贵州草海湿地水鸟重金属暴露风险评估与应用

2021-10-26 13:29胡灿实张明明粟海军
中国环境科学 2021年10期
关键词:草海水鸟生境

朱 源,胡灿实,张明明,粟海军*

贵州草海湿地水鸟重金属暴露风险评估与应用

朱 源1,2,胡灿实1,3,张明明1,2,粟海军1,2*

(1.贵州大学林学院,贵州 贵阳 550025;2.贵州大学生物多样性与自然保护研究中心,贵州 贵阳 550025;3.贵州大学生命科学学院,贵州 贵阳 550025)

运用综合暴露风险模型评价贵州草海湿地水鸟群落的重金属暴露风险,并通过反距离权重插值法和图层叠加分析确定暴露风险的空间分布.结果表明,草海水鸟栖息地土壤中As、Cd、Cr、Ni、Pb、Zn的均值含量均超过贵州的土壤背景值,As、Cd、Cr、Pb、Zn在浅水沼泽、草地、耕地和水沟4种生境植物中均呈污染水平,As、Pb在水鸟肉食性食物鱼样中超标.草海水鸟主要对Cr、Pb、Zn存在暴露风险,在不同食性水鸟食物摄入途径不同则对重金属的暴露风险不同.在不同食性的代表性水鸟中,Pb在食植途径对针尾鸭、斑头雁,在食土途径则对白鹭暴露风险最高.Cr在食土途径中对3种水鸟暴露风险都较高.而Zn主要在食肉途径对白鹭、斑头雁的暴露风险最高.综合评价表明,代表肉食性水鸟的白鹭和代表植食性的针尾鸭的重金属潜在危害风险为高风险,代表杂食性的斑头雁为中风险.以水鸟栖息区域的潜在危害风险来看,双河、胡叶林、王家院子周边和邻近威宁县城城区的区域达到了高风险水平.建议重点监测肉食性水鸟群落的健康状态,优先治理和防控Cr、Pb、Zn重金属污染物以及污染高风险区域,采取科学合理的人为活动限制和污染防控措施.

重金属污染物;水鸟群落;重金属暴露风险;综合评价模型;贵州草海湿地

栖息地重金属污染是鸟类等动物遭受生存威胁的重要环境因素之一[1-3],遭受污染的鸟类等动物其羽毛、组织器官、血液等均会产生重金属富集进而导致严重的生理危害[4-6],因此开展栖息地重金属野生动物暴露风险评估可以定量重金属的威胁程度,对于动物的保护和重金属污染的防治具有重要意义.国际上自上世纪60年代起开始开展低浓度暴露条件下人群和动物的定量健康风险评价[7-8],国内起步相对较晚,且在污染物种类、评估区域类型等方面仍有局限[9-11].近年来随着野生动物生境污染的加剧,其重金属暴露风险开始受到关注,开展了对江豚、大熊猫、麻雀及部分湿地水鸟的环境污染物暴露状况及其健康风险评价[12-15].但以往的评价多通过测定动物组织器官中的污染物含量来实现[16],而通过测定非损伤性样品如食物、粪便对重金属吸入或排出的方法进行动物重金属暴露风险评价近年来才开始受到重视[13,17].但现有的评价研究较少考虑不同鸟类间栖息地与食性的差异性,缺乏将鸟类群落、栖息地类型和生态习性三者有机关联来进行综合性分析与评价[13].

水鸟常作为湿地环境质量变化的重要指示剂,因其高集群性和对湿地的固定利用习性而极易受到环境重金属污染物的危害[18].贵州草海湿地是中国西南高原高寒湿地的典型代表,也是以黑颈鹤为旗舰种的重要水鸟越冬地及迁徙中转站[19].由于草海毗邻威宁县城,在威宁城镇化和工业化的发展过程中,长期受到如土法炼锌、生活污水、农地化肥农药使用等多方面污染影响,导致草海湿地及周边区域存在不同程度重金属污染[20].尽管关于草海土壤、水质、沉积物、水生动物和底栖动物、植物等方面的重金属污染情况均有诸多报道[20-22],但针对湿地越冬水鸟的暴露风险则尚无研究,而以黑颈鹤为代表的水鸟显然对于草海湿地生态系统至关重要.因此,究竟各种重金属在草海不同类型的水鸟栖息地中是如何分布的?水鸟的食性不同、栖息生境不同受到的重金属污染是否不同?如何关联鸟类群落的栖息地类型、取食习性、觅食途径与重金属的关系?

因此,本文通过建立综合性的暴露风险评价模型并使用反距离权重插值法和图层叠加分析确定暴露风险的空间分布.从而对湿地水鸟进行评估和指导保护工作.

