艾偉昌, 徐麗敏, 崔 源, 李 慧

(1.河南省野生動物救護中心, 河南 鄭州 450044; 2.河南黃河濕地國家級自然保護區(qū)三門峽管理處, 河南 三門峽 472000; 3.河南師范大學水產(chǎn)學院, 河南 新鄉(xiāng) 453007)

大天鵝(Cygnuscygnus)屬于雁形目鴨科天鵝屬,是國家二級保護野生動物[1]。估計我國有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,國內(nèi)外對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),重金屬會通過各種途徑進入環(huán)境中造成污染[8-9]。由于其難降解的特性,重金屬會通過食物鏈進入動物和人體內(nèi),對動物和人體健康造成不良影響[10-11]。許多研究調(diào)查了重金屬在鳥類肝臟和腎臟等器官中的富集情況[12-13]。近些年來,出于鳥類保護的需要,羽毛和糞便等對鳥類傷害較小的部位被用來調(diào)查鳥類的重金屬暴露水平[14-15]。該研究通過測定大天鵝飛羽中的重金屬含量來評價其重金屬暴露水平。

1 材料與方法

三門峽黃河庫區(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家級自然保護區(qū)三門峽管理處分別采集了2001、2008、2010、2011、2013和2014年的大天鵝標本的初級飛羽樣品。同時在三門峽市天鵝湖城市濕地公園蹲點觀察大天鵝活動狀況,待有大天鵝成鳥初級飛羽脫落時人工收集脫落的初級飛羽。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。采集完初級飛羽樣品后放入樣品袋,帶回實驗室,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(耶拿ZEEnit 700P，德國)測定重金屬銅(Cu)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、鎘(Cd)、鉻(Cr)和鎳(Ni)的含量。

每份羽毛樣品處理時均設(shè)置3個平行,不同平行之間重金屬含量的標準差在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

采樣時間生長階段樣品來源采樣地點樣本量 2001年11月亞成鳥標本三門峽市天鵝湖城市濕地公園4 2008年12月成鳥標本三門峽市天鵝湖城市濕地公園3 2010年10月成鳥標本靈寶市黃河邊濕地5 2011年12月成鳥標本靈寶市黃河邊濕地3 2013年10月亞成鳥標本三門峽市天鵝湖城市濕地公園5 2013年11月成鳥標本靈寶市黃河邊濕地5 2014年12月成鳥標本靈寶市黃河邊濕地3 2017年10月成鳥活體三門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初級飛羽中的重金屬含量

2001年和2013年大天鵝亞成鳥初級飛羽中的重金屬含量見圖1。大天鵝亞成鳥初級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〕。亞成鳥初級飛羽中重金屬含量從大到小依次為Zn> Cu> Pb> Cr> Cd> Ni。2013年亞成鳥初級飛羽中各重金屬含量與2001年的在同一個數(shù)量級,兩者間Cr和Ni含量水平相當。2013年亞成鳥初級飛羽中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暴露也可能會對動物的生長、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年亞成鳥初級飛羽中Pb和Cd含量分別減少16.4%和46.4%,表明大天鵝亞成鳥Pb和Cd的暴露水平有下降趨勢。

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

圖1 不同年份亞成鳥初級飛羽中的重金屬含量

2.2 不同年份大天鵝成鳥初級飛羽中的重金屬含量

不同年份大天鵝成鳥初級飛羽中的重金屬含量見圖2。

圖2 不同年份成鳥初級飛羽中的重金屬含量

大天鵝成鳥初級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。不同年份成鳥初級飛羽中重金屬含量有很大差異,不同重金屬含量隨時間變化趨勢大體相同。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年達到最低。

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

此外,成鳥與亞成鳥初級飛羽中Zn含量相當。對于其他重金屬,成鳥初級飛羽中的含量均高于亞成鳥,這可能是由于成鳥暴露時間較長,所以在羽毛中富集了較多的重金屬。

3 討論

從2001年到2017年的大天鵝初級飛羽樣本中發(fā)現(xiàn)近年來Pb和Cd等重金屬含量呈下降趨勢。大天鵝是國家二級保護動物,取樣較為不易,國內(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〕時大天鵝有較高的死亡率[18]。該研究中大天鵝初級飛羽中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飛羽中的含量,這可能是由于肝臟是解毒器官,所以會富集更多的重金屬[20]。此外,該研究中的大天鵝初級飛羽中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[21]。

