铜陵多金属复合污染区常见鸟类重金属沉积研究

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由经济发展导致的重(类)金属暴露成为威胁生态系统的重要污染源。过量的重(类)金属被生物体吸收后发生毒害反应,诱导生物体生理变化进而影响生物体健康,同时重(类)金属在生态系统中沿营养级发生不同程度的积累。鸟类由于占据较高生态位、活动栖息区域多样、与人类活动密切相关等特点被认为可用作监测环境中重(类)金属污染的生物指示物。然而,鸟羽对多金属复合污染区重(类)金属污染的指示作用尚待明确,以及通过鸟羽指示重(类)金属诱导生理反应和后果的潜力研究不足。因此,本文以我国东部铜陵多金属复合污染区为研究区域(主要包括狮子山、示范养殖农场、新桥),以生活在该污染区的常见无危鸟类(麻雀(Passer montanus)、乌鸫(Turdus merula)、山斑鸠(Streptopelia orientalis)、珠颈斑鸠(Streptopelia chinensis)等)为研究对象,通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分别测定铜陵多金属复合污染区不同样本(土壤、植物、昆虫、鸟类不同组织)中重(类)金属含量,以及通过酶联免疫吸附法(ELISA)测定鸟类血液样本中氧化应激生物标志物的活性水平。主要研究结果如下:1.基础统计和单因素方差分析显示不同研究区域和不同样本中九种重(类)金属(V、Cr、Mn、Co、Cu、Zn、As、Cd和Pb)含量具有较大差异。狮子山土壤中的多种重金属(包括V、Cr、Mn、Co、Cu、Zn和Pb)含量为三个研究区域中最高,蔬菜和昆虫中的重(类)金属含量在新桥普遍具有最大值。此外,羽毛中V、Cr、As和Pb含量显著高于其他样本材料(谷物、蔬菜和昆虫),而Co在这些样本材料之间无显著性差异。2.根据单因素方差分析,鸟类不同组织器官和不同鸟种之间重(类)金属含量具有较大差异。例如,羽毛中重(类)金属V、Mn、Co、Zn和As含量高于心脏、肝脏、肾脏、肌肉和骨骼等组织。Cr含量在羽毛和组织间差异不显著,Cu、Cd、Pb含量显著较高的部位分别为心脏、肾脏和骨骼。此外,双因素方差分析得出鸟类羽毛样本中重(类)金属Cr、Cu、Zn、As和Pb含量在不同鸟种和不同采样点之间存在显著性差异,麻雀羽毛中重(类)金属含量普遍高于其他鸟种。不同鸟种和不同地点的交互作用对鸟类羽毛中Cr含量存在显著影响。3.根据Pearson相关性结果,羽毛和不同组织中的多种重(类)金量含量具有相关性。例如,羽毛重(类)金属Co、As和Cd含量与心脏组织中Co、As和Cd含量呈正相关;羽毛V和Co含量和肾脏V和Co含量呈正相关;羽毛Cd含量与肝脏Cd含量为正相关;羽毛Pb含量与骨骼中的Pb含量呈正相关以及羽毛As含量与肌肉As含量呈正相关。4.通过CCA分析发现重(类)金属含量与氧化应激生物标志物活性水平(超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽巯基转移酶(GST)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)、还原型谷胱甘肽(GSH)、氧化型谷胱甘肽GSSG)、丙二醛(MDA))之间存在关联。鸟类羽毛样本中类金属As含量与氧化应激生物标志物GSH、GPx、GST活性水平呈正相关,Cr含量与GSH水平呈正相关;血液样本Zn含量与GST和MDA活性水平呈显著正相关,Cr、Pb、As含量与GPx活性水平显著正相关,Pb含量与CAT活性水平呈显著正相关。综上所述,多金属复合污染区不同样本中重(类)金属含量差异较大,鸟类羽毛可作为一种有效的、非损伤性的生物指示物用于监测该污染区的重(类)金属(特别是V、Co、As、Cd和Pb)污染;同时血液和羽毛中重金属含量分别与氧化应激生物标志物活性水平的关联结果可以得出羽毛的指示效力虽弱于血液,但羽毛对鸟体长期受重金属胁迫而产生的生理响应具有一定指示潜力。本研究结论可为环境评价和管理提供重要参考。
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