1 材料与方法

1.1 研究地概况

草海湿地(草海国家级自然保护区)位于贵州省毕节市威宁县城区西南方向(N26°47'32″~26°52'52″, E104°10'16″~104°20'40″),处于乌蒙腹地,海拔约2100m,具有日照丰富、冬暖夏凉、冬干夏湿等独特的高原气候特征,生物资源丰富,水草鱼虾丰茂[23].每年冬季,有黑颈鹤、灰鹤等近7万只湿地鸟类在此越冬觅食,是西南地域主要的候鸟越冬栖息地和停歇地之一[21].草海湿地植物种类丰富,水生植物种类以水莎草、水葱等单子叶植物为主,陆地植物主要有灯心草、香薷等;湖滨农作物包括土豆、玉米、白菜、萝卜等,而近年来,草海湖周边经退耕还湖后种植了绿肥、胡萝卜、莎草、黑麦草等水鸟食用植物[24].草海湖泊周围的土壤多为沼泽土,同时周边历史上因“土法炼锌”工业遗弃了大量的炼锌废弃炉、废弃渣,潜在污染严重[18].

1.2 研究方法

1.2.1 水鸟群落调查与分析 主要采用定点观察法进行同步调查,共在湖泊周边选择10个水鸟调查样区(图1),于2018年12月~2019年3月和2020年1月期间进行了冬季水鸟调查、2019年7月进行夏季水鸟调查.调查期间,选择晴朗、能见度高的天气进行同步调查,利用双筒望远镜(SVAROVSKI EL10x42WB)和单筒望远镜(SVAROVSKI ATS80)观察鸟类,记录水鸟种类、数量、行为、生境等信息,种群数量用直数法统计,每日调查时间为 07:00~ 18:00,到达监测点静候5min后开始计数,计数时,对数量较大的群体采取“集团统计法”计数,各调查样区每次调查重复2次,数据统计采取最大值保留法[19].通过计算草海水鸟群落的优势度和Shannon- Wiener多样性指数分析水鸟群落特征,计算公式参考文献[25].

1.2.2 水鸟食物采样和测定 (1)水鸟栖息地土壤及其食用植物采样测定 基于水鸟的分布情况及栖息生境特征[19],将草海水域及滨湖区域划分为浅水沼泽、草地、水沟、耕地4个生境进行采样,在各生境中有水鸟觅食栖息的区域随机设置样地采集土壤、植物样品,样地分布如图1.土壤及植物的采样方法及样品前处理、保存均参考文献[26],样品采样时均采用“S”形方式进行,每个样地采集5~8个采样点为一个混合样,其中土壤24个样地,植物46个样地.土壤每个采样点采集0~20cm土层土壤样品,植物样品主要采集水莎草、荆三棱、水葱、水蓼、白花车轴草、黑麦草、芦苇根茎、土豆、胡萝卜、莎草等水鸟食用植物的根茎或块茎.将保存待测的土壤和植物样品测定Pb、Cd、Cr、Cu、As、Zn、Ni 7种重金属含量.由于植物和土壤性质的不同,采取的测定方法有所差异.其中土壤样品在石墨炉上用高氯酸、硝酸、氢氟酸消解,蒸至近干后的样品用稀盐酸溶解定容,再用等离子体发射光谱(Agilent:5110)与等离子体质谱(Agilent: 7700x)进行分析;检出限达到相关标准检出要求[27].植物样品用王水缓慢冷消解约8h,期间轻摇试管,然后转移至石墨炉上于85℃加热15min,接着在115℃下加热2h;随后冷却、用盐酸定容,再用等离子体发射光谱(Agilent:5110)和电感耦合等离子体质谱仪(Agilent:7900)综合分析,质量保证和控制采用平行样、方法空白,当平行样重复率在10%以内,平行样分析误差小于5%时,分析结果是可靠的.同时检出限达到相关标准要求[28].

图1 贵州草海湿地生境类型及抽样样点分布

(2)鱼虾样品采集与重金属测定如图1,在草海周边水鸟觅食区域设置9个样地,每个样地采集3~5个采样点作为一个混合样,样地分布如图1.采集样品主要为草海优势种麦穗鱼和秀丽白虾.取其全体包括肌肉、骨头及内脏磨碎进行重金属测定,并制作2~3个分析空白和平行样品进行质量控制,当平行样重复率在10%以内,平行样分析误差小于5%时,分析结果是可靠的.先使用微波消解仪(Mars- 40TFM)消解,置于加热板上恒温120℃加热赶酸,至消解液剩约0.5mL时,用超纯水转移到离心管中定容至50mL,保存待测.使用电感耦合等离子体质谱仪(X2)检测重金属元素的含量[14].