由于Pb在水生環(huán)境中有廣泛的來源,一些文獻報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鉛墜引起的,20世紀60年代至90年代,上萬只天鵝因為吞食鉛墜、鉛彈和被污染的植物與沉積物導致鉛中毒而死亡[24-25]。有研究者對英國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%的成鳥和10%的幼鳥是鉛中毒致死的[26]。在對瑞典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年有上百只天鵝因為鉛中毒而死亡[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,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,這些組織的細胞內(nèi)含有特殊的結(jié)合蛋白,與毒物有較強的親和力,導致組織中Pb含量升高[30]。無獨有偶,韓國大天鵝肝臟、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飛羽中w(Pb)高于日本本州和北海道地區(qū)大天鵝初級飛羽(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行換羽,胸羽則長期不進行更換,所以胸羽比飛羽的暴露時間更長[21]。

對于鳥類羽毛中重金屬含量的限值,目前尚無統(tǒng)一標準,因此筆者將大天鵝初級飛羽中的重金屬含量與其他研究中鳥類羽毛的重金屬水平比較,來判斷大天鵝的重金屬暴露水平。廣東白云山風景區(qū)4種雀形目鳥類飛羽中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飛羽[32]。葡萄牙一個無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,波蘭中部無污染地區(qū)藍山雀(Cyanistescaeruleus)雛鳥和法國東部地區(qū)無污染地區(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,說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,該研究中大天鵝初級飛羽中w(Cu)與巴基斯坦無污染地區(qū)不同食性的鳥類羽毛的水平(0.64～1.18 mg·kg-1)相當;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,該研究大天鵝飛羽中w(Zn)與巴基斯坦無污染地區(qū)雜食性鳥類、食蟲性鳥類和捕食無脊椎動物猛禽的水平(68.54～86.46 mg·kg-1)相當,低于巴基斯坦肉食性鳥類和腐食性鳥類的(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類的不同營養(yǎng)級造成的,有研究者指出不同鳥類羽毛中的重金屬水平與其營養(yǎng)級高低成正比,肉食性鳥類和腐食性鳥類有較高的營養(yǎng)級,所以有較高的Zn含量[37-38]。捷克無污染地區(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位于首鋼附近[41]。在比利時安特衛(wèi)普一個重金屬污染地區(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)的鳥類有較高的重金屬富集水平[42]?？傊?通過與其他污染和無污染地區(qū)鳥類羽毛中的重金屬含量比較,發(fā)現(xiàn)該研究區(qū)大天鵝初級飛羽中各重金屬含量處于比較安全的水平。

此外,鳥類組織中重金屬水平受自身條件的影響[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(成鳥與幼鳥)以及不同性別的樹麻雀在相同環(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)造成的污染不僅會影響斑姬鹟(Ficedulahypoleuca)和煤山雀(Parusater)的食物組分，還會改變其各食物組分中重金屬的含量,從而改變了2種鳥類的重金屬暴露水平[46-47]。因此,將來在進行大天鵝的相關(guān)研究時,應考慮其年齡、性別和食物組分等因素。

4 結(jié)論

為了評價三門峽庫區(qū)大天鵝的重金屬暴露水平,測定了不同年份初級飛羽中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr和Ni等重金屬含量。結(jié)果表明,大天鵝亞成鳥和成鳥初級飛羽中重金屬含量最高的是Zn,最低的是Ni。成鳥初級飛羽中的Zn含量與亞成鳥的相當,其他則高于亞成鳥。不同年份大天鵝亞成鳥和成鳥初級飛羽中的重金屬含量有很大差異。近幾年亞成鳥和成鳥初級飛羽中非必需元素Pb和Cd含量呈下降趨勢,說明大天鵝Pb和Cd的暴露水平有所降低。此外,與其他鳥類羽毛中重金屬含量相比,該研究區(qū)大天鵝初級飛羽中的重金屬含量處于比較安全的水平。