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环境重金属通过食物在[树]麻雀体内的富集与暴露风险评价

艾世伟  
【摘要】:重金属会通过工农业生产和日常生活进入到土壤、水体和大气等环境中,并对其中生存的动植物造成不同程度的影响。鸟类是生态系统的重要组成部分,对维持生态系统的平衡起着重要作用。然而,环境重金属也可通过土壤、水和食物等途径进入鸟类体内并富集,可能会对鸟类生长、发育和繁殖等产生不利影响,甚至导致鸟类个体的死亡。因此,本研究选择欧亚大陆广泛分布的雀形目鸟类——【树】麻雀(Passer montanus)作为研究对象,选取我国重要的矿产资源枯竭城市——甘肃白银地区的梁庄村作为重金属污染样地及相对无污染的旅游胜地——甘肃刘家峡地区的魏川村作为对照样地,探讨Cu、Zn、Pb和Cd四种重金属在【树】麻雀成鸟体内的富集水平及其通过土壤、水和食物途径给【树】麻雀雏鸟、幼鸟和成鸟带来的暴露风险,以期为制定鸟类重金属暴露风险的基准提供参考。本研究主要取得了以下结果:1.两地土壤和水样中的重金属水平。由于土壤和水均是鸟类摄入重金属的途径,因此本研究调查了两地土壤和水样中的重金属浓度。白银地区土壤中除Cd浓度超过土壤环境质量标准(GB 15618-1995)中规定的限值并达到中度污染外,其它三种重金属均未超过相应限值;白银地区水样中Pb和Cd的浓度超过了生活饮用水卫生标准(GB 5749-2006)中规定的限值,Cu和Zn的浓度则低于相应限值。刘家峡地区土壤和水样中四种重金属的浓度均未超过相应限值,且显著低于白银地区土壤和水样中的重金属浓度(p0.01)。说明选择刘家峡地区作为对照样地是可行的。2.两地【树】麻雀幼鸟和成鸟的身体指标。通过测定两地【树】麻雀幼鸟和成鸟体重、体长、尾长、翼长、跗蹠长和喙长等身体指标,结果表明上述指标均无显著差异(p0.05)。说明重金属污染尚未对白银地区【树】麻雀幼鸟和成鸟的身体指标造成明显影响。3.两地【树】麻雀成鸟各部位和粪便中的重金属富集水平。通过对【树】麻雀成鸟各部位和粪便中重金属浓度的检测发现,初级飞羽、尾羽、腹羽和背羽中四种重金属的浓度均较高,Zn和Pb在跗跖骨中有较高的浓度。其它组织中,肝脏、肾脏和粪便中四种重金属的浓度均较高,胸肌和血液中的重金属浓度则较低。此外,白银地区【树】麻雀成鸟的初级飞羽、血液和粪便中四种重金属的浓度均显著高于刘家峡地区(p0.05),可用于指示环境重金属的污染。4.【树】麻雀雏鸟、幼鸟和成鸟的食物组成。本研究利用稳定同位素分析法(Stable Isotope Analysis in R,SIAR)分析了刘家峡和白银地区【树】麻雀的食物组成,结果表明:雏鸟的食物组成中比例最大的是非植食性无脊椎动物,比例最小的是玉米和禾本科C4植物;除个别例外,玉米在幼鸟和成鸟的食物组成中占有最大比例。总之,两地【树】麻雀雏鸟主要以动物性食物为食,幼鸟和成鸟则主要以植物性食物为食。5.两地【树】麻雀食物中的重金属水平。在所有的食物源中,非植食性无脊椎动物的重金属浓度最高,玉米的重金属浓度最低。除极少数例外,白银地区所有食物源中的重金属浓度均显著高于刘家峡地区(p0.05)。此外,两地【树】麻雀雏鸟的食物源中重金属的平均浓度(average concentration,AC值)最高,其次是成鸟(夏季)的,白银地区雏鸟、幼鸟和成鸟食物中的AC值均高于刘家峡地区,说明白银地区的【树】麻雀通过食物会摄入更多的重金属。6.重金属从食物到【树】麻雀体内的生物放大效应。除极少数例外,两地【树】麻雀雏鸟、幼鸟和成鸟的生物放大系数(biomagnification factor,BMF值)均大于1.0,这说明四种重金属从食物到【树】麻雀体内存在生物放大效应。其中,Pb的生物放大效应最为显著,从食物到【树】麻雀体内放大了2.29~7.08倍。此外,【树】麻雀初级飞羽及其食物源中的重金属浓度与其δ~(15)N值之间存在显著的线性相关(R~2≥0.3309,p0.05),且四种重金属在两地的营养级放大系数(trophic magnification factor,TMF值)均大于1.0,表明其随着营养级的升高有生物放大效应。总之,四种重金属从两地食物到【树】麻雀体内存在生物放大效应,且重金属浓度随营养级的升高而升高。7.两地【树】麻雀的重金属摄入水平。两地【树】麻雀雏鸟的重金属日摄入量(heavy metal daily intake,MDI值)和单位体重日摄入量(heavy metal daily intake per unit of body weight,MDI_(BW)值)最高,其次是成鸟(夏季),幼鸟和成鸟(冬季)的水平相当。白银地区雏鸟、幼鸟和成鸟的MDI值和MDI_(BW)值均显著高于刘家峡地区(p0.05),说明重金属污染会提高【树】麻雀的重金属暴露水平。此外,不同食物源对【树】麻雀的MDI值有不同贡献,无脊椎动物在食物总量中所占的比例与MDI值成正比,粮食作物籽粒则与其成反比。总之,白银地区【树】麻雀雏鸟、幼鸟和成鸟的重金属摄入水平均高于刘家峡地区,在【树】麻雀不同生命阶段,雏鸟的重金属摄入水平最高。8.【树】麻雀的重金属暴露水平和暴露风险。本研究分析了【树】麻雀通过土壤、水和食物等途径的重金属暴露水平(exposure level,EL值)、危害商数(hazard quotient,HQ值)和危害指数(hazard index,HI值)。结果表明,雏鸟的EL、HQ和HI值最高,其次是成鸟(夏季)的,幼鸟和成鸟(冬季)的水平相当。其中,两地【树】麻雀雏鸟、幼鸟和成鸟Zn和Pb的HQ值均大于3.0,说明Zn和Pb会给【树】麻雀带来高等暴露风险。此外,白银地区的EL、HQ和HI值均显著高于刘家峡地区(p0.05)。总之,白银地区【树】麻雀的重金属暴露水平和暴露风险均高于刘家峡地区,两地雏鸟面临较高的暴露风险。综上所述,白银地区【树】麻雀初级飞羽、血液和粪便中Cu、Zn、Pb和Cd的浓度均高于刘家峡地区,可用于指示长期环境重金属污染的生物学效应。【树】麻雀雏鸟主要以无脊椎动物为食,幼鸟和成鸟则主要以粮食作物籽粒和草籽为食,由于无脊椎动物体内含有较高的重金属浓度,所以雏鸟的重金属摄入量和暴露风险均高于幼鸟和成鸟。白银地区土壤、水和【树】麻雀食物中Cu、Zn、Pb和Cd的浓度均高于刘家峡地区,分析结果也表明白银地区【树】麻雀的重金属暴露风险显著高于刘家峡地区。此外,环境重金属从食物到【树】麻雀体内存在明显的生物放大效应,表明即便是长期栖息在低浓度环境重金属污染条件下,【树】麻雀依然面临较高的暴露风险。


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