,Pb、Cd、Cr和Ni含量在2011年達(dá)到最高。Cu和Zn含量在2014年,Pb和Cd含量在2017年,Cr和Ni含量在2013年達(dá)到最低。

總之,近幾年大天鵝成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中Cu和Cr的含量與之前的水平相當(dāng),Zn、Pb、Cd和Ni的含量則有下降趨勢(shì)。

此外,成鳥(niǎo)與亞成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中Zn含量相當(dāng)。對(duì)于其他重金屬,成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中的含量均高于亞成鳥(niǎo),這可能是由于成鳥(niǎo)暴露時(shí)間較長(zhǎng),所以在羽毛中富集了較多的重金屬。

3 討論

從2001年到2017年的大天鵝初級(jí)飛羽樣本中發(fā)現(xiàn)近年來(lái)Pb和Cd等重金屬含量呈下降趨勢(shì)。大天鵝是國(guó)家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物,取樣較為不易,國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究較少。有研究者指出,面臨較高的Cu暴露〔肝臟w為(2 150±2 280) mg·kg-1,干重〕時(shí)大天鵝有較高的死亡率[18]。該研究中大天鵝初級(jí)飛羽中w(Cu)顯著低于匈牙利疣鼻天鵝(Cygnusolor)〔(10.24±2.25) mg·kg-1〕,處于較低水平;w(Cd)和w(Cr)則高于匈牙利疣鼻天鵝〔0.50 和(1.02±0.90) mg·kg-1〕,這可能是由于兩地天鵝棲息地的背景濃度不同[19]。瑞典疣鼻天鵝肝臟中的w(Zn)(約100 mg·kg-1)和w(Cd)(約6 mg·kg-1)顯著高于該研究中大天鵝初級(jí)飛羽中的含量,這可能是由于肝臟是解毒器官,所以會(huì)富集更多的重金屬[20]。此外,該研究中的大天鵝初級(jí)飛羽中Cu、Zn和Ni含量與日本本州和北海道地區(qū)大天鵝初級(jí)飛羽中的w(Cu)〔(5.95±0.98) mg·kg-1〕、w(Zn)〔(70.5±15.0) mg·kg-1〕和w(Ni)〔(0.20±0.09) mg·kg-1〕相當(dāng)[21]。

由于Pb在水生環(huán)境中有廣泛的來(lái)源,一些文獻(xiàn)報(bào)道了天鵝鉛中毒的情況[22-23]。天鵝鉛中毒的主要原因是由于狩獵鉛彈和釣魚(yú)鉛墜引起的,20世紀(jì)60年代至90年代,上萬(wàn)只天鵝因?yàn)橥淌炽U墜、鉛彈和被污染的植物與沉積物導(dǎo)致鉛中毒而死亡[24-25]。有研究者對(duì)英國(guó)366只死亡天鵝〔包括大天鵝、小天鵝(Cygnuscolumbianus)和疣鼻天鵝〕致死原因的分析中發(fā)現(xiàn),21%的成鳥(niǎo)和10%的幼鳥(niǎo)是鉛中毒致死的[26]。在對(duì)瑞典58只疣鼻天鵝的研究中也發(fā)現(xiàn),17%的天鵝出現(xiàn)了鉛中毒癥狀[20]。加拿大不列顛哥倫比亞省在1965—1979年有上百只天鵝因?yàn)殂U中毒而死亡[27]。在日本北海道地區(qū)發(fā)現(xiàn)6只大天鵝和2只小天鵝鉛中毒,其血液、肝臟和腎臟中w(Pb)分別為2.5～6.7、14.0～30.4和30.2～122 mg·kg-1[27]。該研究中肝臟和腎臟中w(Pb)均高于羽毛,血液中的Pb含量則與羽毛中相當(dāng),這主要是由于重金屬在不同組織中的富集程度不同[28-29]。腎臟和肝臟是代謝和解毒器官,這些組織的細(xì)胞內(nèi)含有特殊的結(jié)合蛋白,與毒物有較強(qiáng)的親和力,導(dǎo)致組織中Pb含量升高[30]。無(wú)獨(dú)有偶,韓國(guó)大天鵝肝臟、腎臟和骨骼中Pb含量也高于該研究中大天鵝初級(jí)飛羽的,這是由于Pb主要蓄積在骨骼中[30-31]。該研究中大天鵝初級(jí)飛羽中w(Pb)高于日本本州和北海道地區(qū)大天鵝初級(jí)飛羽(0.51～0.67 mg·kg-1),這可能是由兩地背景中Pb含量的差異造成的[21]。然而,日本大天鵝胸羽中卻有較高的w(Pb)(5.84～14.6 mg·kg-1),這是由于飛羽每年都要進(jìn)行換羽,胸羽則長(zhǎng)期不進(jìn)行更換,所以胸羽比飛羽的暴露時(shí)間更長(zhǎng)[21]。