水鸟栖息觅食生境浅水沼泽、草地、耕地的判别依据参考文献[19],此外,水沟是指由于草海的历史因素,在耕地和草地内存在着宽窄不一的沟壑,原拥有排水或地块分界的功能,草海退耕还湖便遗留下来,也是水鸟的觅食生境之一.

1.2.3 水鸟重金属暴露风险综合评价模型 从水、土、水生动物和植物食物途径进行综合评价(图2),主要考虑水鸟对土壤、植物、水及肉食性食物摄入的习性(文中均称食土、食植、食水、食肉途径),由于食水途径暴露剂量太低,因此忽略不计[13].通过参考人体健康风险评价模型,引入危害商(HQ)作为评价污染物的暴露风险指标[29],如果HQ<1,认为暴露种群不太可能受到不良影响;如果HQ>1,则认为污染物可能对种群产生负面影响.将重金属的鸟类暴露风险HQ值划分为4个等级:无风险(HQ£1),低风险(13)[13].参考暴露风险HQ值的等级划分,潜在危害风险值HI也分为:无风险(HI£1),低风险(13).暴露风险综合模型如图3所示:

根据草海水鸟群落组成特点,考虑水鸟种群的数量、分布、食性、习性、栖息生境及居留情况,选择针尾鸭(植食性)、白鹭(肉食性)、斑头雁(杂食性)3种食性代表水鸟进行综合评价,这3种水鸟在草海分布广泛、数量较大且在体重、食性和习性各不相同、占据的生境类型多样(表1),用这3种水鸟来评价草海水鸟群落的重金属暴露风险具有一定普适性和代表意义.

图2 草海湿地水鸟重金属暴露风险综合评价模型

1)式(1)至(7)参考文献[13,30].2)BW表示选择鸟类的体重,式(1)中单位为g,式(2)中单位为kg.为土壤占食物的百分比,使用已知的相关湿地水鸟的土壤摄取速率的研究作为参考数据[31].是吸收媒介的数量(如食物或土壤).I是媒介()的吸收率(g/d或mL/d).C是媒介()中污染物()的含量(μg/g或μg/mL).LOAEL为最低可观测不良影响剂量水平(μg/g/d);NOAEL为没有发生可观测不良影响剂量水平(μg/g/d);UF为不确定因子.HI是用来评价采样点多种重金属元素的潜在危害风险,HI越高表示多种重金属元素的潜在危害风险程度越高.3)食物及水摄取速率通过异速生长回归模型预测[31];4)LOAEL和NOAEL的鸟类毒性测试数据参考文献[30].5)选择不确定因子UF=10作为最保守TDI(mcTDI)

1.2.4 数据处理及分析 采用独立样本T检验及Mann-Whitney U检验比较不同生境中土壤、植物重金属含量的差异性.运用单因素方差分析检验不同暴露途径中暴露剂量间的差异性,对正态分布(<0.05)的数据使用LSD比较(Least- Significant Difference,最小显著性差异法),对非正态性的数据使用Games-Howell非参数比较.在ArcGIS10.2中使用反距离权重插值法(IDW)和图层叠加制得研究区域水鸟重金属潜在危害风险的空间分布图[20].

表1 草海湿地3种代表性水鸟主要特征

注:S-浅水沼泽,M-草地,G-水沟,C-耕地;水鸟体重和食性参考文献[32-33].选择的代表性水鸟土壤摄取率:针尾鸭、斑头雁为8.2%,白鹭为18%[34].

2 结果与分析

2.1 草海水鸟栖息生境土壤及食物重金属富集特征

2.1.1 水鸟栖息生境土壤重金属富集程度 如表2,各类水鸟栖息生境中,除As含量在水沟中与在耕地中具有显著差异外(=0.022<0.05),在其它各生境间无显著性(>0.05),而其它重金属元素在各生境间均无显著性(>0.05).除As和Cu外,其他重金属元素均超过全省背景值,其中Cd超过3.8倍,Pb和Zn都超过1.4倍.

表2 水鸟不同栖息生境土壤重金属含量(μg/g)

注:BV:贵州重金属背景值,平均值±标准差.

2.1.2 水鸟栖息生境植物性食物重金属富集程度 如表3,除Ni无限量参考值和Cu外,其他重金属均极大地超过食品污染物的标准限量值,As、Cd、Cr、Pb、Zn分别超过约16倍、20倍、13倍、41倍和3倍,以Cd和Pb最甚.各类重金属在不同生境中的富集程度差异见表3.

表3 水鸟不同栖息生境植物重金属富集程度(μg/g)

注:a、b、c不同字母表示各数据间具有显著差异(<0.05).植物的限量值参考《GB2762—2017食品安全国家标准-食品中污染物限量》[28];-指无限量值参考资料.

