挪威中部灰林鸮雌鸟羽毛与卵中汞污染时间趋势的比较研究

《Environment International》：Comparing temporal trends of mercury contamination in feathers and eggs of female tawny owls ( Strix aluco) in central Norway

本研究针对汞污染时空动态监测中不同生物基质趋势差异的机制问题，通过分析挪威中部灰林鸮(Strix aluco)种群34年(1986–2019)的羽毛和卵样本，结合稳定同位素(δ15N和δ13C)示踪饮食变化。研究发现羽毛汞浓度无显著时间趋势，而卵汞显著下降；δ13C是两基质汞变异的共同关键驱动因子，揭示了碳源变化对汞累积的调控作用。该研究为生物监测中基质选择与饮食校正提供了重要方法论参考。

　　

汞（Hg）作为一种全球性污染物，通过大气远距离传输甚至到达极地等偏远地区，对生态系统和人类健康构成严重威胁。猛禽类由于处于食物链顶端，容易通过营养级放大效应积累高浓度汞，因此常被用作环境汞污染的指示物种。其中，灰林鸮（Strix aluco）因其寿命长、不迁徙、领地性强等特点，被认为是欧洲地区监测污染物的理想哨兵物种。在生物监测中，羽毛和卵因其易于非侵入性采集、运输和储存而成为首选基质。然而，尽管羽毛和卵常被用于回顾性分析汞的时间序列，但驱动不同基质特异性模式的生理和生态过程却少有研究涉及。此外，饮食是野生动物汞暴露的主要途径，其变化会显著影响污染物浓度的解读。因此，在分析长期监测数据时，利用稳定同位素（如氮同位素δ¹⁵N指示营养级，碳同位素δ¹³C指示碳源）校正饮食变化，对于揭示真实的污染物趋势至关重要。

为了探究不同生物基质所反映的汞污染时间趋势是否存在差异，以及饮食变化在其中扮演的角色，由Martin Gaiffe等人组成的研究团队在《Environment International》上发表了他们的研究成果。他们以挪威中部的一群灰林鸮为研究对象，分析了长达34年（1986-2019）的雌鸟尾羽和卵样本中的总汞（THg）浓度，并同步测定了碳（δ¹³C，已校正Suess效应）、氮（δ¹⁵N）稳定同位素值作为饮食变化的代理指标。

研究人员主要运用了野外采样与长期监测、高分辨率电感耦合等离子体质谱法（HR-ICP-MS）和直接测汞仪法进行汞含量分析、稳定同位素比率质谱法（IRMS）分析碳氮同位素，以及广义加性模型（GAMs）进行统计建模和趋势分析等关键技术方法。

研究结果首先揭示了两基质间汞浓度和稳定同位素值的基线差异。羽毛中的平均汞浓度（1.07 ± 0.26 μg g^-1dw）显著高于卵（0.10 ± 0.06 μg g^-1dw），比率约为10.7倍，这反映了羽毛（主要排泄途径，储存高达90%的汞负荷）和卵（约排泄24%的汞负荷）不同的汞储存与排泄机制以及暴露时间窗口的差异。两基质间的δ¹⁵N值无显著差异，表明灰林鸮在繁殖期（卵代表）和繁殖后期（羽毛代表）摄食的营养级相对稳定。然而，羽毛的δ¹³C值（-22.52 ± 0.30 ‰）显著高于卵（-27.32 ± 0.79 ‰），这提示可能存在碳源随季节变化或基质特异性分馏效应。

在时间趋势方面，研究得出了关键发现。对于尾羽，无论是未校正（仅包含年份）还是经饮食代理指标（δ¹⁵N, δ¹³C）校正的模型，均未检测到汞浓度存在显著的时间趋势。最简模型的统计分析表明，年份对羽毛汞浓度变化的解释力很低（p = 0.34）。相反，在卵中，未校正模型显示汞浓度随时间呈显著的线性下降趋势（p = 0.002），年份解释了约25%的变异。即使在校正了饮食代理指标（δ¹³C）的最优模型中，年份的效应依然显著（p = 0.049），尽管趋势线的斜率变得平缓。这表明在卵这一基质中观察到的汞下降趋势是相对稳健的。

驱动因子分析是本研究的一大亮点。结果显示，碳稳定同位素（δ¹³C）是解释两个基质中汞浓度变异的最主要驱动因子。在羽毛和卵的最优模型中，δ¹³C均与汞浓度呈显著正相关（羽毛: p < 0.001；卵: p = 0.002）。这意味着灰林鸮摄入的碳源（δ¹³C值越高，可能指示与海洋或沿海环境关联更强的食源）对其体内汞负荷有重要影响。相比之下，代表营养级的δ¹⁵N在两个基质中对汞浓度的解释均不显著，这与许多强调汞在营养级中生物放大效应的研究不同，暗示对于该灰林鸮种群而言，碳源的变化可能比营养级的变化对汞暴露的影响更大。

在讨论部分，作者对上述发现进行了深入阐释。羽毛和卵中汞趋势的差异可能源于它们整合了不同季节（繁殖后期 vs. 早春）的暴露信息，反映了汞沉积、猫头鹰代谢或猎物组成的季节性波动。δ¹³C作为关键驱动因子，其与汞的正相关关系可能表明，当灰林鸮捕食更多与海洋/海岸带生态系统相关的猎物（如某些水禽）时，会摄入更多的汞，因为海洋环境通常甲基汞（MeHg）暴露更高。先前对该种群的研究也发现，靠近海岸繁殖的个体其羽毛中汞和硒的浓度更高。尽管挪威本地的汞排放量有所下降，但全球汞循环和远距离传输可能导致某些时期环境汞水平波动，进而通过食物链影响顶级捕食者。δ¹⁵N影响不显著可能意味着该种群在观测期内营养级变化不大，或者其猎物的δ¹⁵N基线值本身变异较小。

综上所述，这项历时34年的研究表明，在利用灰林鸮进行汞污染生物监测时，所选择的生物基质（羽毛 vs. 卵）会导致对时间趋势的不同解读。同时，碳稳定同位素（δ¹³C）是校正饮食变化、理解汞暴露动态的关键指标。该研究强调了在解读长期污染物监测数据时，考虑生物基质特性和捕食者饮食变化的重要性。尽管该灰林鸮种群的汞暴露水平目前低于已知的急性毒性阈值，但在全球变化背景下，气候变化引起的猎物组成变化可能会未来影响其汞暴露轨迹。未来研究需要结合更精确的食性重建技术（如氨基酸单体同位素分析CSIA-AA）和本地基线值，以更清晰地揭示驱动汞时间趋势的生态过程。这项工作为准确评估污染物风险、制定有效的环境保护策略提供了宝贵的科学依据。