對(duì)于鳥(niǎo)類羽毛中重金屬含量的限值,目前尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),因此筆者將大天鵝初級(jí)飛羽中的重金屬含量與其他研究中鳥(niǎo)類羽毛的重金屬水平比較,來(lái)判斷大天鵝的重金屬暴露水平。廣東白云山風(fēng)景區(qū)4種雀形目鳥(niǎo)類飛羽中w(Cu)(5.4～30.8 mg·kg-1)、w(Zn)(114.0～367.0 mg·kg-1)和w(Pb)(5.4～28.0 mg·kg-1)均高于該研究中大天鵝初級(jí)飛羽[32]。葡萄牙一個(gè)無(wú)污染的森林中生活的大山雀(Parusmajor)羽毛中的w(Cu)〔(5.72±0.82) mg·kg-1〕與該研究水平相當(dāng),波蘭中部無(wú)污染地區(qū)藍(lán)山雀(Cyanistescaeruleus)雛鳥(niǎo)和法國(guó)東部地區(qū)無(wú)污染地區(qū)烏鶇(Turdusmerula)羽毛中的w(Pb)〔分別為4～6和(4.89±3.18) mg·kg-1〕均與該研究水平相當(dāng),說(shuō)明該研究中大天鵝羽毛中Cu和Pb含量處于安全水平[33-35]。同時(shí),該研究中大天鵝初級(jí)飛羽中w(Cu)與巴基斯坦無(wú)污染地區(qū)不同食性的鳥(niǎo)類羽毛的水平(0.64～1.18 mg·kg-1)相當(dāng);w(Ni)則顯著低于巴基斯坦(1.44～3.16 mg·kg-1),這表明該研究中大天鵝羽毛中Cd和Ni水平較低[36]。同時(shí),該研究大天鵝飛羽中w(Zn)與巴基斯坦無(wú)污染地區(qū)雜食性鳥(niǎo)類、食蟲(chóng)性鳥(niǎo)類和捕食無(wú)脊椎動(dòng)物猛禽的水平(68.54～86.46 mg·kg-1)相當(dāng),低于巴基斯坦肉食性鳥(niǎo)類和腐食性鳥(niǎo)類的(101.54～107.35 mg·kg-1),這表明該研究中大天鵝的Zn暴露水平較低[36]。這可能是由于不同鳥(niǎo)類的不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)造成的,有研究者指出不同鳥(niǎo)類羽毛中的重金屬水平與其營(yíng)養(yǎng)級(jí)高低成正比,肉食性鳥(niǎo)類和腐食性鳥(niǎo)類有較高的營(yíng)養(yǎng)級(jí),所以有較高的Zn含量[37-38]。捷克無(wú)污染地區(qū)大山雀羽毛中w(Cr)(2.26～6.63 mg·kg-1)與該研究的水平接近,意大利污染地區(qū)黑腳企鵝(Spheniscusdemersus)羽毛中的w(Cr)(22±77 mg·kg-1)則顯著高于該研究,表明該研究大天鵝飛羽中的Cr含量處于比較安全的水平[39-40]。北京地區(qū)的樹(shù)麻雀(Passermontanus)羽毛內(nèi)w(Pb)(8.61 mg·kg-1)和w(Ni)(1.62 mg·kg-1)高于該研究,這可能是由于前者采樣地點(diǎn)位于首鋼附近[41]。在比利時(shí)安特衛(wèi)普一個(gè)重金屬污染地區(qū)生活的大山雀最外層尾羽中的w(Cu)(15.4 mg·kg-1)、w(Zn)(164.6 mg·kg-1)和w(Cd)(2.09 mg·kg-1)均顯著高于該研究,主要是由于污染地區(qū)的鳥(niǎo)類有較高的重金屬富集水平[42]?？傊?通過(guò)與其他污染和無(wú)污染地區(qū)鳥(niǎo)類羽毛中的重金屬含量比較,發(fā)現(xiàn)該研究區(qū)大天鵝初級(jí)飛羽中各重金屬含量處于比較安全的水平。

此外,鳥(niǎo)類組織中重金屬水平受自身?xiàng)l件的影響[43]。有研究者指出9至10 a的信鴿(Columbaliviadomestica)體內(nèi)Cd含量顯著高于1至2 a和5至6 a的[44]。同樣,有研究者指出不同年齡、不同發(fā)育階段(成鳥(niǎo)與幼鳥(niǎo))以及不同性別的樹(shù)麻雀在相同環(huán)境下重金屬的暴露水平均不相同[45]。在俄羅斯中烏拉爾山區(qū)的研究發(fā)現(xiàn),工礦業(yè)造成的污染不僅會(huì)影響斑姬鹟(Ficedulahypoleuca)和煤山雀(Parusater)的食物組分，還會(huì)改變其各食物組分中重金屬的含量,從而改變了2種鳥(niǎo)類的重金屬暴露水平[46-47]。因此,將來(lái)在進(jìn)行大天鵝的相關(guān)研究時(shí),應(yīng)考慮其年齡、性別和食物組分等因素。

4 結(jié)論

為了評(píng)價(jià)三門(mén)峽庫(kù)區(qū)大天鵝的重金屬暴露水平,測(cè)定了不同年份初級(jí)飛羽中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr和Ni等重金屬含量。結(jié)果表明,大天鵝亞成鳥(niǎo)和成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中重金屬含量最高的是Zn,最低的是Ni。成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中的Zn含量與亞成鳥(niǎo)的相當(dāng),其他則高于亞成鳥(niǎo)。不同年份大天鵝亞成鳥(niǎo)和成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中的重金屬含量有很大差異。近幾年亞成鳥(niǎo)和成鳥(niǎo)初級(jí)飛羽中非必需元素Pb和Cd含量呈下降趨勢(shì),說(shuō)明大天鵝Pb和Cd的暴露水平有所降低。此外,與其他鳥(niǎo)類羽毛中重金屬含量相比,該研究區(qū)大天鵝初級(jí)飛羽中的重金屬含量處于比較安全的水平。