表4 草海湿地水鸟栖息生境中鱼虾重金属含量(μg/g)

注:水生动物鱼类、底栖动物虾类的限量值参考《GB2762—2017食品安全国家标准-食品中污染物限量》[28];-指无限量值参考资料.描述统计为平均值±标准差.

2.1.3 水鸟肉食性食物重金属富集程度 水生动物鱼样中仅有As的含量超过了限量值,Cd、Cr、Pb的含量未超过限量值.底栖动物虾样中,仅有As、Pb的含量超过了限量值,Cd、Cr的含量低于限量值.而Cu、Ni、Zn则未获得在鱼虾中的限量值标准(表4).

2.2 草海湿地水鸟群落及重金属暴露风险评价

研究期共记录草海越冬及留鸟共45种水鸟(表5),其中肉食性20种、杂食性20种、植食性5种.浅水沼泽和草地是水鸟的主要利用生境(分别为33和30种),在深水区活动的水鸟主要为雁鸭类和小鷉等17种,而利用耕地觅食的主要是黑颈鹤、灰鹤、斑头雁和赤麻鸭4种;利用水沟觅食则主要有斑嘴鸭()、白鹭等17种.

2.2.1 草海水鸟不同食物途径重金属暴露水平 各种水鸟在不同食物途径暴露剂量(Ej)与可耐受剂量(mcTDI)发现,主要有Cr、Pb、Zn 3种元素的暴露剂量高于mcTDI,说明潜在的暴露风险主要来自于Cr、Pb和Zn.在针尾鸭中,食植途径中的Pb、Zn的暴露剂量要大于食土途径,Cr则相反.其中Pb、Zn在不同途径间呈显著差异(<0.05),而Cr在两者间无显著差异(=0.269>0.05);白鹭对Pb、Cr的暴露剂量主要来源于食土途径,食肉中Zn要高于食土途径,3种元素在两者间差异显著(<0.05);斑头雁中Pb则是食植途径最高,且与食土途径、食肉途径间有显著差异(<0.05),Cr主要来源于食土和食植途径,两途径间无显著差异(>0.05),与食肉途径有显著差异(<0.05),而Zn的暴露剂量为食肉途径>食植途径>食土途径,各途径间都呈显著差异(<0.05)(表6).

表5 2018~2020年草海湿地栖息的主要水鸟名录及栖息特征

续表5

注:活动生境:SS指浅水沼泽,ME指草地,DE指深水区,GU指水沟,CL指耕地.食性参考文献[33],优势度计算公式参考文献[25].

表6 草海湿地水鸟食物重金属暴露剂量[μg/(g×d)]

注:表中为平均值±标准误差,plants指水鸟食植途径的重金属暴露剂量,meats指水鸟食肉途径的重金属暴露剂量,soil指水鸟食土途径的重金属暴露剂量,total指水鸟总的食物途径的暴露剂量.表中*表示该暴露剂量高于水鸟可耐受剂量(mcTDI),mcTDI计算过程参考文献[13,31].

2.2.2 草海水鸟食物重金属暴露风险评价 3种代表性水鸟的暴露风险值(mcHQ)表明(图4):针尾鸭食物中Cr为高风险(HQ>3),Pb为中风险(23),Pb、Zn为中风险(23),Pb为低风险(1

以重金属潜在危害风险来看,白鹭和针尾鸭的重金属潜在危害风险为高风险水平(HI>3.00),斑头雁为中风险(2.00

HQplants指食植途径暴露风险,HQmeats指食肉途径暴露风险,HQsoils指食土途径暴露风险,HQtotal指食物途径总暴露风险

2.3 草海湿地水鸟食物重金属暴露风险的空间分布

草海湿地水鸟群落栖息生境中食物重金属的潜在危害风险总体为中等风险水平(2.003.00).这些区域附近都有大面积的建设用地,主要以居民区为主,人为活动频繁.而胡叶林、王家院子、双河区域是草海水鸟集中栖息地(图5).

图4 草海湿地水鸟群落主要栖息生境食物重金属暴露风险空间分布

HIfoods指水鸟食物包括食土、食植、食肉途径重金属暴露潜在危害风险值的叠加

3 讨论

受体暴露主要通过摄入、皮肤接触和吸入3种途径,当评价野生动物暴露时,皮肤接触和吸入途径可以忽略不计[13].以往的暴露风险评价有的拘于综合性不足,缺乏从生境、觅食途径和物种类型等多方面进行综合性评价判定[13],有的是通过测定动物组织器官中的污染物含量来实现[16,35-36],而在不伤害动物的前提下,通过分析食物、羽毛、粪便等非损伤性样品中重金属污染物含量,运用暴露风险模型综合反映动物的暴露风险水平更具科学性和有效性[13,17].

