东北地区红隼羽毛中重金属汞含量测定

许 青 郑 雯 安玉鑫 王毅鸿 蒋爱伍

(1.东北林业大学野生动物资源学院，哈尔滨，150040；2.广西大学林学院，南宁，530005)

汞是一种有毒性的重金属元素，有良好的反应活性，可在自然状态下与多种化合物发生化学反应[1]。汞在整个生态系统中都有沉积，且随着营养级、食物链等级的不断增加，汞的富集程度会越来越高，并对大部分生物有机体产生了极大的威胁，因此关于环境汞污染毒理研究已成为环境污染生态学的热点研究问题[2-3]。自20世纪50年代日本水俣病爆发以来，国际上对汞污染越来越重视，1990年在瑞典召开第一届“汞全球污染物”国际会议后，联合国环境规划署已经将汞列为全球性环境污染物。

汞污染对鸟类的影响受到了广泛的重视。 Fort等人通过研究海鸟内汞含量推测了海鸟大规模死亡的原因，探讨汞中毒是否作为一个重要影响因素来看待[4]；Costa等通过采集大山雀(Parusmajor)的雏鸟和成鸟的羽毛和粪便进行汞浓度测定，证明距离汞污染分布距离对小型鸣禽体内汞含量存在影响[5]；Scheuhammer研究了汞对鸟类的慢性毒害作用[6]；Ikemoto等人通过对硒与肝脏中汞的相互作用，来研究海鸟体内的重金属解毒机制[7]。李黔军等对汞在动物食物链中的富集规律做了相关研究[8]；郝宇琦、马志龙等对三江平原汞在鹭科鸟类食物链中的生物放大作用开展了研究[9-10]；李枫、张宇等对齐齐哈尔扎龙保护区的苍鹭(Ardeacinerea)、丹顶鹤(Grusjaponensis)羽毛和组织部位中的汞含量进行了测定分析[11-12]；张培勤、宫茜茜分别对太原郊区和鸡西矿区的麻雀(Passermontanus)羽毛中汞的含量进行了测定分析，对比了汞在不同组织和器官中的差异性[13-14]；刘庆等对厦门地区的几种猛禽体内重金属的分布做了相关研究等[15]。

东北地区是我国重要的老工业基地，工业发展时间长，汞在不同地区分布特点因此受到了学者们的关注[16-21]。红隼(Falcotinnunculus)，属于隼形目(Falconiformes)隼科(Falconidae)，是一种小型猛禽，在东北地区均有分布，属于留鸟。红隼主要以昆虫、鼠类和小型鸟类为食，处于食物链顶端。本文通过对东北不同地区红隼的飞羽和尾羽进行汞检测，测定汞在红隼羽毛中的富集状况，探讨东北三省红隼飞羽、尾羽汞浓度的区域性差异，以及东北地区红隼羽毛中汞含量的空间分布特点。

1 区域概况和研究方法

1.1 研究区域概况

东北三省位于我国东北部，包括辽宁、吉林、黑龙江，是我国最早的工业基地和重要的粮食生产区，拥有完整的工业体系。黑龙江省位于东北地区的东北部，主要由山脉、平原、流域等地貌特征组成，境内分布有大、小兴安岭，完达山脉，松花江流域，嫩江流域，乌苏里江流域和黑龙江流域；黑龙江省南北跨度较大，属于两个不同的气候带，南部地区为温带大陆性季风气候，北部为寒温带大陆性季风气候。吉林省位于东北地区的中部，整体地势为东南高，西北低，从东到西由山地丘陵向平原草原过渡；全省属于温带大陆性季风气候，雨热同期，东南部降水量高，西北部低。辽宁省位于东北地区的东南部，与渤海、黄海相邻，与朝鲜隔江相望，整体地势为北高南低，辽东主要为山地丘陵、辽中为辽河平原一带、辽西也为山地丘陵；辽宁省属于温带大陆性季风气候，雨热同期，降雨分布不均，整体表现为东湿西干，是东北三省中降水量最多的省份。

1.2 样本采集与汞测定

2017年6—9月，2018年6—8月末，在东北地区14个城市进行了采样。采样地点包括黑龙江省的黑河、齐齐哈尔、哈尔滨、牡丹江；吉林省的长春、延吉、四平；辽宁省的开原、沈阳、鞍山、大连、锦州、绥中，同时，也采集了临近辽宁省的河北省山海关的样本。所有羽毛样本均来自当地机场驱鸟网粘捕的红隼，采集被粘捕个体左侧第三枚初级飞羽和中央尾羽左侧第一根尾羽，如为活体，采样后放飞。共采集83只红隼的飞羽和尾羽样本(表1)。

