多重胁迫下树燕繁殖成功的影响机制：全氟烷基酸、化学混合物与生态因子的交互作用

《Science of The Total Environment》：Multiple stressors and reproductive success of tree swallows: Perfluoroalkyl acids, chemical mixtures, and ecological factors

本研究针对全氟烷基酸（PFAAs）对野生鸟类繁殖影响的认知空白，通过分析树燕在污水处理厂下游与参照点的繁殖表现及污染物累积特征，发现长链全氟羧酸（LC-PFCAs；C9–21）与PFOS等污染物可延迟产卵启动、延长孵化期并降低离巢成功率，其影响程度与多氯联苯（PCBs）等传统污染物相当，为PFAA生态风险评估提供了关键野外观测证据。

　　

在全球化工业蓬勃发展的背景下，全氟烷基酸（PFAAs）作为持久性有机污染物已广泛存在于自然环境中。这类化合物因其优异的疏水疏油特性，曾被广泛应用于纺织、食品包装和消防泡沫等工业领域。尽管PFAAs最初被认为化学性质稳定且无毒，但近年研究发现其可能对野生动物产生潜在危害。尤其值得关注的是，长链全氟羧酸（LC-PFCAs；C_9–21）最近已被列入《斯德哥尔摩公约》的淘汰清单，但关于其对野生鸟类繁殖影响的研究仍十分有限。

目前科学界面临的关键问题是：在真实自然环境条件下，PFAAs特别是长链全氟羧酸是否会对野生鸟类的繁殖成功率产生负面影响？这种影响与传统污染物（如多氯联苯、多溴二苯醚等）相比如何？此外，生态因素（如气温、降雨、食物供应等）是否与污染物产生协同效应？为了回答这些问题，由Kailee E. Hopkins领衔的研究团队以树燕（Tachycineta bicolor）为模式生物，在加拿大安大略湖流域开展了一项为期两年的野外调查研究。

研究人员选择了两个对比鲜明的研究地点：一个位于大型城市污水处理厂（WWTP）下游250米内的巢箱群，另一个作为参照点位于约40公里外的自然保护区。2019年和2022年繁殖季期间，团队系统监测了树燕的繁殖参数，包括产卵启动日期、窝卵数、孵化期、出雏成功率和离巢成功率等。同时，他们采集了树燕的卵和10日龄雏鸟样本，利用先进的分析化学技术检测了18种PFAAs、35种多氯联苯（PCBs）同系物、21种阻燃剂（包括14种多溴二苯醚PBDEs）、20种有机氯农药（OCPs）以及总汞（THg）和甲基汞（MeHg）的浓度。此外，还通过脂肪酸分析评估了雏鸟的食性组成，并结合当地气象站数据分析了温度、降水和风速等生态因子对繁殖成功的影响。

在技术方法层面，研究团队采用超高效液相色谱-质谱联用技术（UPLC-MS/MS）分析PFAAs，使用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS/MS）检测有机卤素污染物，通过原子吸收光谱法测定汞含量，并运用主成分分析（PCA）和广义线性模型（GLM）等统计方法评估污染物与繁殖参数的关联性。

研究结果揭示了多个重要发现：

3.1. PFAAs在树燕体内的累积特征

树燕雏鸟体内检测到的主要PFAAs包括PFOS（70%）、PFNA（7%）和PFDA（7%）。与参照点相比，污水处理厂下游的雏鸟积累了显著更高浓度的PFOS和长链全氟羧酸（PFDA、PFDoA、PFTrDA、PFTeDA），但PFOA和PFNA浓度反而较低。这种空间分布模式表明污水处理厂可能是PFAAs的环境排放源。

3.2. 繁殖成功率的站点间比较

靠近污水处理厂的树燕在2019年和2022年均表现出更早的产卵启动和出雏时间，这通常被视为繁殖优势。然而在2022年，这些鸟群却经历了更长的孵化期和显著降低的离巢成功率（65.2% vs 85.5%），表明早期获得的繁殖优势被后期的高雏鸟死亡率所抵消。

3.3. 繁殖成功与生态和环境因子的关联

尽管两个站点的气候条件基本相似，但2022年污水处理厂站点在雏鸟发育后期（10-18日龄）的最高温度显著低于参照点（14-17°C vs 20-25°C）。这种温度差异可能限制了空中昆虫的供应，进而影响亲鸟对雏鸟的食物供给。脂肪酸分析显示，污水处理厂站点的雏鸟主要摄取陆生昆虫，而参照点雏鸟则以水生昆虫为主，但这种食性差异与繁殖成功率的变化无直接关联。

3.4. 与繁殖结果的关联：卵中PFAAs负荷（2019年）

卵中PFOS、PFDS和长链全氟羧酸（PFDA、PFHxDA）浓度与产卵启动延迟呈显著正相关。更值得注意的是，卵中C₁₀-C₁₅长链全氟羧酸和PFSAs（PFOS、PFDS）浓度与孵化期延长密切相关。孵化成功率随着卵中PFDA浓度升高而降低，而离巢成功率则与PFUdA、PFDoA和PFDS浓度呈负相关。

3.5. PFAAs与繁殖结果的关联：雏鸟PFAAs负荷（2019年和2022年）

雏鸟存活至10日龄的概率与体内PFUdA负荷负相关，而离巢成功率则受到PFOS和长链全氟羧酸（PFDA、PFDoA、PFTrDA）浓度的显著负面影响。总体繁殖成功率随着雏鸟体内PFOS和PFDA负荷的增加而降低。

3.6. 多种污染物与繁殖参数的关系（2022年）

雏鸟体内污染物组成分析显示，多氯联苯（PCBs）占主导地位（41%），其次是有机氯农药（OCPs，20%）、总汞（THg，19%）、多溴二苯醚（PBDEs，14%）和PFAAs（6%）。统计分析表明，离巢成功率的变异分别有24%、17%和15%可由多氯联苯、多溴二苯醚和PFAAs的第一主成分解释，表明这三类污染物对繁殖成功具有可比性的影响。

研究结论与讨论部分强调，这是首次在野外环境中系统证实长链全氟羧酸（LC-PFCAs）对野生鸟类繁殖成功率产生与传统污染物相当的影响。尽管PFAAs在雏鸟体内总污染物负荷中仅占6%，但其对离巢成功率的解释力与浓度高得多的多氯联苯（41%）和多溴二苯醚（14%）相似。这一发现挑战了传统上仅关注污染物浓度的风险评估范式，提示某些新兴污染物可能具有更强的生物效应。

该研究的创新之处在于将PFAAs的影响置于多重胁迫的生态背景下考量，揭示了化学污染物与自然环境因子（如温度制约的食物供应）可能产生的协同效应。特别是在2022年，污水处理厂站点树燕较差的离巢成功率很可能是污染物暴露与低温导致的昆虫供应不足共同作用的结果。

这些发现对化学生态学和环境保护具有重要启示：首先，支持将长链全氟羧酸列入《斯德哥尔摩公约》管控清单的科学依据；其次，提示未来生态风险评估需要关注污染物混合物效应及其与自然胁迫因子的交互作用；最后，为制定更精准的野生动物保护策略提供了实证基础。

该研究发表于《Science of The Total Environment》，不仅填补了长链全氟羧酸生态毒理学研究的空白，也为理解复杂环境条件下污染物的生物效应提供了新视角。未来研究需要进一步揭示PFAAs影响鸟类繁殖的分子机制，并开发能够同时分析多重胁迫因子的统计模型，以更好地预测和缓解化学污染物对野生动物种群的潜在风险。