不同于单途径单物种的重金属污染检测,在湿地环境中,不同水鸟的食性、栖息生境、活动区域各不相同,各重金属元素的特性和分布也有所区别,从而导致水鸟通过食物途径摄入重金属的暴露程度各有差异[2,37].本文运用综合重金属暴露风险模型评价了湿地水鸟受到重金属危害的程度,不仅综合考虑了水鸟栖息生境的特殊性,也综合了水鸟群落栖息生态学特征,在浅水沼泽、草地、水沟、耕地中采集了鱼虾、植物、土壤并对其重金属进行了分析和暴露风险评价,与其他类似研究比较,则可使得其结果更为全面[12-15].刘佳玉等[13]曾对洞庭湖水鸟的重金属暴露风险评价运用相似模型,但相比而言,本文更多的考虑了不同水鸟栖息生境和活动区域的不同.

由评价模型可知,重金属含量、水鸟体重、水鸟对重金属可耐受剂量、水鸟的食性及栖息生境、活动区域都影响着重金属对水鸟的威胁程度.浅水沼泽、草地、耕地是草海水鸟栖息觅食生境[19],本文还增加了在草海湿地存在的众多水沟生境的分析,主要是因为水沟中水流会将草地、耕地中土壤冲入低洼的浅水沼泽里,也是污染物排入草海的重要途径,水鸟也会在其中栖息觅食.而对草海湿地水鸟食性分析时,由于部分水鸟食性在不同季节不同地域会有不同,在确定其食性时,也结合了水鸟居留情况,以其主要食物作为其食性判别[33].不同的生境其理化性质不同,也会影响重金属负荷水平及分布[38].在草海不同生境土壤中,除As在水沟与在耕地中具有显著差异外(=0.022<0.05),生境对重金属在土壤中的富集没有显著影响;而不同生境对植物中的重金属特别是As、Cr元素的富集具有一定的影响,这与其它学者对草海不同土地利用方式重金属分布的研究结果类似[20-21].

由评价结果可知,Cr、Pb、Zn元素对草海水鸟具有不同程度的暴露风险,其它元素无暴露风险,其中以Cr元素暴露风险最高,而富集程度较高的As、Cd元素对水鸟并无暴露风险,这与水鸟对重金属的可耐受剂量有关.以不同水鸟而言,肉食性水鸟暴露风险最高,其次是植食性水鸟、杂食性水鸟,这与洞庭湖水鸟的重金属暴露评价结果相同[13],但具体的重金属污染类别仍有差异,在草海,不同水鸟的体重、食性以及食物的摄取率影响着不同重金属元素在不同途径对各水鸟的暴露程度,针尾鸭的Pb、Zn主要来源于食用植物,白鹭的Pb、Cr主要来源于土壤摄入,而Zn主要来源于对觅食鱼虾,斑头雁的Cr主要来源于土壤和植物,Pb来源于植物,Zn元素来源于鱼虾,总体表明,草海湿地水鸟食物重金属的潜在危害风险总体为中等风险水平(2.00

空间上的暴露风险结果对于湿地保护管理更具意义.草海水鸟栖息生境重金属污染的空间分布对水鸟群落多样性分布并无明显影响,这可能与重金属污染对于栖息的水鸟危害具有隐蔽性、长期性等特点有关[2,39].本文表明,在草海双河、胡叶林、王家院子周边和邻近威宁县城城区的区域达到了高风险水平(HI>3.00),附近都有大面积的建设用地,主要以居民区为主,污水排放、农牧活动、交通运输以及垃圾焚烧等人为活动都是重金属污染物的主要来源[20-21],然而这些区域中,胡叶林、王家院子等是黑颈鹤及其他一些涉禽的重要夜栖地[24],因此,未来针对这些区域的生境重金属污染治理与改良应成为重点,而关注这些区域的水鸟健康与生存也应当成为草海水鸟保护监测与管理重中之重.

4 结论

4.1 草海水鸟食物及其栖息生境受重金属污染较严重,不同食性水鸟因食物摄入途径不同其重金属的暴露风险也不同,草海水鸟主要对Cr、Pb、Zn存在暴露风险,其中肉食性和植食性水鸟受重金属潜在威胁最高.

4.2 草海水鸟在双河、胡叶林、王家院子周边和邻近威宁县城城区的水鸟栖息觅食区域受重金属潜在威胁最高,需要采取科学合理的人为活动限制和污染防控措施对暴露风险程度高的重金属污染物和污染区域进行优先治理和防控.

4.3 基于水鸟群落栖息的生境类型、食性特点、取食途径采用的综合评价模型,评价了草海水鸟的重金属暴露风险,结合暴露风险的空间分布,使湿地保护管理更为细致和更具针对性.