本研究测得的汞均为样本的总汞浓度。对羽毛样本进行编号后，取羽尖5 cm左右长度的羽毛，通过丙酮、蒸馏水、去离子水对羽毛进行清洗，置于温度为70℃的恒温烘干箱中进行烘干；对恒重的羽毛样本用电子天平(精度为0.001 g)进行称量，放入到DMA-80直接测汞仪中进行检测。

对所有红隼飞羽和尾羽的汞浓度值进行单样本K-S检验，符合正态分布后，对红隼飞羽和尾羽的汞浓度值进行配对样本T检验和Pearson相关性分析，数据分析均使用SPSS 19.0完成。

2 结果

2.1 红隼飞羽和尾羽汞含量特征

所测红隼飞羽样本中的汞浓度为0.065 4—1.379 0 mg/kg，飞羽样本汞浓度均值为(0.437 7±0.289 1)mg/kg。尾羽汞浓度为0.063 2—1.331 0 mg/kg，汞浓度均值为(0.400 6±0.266 8)mg/kg。汞浓度最大值个体出现在绥中(飞羽：1.379 0 mg/kg；尾羽：1.331 0 mg)，最小值个体出现在黑河(飞羽：0.065 4 mg/kg；尾羽：0.063 2 mg)。从各采样地样本均值水平上看，绥中样本的汞浓度均值也是最高的(飞羽：0.692 0±0.403 2 mg/kg；尾羽：0.619 1±0.384 8 mg/kg)；而哈尔滨样本的均值最低(飞羽：0.109 9±0.016 3 mg/kg；尾羽：0.102 2±0.009 9 mg/kg)(表1)。

表1 东北地区红隼羽毛中汞浓度Tab.1 Mercury accumulation in feathers of common kestrel in Northeast China

飞羽和尾羽汞浓度值均符合正态分布，配对样本T检验结果为T=6.680，P<0.01，表明红隼飞羽的汞浓度值大于尾羽的汞浓度值，而且差异极显著。Pearson相关性检验结果显示相关系数为0.987(P<0.01)，红隼飞羽与尾羽的汞浓度值相关性极显著。

2.2 东北三省红隼羽毛汞含量的比较

黑龙江省4个采样地红隼样本飞羽汞浓度均值为(0.443 3±0.307 2)mg/kg，尾羽汞浓度均值为(0.403 5±0.283 3)mg/kg。其中哈尔滨的飞羽、尾羽汞浓度均值最低，分别为(0.109 9±0.016 3)mg/kg和(0.102 2±0.009 9)mg/kg；其他3个采样地羽毛汞浓度均值相近，飞羽浓度均值最高的为齐齐哈尔(0.485 9±0.253 7)mg/kg，尾羽浓度均值最高的为黑河(0.438 7±0.303 0)mg/kg。

吉林省3个采样地红隼飞羽汞浓度均值为(0.338 9±0.295 9)mg/kg，尾羽汞浓度均值(0.301 0±0.281 2)mg/kg，其中长春的飞羽、尾羽汞浓度值最低，分别为(0.231 3±0.110 5)mg/kg、(0.179 4±0.079 8)mg/kg；四平飞羽、尾羽汞浓度值最高(0.446 0±0.402 4)mg/kg、(0.429 4±0.416 5)mg/kg。

辽宁省7个采样地红隼飞羽汞浓度均值为(0.467 4±0.261 2)mg/kg，尾羽汞浓度均值为(0.433 1±0.236 1)mg/kg，其中沈阳飞羽、尾羽汞浓度均值最低分别为(0.190 6±0.056 9)mg/kg、(0.179 5±0.054 2)mg/kg；绥中飞羽、尾羽汞浓度均值最高为(0.692 0±0.403 2)mg/kg、(0.619 1±0.384 8)mg/kg。

结果表明吉林省红隼飞羽、尾羽汞浓度均值均为3省最低，而辽宁省均值最高。3个省份均呈现为省会城市汞浓度较低的现象。

2.3 红隼羽毛汞浓度自北向南分布特点

根据各采样地汞浓度均值绘出东北地区红隼羽毛汞浓度由北向南空间分布曲线(图1)。由北到南的3个最低值，分别为哈尔滨、长春、沈阳这3个省会城市，红隼羽毛汞浓度均值均比相邻城市小。而且以这3个城市为中心汞浓度向周边城市辐射状增加。环渤海城市(绥中、大连、山海关)的红隼汞浓度均值明显高于其他地区，其次是黑河、齐齐哈尔、牡丹江、四平、开原、鞍山，这些城市汞浓度均值差别不大。延吉和锦州汞浓度均值高于省会城市，但低于其他地区。