[1] Kertész V, Bakonyi G, Farkas B. Water pollution by Cu and Pb can adversely affect mallard embryonic development [J]. Ecotoxicology & Environmental Safety, 2006,65(1):67-73.

[2] 李 峰,丁长青.重金属污染对鸟类的影响 [J]. 生态学报, 2007, 27(1):296-303.

Li F, Ding C Q. Effects of heavy metal pollution on birds [J]. Acta Ecologica Sinica, 2007,27(1):296-303.

[3] Eeva T, Rainio M, Berglund A, et al. Experimental manipulation of dietary lead levels in great tit nestlings:limited effects on growth, physiology and survival [J]. Ecotoxicology, 2014,23(5):914-928.

[4] Lane O P, O'Brien K M, Evers D C, et al. Mercury in breeding saltmarsh sparrows() [J]. Ecotoxicology, 2011,20(8):1984-1991.

[5] Zhang W W, Ma J Z. Waterbirds as bioindicators of wetland heavy metal pollution [J]. Procedia Environmental Sciences, 2011,10(1): 2769-2774.

[6] Legagneux P, Suffice P, Messier J S, et al. High risk of lead contamination for scavengers in an area with high moose hunting success [J]. PLoS One, 2014,9(11):e111546.

[7] National Research Council (US). Science and judgment in risk assessment [R]. Washington, DC: The National Academies Press, 1994:35-50.

[8] Eeva T, Lehikoinen E. Polluted environment and cold weather induce laying gaps in great tit and pied flycatcher [J]. Oecologia, 2010, 162(2):533-539.

[9] 刘 蕊,张 辉,勾 昕,等.健康风险评估方法在中国重金属污染中的应用及暴露评估模型的研究进展 [J]. 生态环境学报, 2014, 23(7):1239-1244.

Liu R, Zhang H, Gou X, et al. Approaches of health risk assessment for heavy metals applied in China and advance in exposure assessment models: A Review [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014,23(7):1239-1244.

[10] 陈月芳,许锦荣,段小丽,等.某焦化企业周边儿童重金属经口综合暴露健康风险 [J]. 中国环境科学, 2019,39(11):4865-4874.

Cheng Y F, Xue J R, Duan X L, et al. Health risks of cumulative oral exposure to heavy metals for children living around a coking enterprise [J]. China Environmental Science, 2019,39(11):4865-4874.

[11] 韩 琳,徐夕博.基于PMF模型及地统计的土壤重金属健康风险定量评价 [J]. 环境科学, 2020,41(11):5114-5124.

Han L, Xue X B. Quantitative evaluation of human health risk of heavy metals in soils based on positive matrix factorization model and geo-statistics [J]. Environmental Science, 2020,41(11):5114- 5124.

[12] Hu G C, Luo X J, Dai J Y, et al. Brominated flame retardants, polychlorinated biphenyls,and organochlorine pesticides in captive giant panda(a) and red panda() from China [J]. Environmental Science and Technology, 2008,42(13): 4704-4709.

[13] Liu J Y, Liang J, Yuan X Z, et al. An integrated model for assessing heavy metal exposure risk to migratory birds in wetland ecosystem: A case study in Dongting Lake Wetland, China [J]. Chemosphere, 2015, 135(1):14-19.

[14] Liu J, Chen B Y, Thomas A J, et al. Trace element concentrations, risks and their correlation with metallothionein genes polymorphism: A case study of narrow-ridged finless porpoises () in the East China Sea [J]. Science of the Total Environment, 2017,575:628-638.

[15] 郑颖娟.秦岭大熊猫栖息地重金属暴露风险评价及来源解析 [D]. 西安:中国科学院大学(中国科学院地球环境研究所), 2016.

Zheng Y J. Exposure risk assessment of Qinling giant panda habitat toheavy metals and pollution source apportionment [D]. Xi¢an: Institute of Earth Environment, CAS, 2016.

[16] 王祥生,娄 虎,张明海.野生动物重金属污染研究进展 [J]. 生命科学研究, 2019,23(1):78-86.

Wang X S, Lou H, Zhang M H. Advances in heavy metal pollution in wild animals [J]. Life Science Research, 2019,23(1):78-86.

[17] Gao S Z, Duan X L, Zhao X G, et al. Health risks from the exposure of children to As, Se, Pb and other heavy metals near the largest coking plant in China [J]. Science of the Total Environment, 2014,472:1001- 1009.

[18] Rendón M A, Green A J, Aguilera E, et al. Status, distribution and long-term changes in the waterbird community wintering in Doñana, south-west Spain [J]. Biological Conservation, 2008,141(5):1371- 1388.

[19] 张海波,粟海军,刘 文,等.草海国家级自然保护区冬季主要水鸟群落结构与生境的关系 [J]. 生态与农村环境学报, 2014,30(5):601- 607.