图1 东北地区红隼羽毛汞浓度空间分布Fig.1 Continuous spatial distribution of feather mercury concentration in common kestrel in Northeast China

3 讨论

郭东龙等2001年对红脚隼(Falcovespertinas)、金雕(Aquilachrysaetos)、普通鵟(Buteobuteo)、褐马鸡(Crossoptilonmantchuricum)的汞含量进行了测量和比较，从飞羽和尾羽汞含量上看，除普通鵟外，金雕、红脚隼、褐马鸡的飞羽汞浓度值均大于尾羽汞浓度值[22]，其研究认为这可能是和鸟类身体不同部位羽毛换羽的时间和地点差异有关[22]；张宇对扎龙保护区笼养丹顶鹤的汞含量进行了分析，结果显示为笼养丹顶鹤羽毛汞浓度为飞羽大于尾羽[12]；Honda对大白鹭(Ardeaalba)、大贼鸥(Stercorariusskua)及三趾鸥(Rissatridactyla)飞羽和尾羽中汞的分布也有相同结果[23-24]。本研究中红隼所有样本飞羽汞浓度均大于尾羽汞浓度，可见这是鸟类羽毛中汞分布的一个普遍现象。鸟类身体不同部位羽毛汞含量并不相同，有观点认为这可能是和鸟类身体不同部位羽毛换羽时间和地点差异有关[22]。我们观察发现，本研究中各样本采集地一年四季均有红隼活动，在不排除有个别个体存在大范围活动可能的情况下，可以将其视为当地留鸟；本研究样本采集时间较为集中，在每年6月到9月初；红隼飞羽和尾羽汞含量呈显著正相关，这均说明飞羽和尾羽汞含量的差别应该主要是其体内代谢特点所导致的，换羽时间和地点的不同造成这种差异的可能性很小。可见其飞羽和尾羽内汞含量可以成为反映当地汞污染的指标之一。

猛禽处于生态系统食物链顶端，重金属可以通过食物链富集于其体内[15]。所以猛禽体内汞含量可以是其所在生境汞含量水平的有效反应，能直接反映当地土壤、植被以及水源的汞污染状况。在本研究中，总体看辽宁省红隼飞羽和尾羽平均汞含量水平最高，其次是黑龙江省，而吉林省最低，这显然和东北各省区域经济规模、工业布局以及人口数量等因素影响到汞排放有一定关系，这符合我们的预期。但是值得注意的是，从红隼羽毛汞含量地区分布上看，哈尔滨、长春、沈阳这3个省会城市，红隼汞浓度均值均比相邻城市小。而且以这3个城市为中心汞浓度向周边城市辐射状增加。陈燕于2012年10月对东北地区城乡连续空间大气汞分布的检测显示，哈尔滨、长春和沈阳这3个区域中心城市大气汞含量明显高于周边地级城市，而且汞含量以这3个城市为中心向周边城市辐射状降低[21]。而本文对东北地区红隼羽毛汞含量测定结果与上述结果正好相反。研究显示，大气汞会通过干湿沉降通量影响土壤和植被，而这种沉降过程极为复杂[23]，红隼体内汞的来源应该是从食物链富集而来，羽毛汞含量更多可以表达当地土壤、水源和植被汞污染状况，而对大气汞含量的反应并不敏感。另外，在2013年9月国务院印发《大气污染防治行动计划》，自2013年9月10日起实施，各省会城市采取了更多的大气污染排放管制措施。本研究采样时间为2017年和2018年6—9月，与上述研究相差5年，可能近5年内省会城市大气污染防治卓有成效，造成本研究的中心城市的红隼羽毛中汞浓度均值较低。

沿海地区的红隼飞羽、尾羽汞浓度均值显著高于其他地区。这与海洋汞污染有关，汞污染是海洋中最主要的有色金属污染之一[24-26]；沿海底质汞的含量受地表径流和陆源影响明显，水体中汞主要与有机颗粒物结合，因水化学作用而沉积，会造成沿海近岸底质汞的含量增加[27]，通过食物链在红隼羽毛中汞含量的较高体现出来。