Zhang H B, Su H J, Liu W, et al. Relationship between main waterfowl community structure and habitat in Caohai National Nature Reserve in winter [J]. Journal of Ecology and Rural Rnvironment, 2014,30(5): 601-607.

[20] 郑 杰,王志杰,王 磊,等.贵州草海流域不同土地利用方式土壤重金属潜在生态风险评价 [J]. 生态毒理学报, 2019,14(6):204-211.

Zheng J, Wang Z J, Wang L, et al. Potential ecological risk assessment of heavy metals in soils of different land uses in Caohai watershed, Guizhou [J]. Ecotoxicology Journal, 2019,(6):204-211.

[21] 张珍明,林绍霞,张清海,等.草海湖湿地重金属分布特征及污染负荷[J]. 水土保持研究, 2014,21(2):279-284.

Zhang Z M, Lin S X, Zhang Q H, et al. Distribution pattern of the heavy metals and its pollution load in Caohai Wetland [J]. Research of Soil and Water Conservation, 2014,21(2):279-284.

[22] 赵 斌,朱四喜,杨秀琴,等.草海湖沉积物中重金属污染现状及生态风险评价 [J]. 环境科学研究, 2019,32(2):235-245.

Zhao B, Zhu S X, Yang X Q, et al. Pollution status and ecological risk assessment of heavy metals in sediments of Caohai Lake [J]. Research of Environmental Sciences, 2019,32(2):235-245.

[23] 冉景丞,蒙文萍,粟海军,等.草海湿地环境问题对黑颈鹤越冬影响及管理对策讨论 [J]. 野生动物学报, 2017,38(1),35-39.

Ran J C, Meng W P, Su H J, et al. Influence of environmental problems on the overwintering of black necked cranes and their management strategies in Caohai wetland [J]. Chinese Journal of Wildlife, 2017,38(1):35-39.

[24] 孙喜娇,张明明,Hannah Larson,等.贵州草海越冬黑颈鹤飞出飞回夜栖地行为节律初步观察 [J]. 动物学杂志, 2018,53(2):180-190.

Sun X J, Zhang M M, Hannah L, et al. Preliminary observation on behavioral rhythm of black necked cranes flying back to night habitat in Caohai, Guizhou [J]. Journal of Zoology, 2018,53(2):180-190.

[25] 孙儒泳.动物生态学原理.3版 [M]. 北京:北京师范大学出版社, 2006,636.

Sun R Y. Principles of animal ecology. 3th edition [M]. Beijing: Beijing Normal University Press, 2006,636.

[26] 鲁如坤.土壤农业化学分析方法 [M]. 北京:中国农业科技出版社, 2000.

Lu R K. Methods of soil agricultural chemical analysis [M]. Beijing: China Agricultural Science and Technology Press, 2000.

[27] 中华人民共和国环境保护部.全国土壤污染状况评价技术规定-环发[2008]39号 [Z]. 2008.

Ministry of Environmental Protection of the People's Republic of China.Technical regulations for national soil pollution assessment - [2008] No.39[Z]. 2008.

[28] GB 2762—2017 食品安全国家标准-食品中污染物限量[S].

GB 2762-2017 National standard for food safety-Limitation of contaminants in food [S].

[29] HJ25.3-2014 污染场地风险评估技术导则 [S].

HJ25.3-2014 Technical guidelines for risk assessment of contaminated sites [S].

[30] Sample B E, Opresko D M, Suter G W. Toxicological benchmarks for wildlife: 1996 revision [R]. Oak Ridge National Laboratory, 1996.

[31] Nagy K A. Field metabolic rate and food requirement scaling in mammals and birds [J]. Ecological Monographs, 1987,57:111-128.

[32] 吴志康.贵州鸟类志 [M]. 贵阳:贵州人民出版社, 1986.

Wu Z K. Ornithology of Guizhou [M]. Guiyang: Guizhou People's Press, 1986.

[33] 赵正阶.《中国鸟类志》上、下卷 [M]. 长春:吉林科学技术出版社, 2001:107-180.

Zhao Z J. Ornithology of China: Volume I and Volume II [M]. Changchun: Jilin Science and Technology Press, 2001:107-180.

[34] Beyer W N, Connor E E, Gerould S. Estimates of soil ingestion by wildlife [J]. Journal of Wildlife Management, 1994,58:375-382.

[35] Berglund A M M, Koivula M J, Eeva T. Species- and age-related variation in metal exposure and accumulation of two passerine bird species [J]. Environmental Pollution, 2011,159(10):2368-2374.

[36] Ai S W, Yang Y, Ding J, et al. Metal exposure risk assessment for tree sparrows at different life stages via diet from a polluted area in Northwestern China [J]. Environmental Toxicology and Chemistry, 2019,38(12):2785-2796.

[37] 韦丽丽,周 琼,谢从新,等.三峡库区重金属的生物富集、生物放大及其生物因子的影响[J]. 环境科学, 2016,37(1):325-334.

Wei L L, Zhou Q, Xie C X, et al. Bioaccumulation and biomagnification of heavy metals in Three Gorges Reservoir and effect of biological factors [J]. Environmental Science, 2016,37(1):325-334.

[38] 杨艳芳,邵 婷,吕梦宇,等.龙窝湖湿地不同土地利用方式土壤养分和重金属污染特征[J]. 生态学杂志, 2014,33(5):1312-1318.

Yang Y F, Shao T, Lv M Y, et al. Characteristics of soil nutrients and heavy metal pollution in wetlands under different land use patterns in Longwo Lake of Wuhu City, Anhui Province, China [J]. Chinese Journal of Ecology, 2014,33(5):1312-1318.

[39] 郝宇琦,马志龙,周学红,等.鸟类在湿地汞循环和汞监测中的作用[J]. 湿地科学, 2015,13(5):551-558.

Hao Y Q, Ma Z L, Zhou X H, et al. The role of birds in mercury cycle and monitoring in wetlands [J]. Wetland Science, 2015,13(5):551-55.

Risk assessment and application of heavy metal exposure of waterbirds in Caohai Wetland, Guizhou Province, China.

ZHU Yuan1,2, HU Can-shi2,3, ZHANG Ming-ming1,2, SU Hai-jun1,2*

(1.College of Forestry, Guizhou University, Guiyang 550025, China;2.Research Center for Biodiversity and Nature Conservation, Guizhou University, Guiyang 550025, China;3.College of Life Science, Guizhou University, Guiyang 550025, China)., 2021,41(10):4770~4781

A comprehensive exposure risk model was used to evaluate the heavy metal exposure risk of waterbirds in Caohai Wetland in Guizhou Province, and the spatial distribution of exposure risk was determined as well based on the inverse distance weight interpolation method and layers overlay analysis. The mean contents of As, Cd, Cr, Ni, Pb and Zn in the soil of Caohai waterbirds habitats were greater than those of the soil background values in Guizhou Province. The contents of As, Cd, Cr, Pb, and Zn were at pollution levels in the four habitat plants including grassland, ditch, shallow swamp, and cultivated land. Moreover, As and Pb in the fishes, which are diet of waterbirds in the habitats, exceeded the allowed risk standards. The exposure risks of waterbirds towards Cr, Pb and Zn varied with the foraging behaviors and ways of feeding. According to the diet-representative waterbird species habited in Caohai, Pb showed highest exposure risk toandin the plant-feeding route and toin the soil-related feeding route. Cr showed high exposure risk to three representative species of waterbirds in the soil-related feeding route. Zn mainly showed high exposure risk toandin the meat-related feeding route. The comprehensive assessment showed that the potential risk of heavy metal hazards toward(represented as carnivore species) and(represented as herbivore species) were both at high level, while that the(represented as omnivory species) was at moderate level. In addition, from the perspective of potential hazard risk of waterbirds habitat area, four areas such as Shuanghe, Huyelin, Wangjiayuanzhi and the surrounding area of Weining County Town have high potential risk of heavy metal pollution. Therefore, it is suggested to pay more attention on monitoring the health of carnivorous waterbird communities. Cr, Pb and Zn heavy metal pollutants and high potential pollution areas abatement should be a top priority through scientifically and reasonably measures to restrict human activities and control the pollutions near Caohai.

heavy metal pollutants;waterbird community;heavy metal exposure risk;comprehensive assessment model;Caohai Wetland in Guizhou

X503.22,X171.5

A

1000-6923(2021)10-4770-12

朱 源(1994-),男,贵州遵义人,贵州大学硕士研究生,主要研究方向为湿地生态与保护管理.发表文章2篇.

2021-02-27

国家自然科学基金资助项目(31860610,31801990);贵州省科技支撑计划项目(黔科合支撑[2021]一般500);贵州省科技计划项目(黔科合平台人才[2018]5781号);贵州省科技重大专项课题(黔科合重大专项字[2016]3022-1号)

* 责任作者, 教授, hjsu@gzu.edu.cn

猜你喜欢
草海水鸟生境
江河里的水鸟
枣树适应干旱生境研究进展
烟雨草海
威宁草海
草海初冬
草海的春天别样美
水鸟
金秀瑶族长鼓舞传承的文化生境
不同生境中入侵植物喜旱莲子草与本地种接骨草的光合特性
嘉陵江武胜段冬季水鸟多样性调查