阐明热带岛屿湿地鸟类体内疏水性和亲蛋白性持久性有机污染物的复杂食物来源及其生物放大过程

《Journal of Hand Therapy》：Elucidating the Complex Food Sources and Biomagnification of Hydrophobic and Proteinophilic Persistent Organic Pollutants in Wetland Birds from a Tropical Island

持久性有机污染物（POPs）在复杂食物链中的传递机制及湿地鸟类生物积累特征研究。基于海南岛湿地鸟类样本，分析疏水性（如PBDEs、BTBPE、DBDPE）和亲蛋白性（PFASs）POPs的浓度分布及来源，发现 fatty acids 分析比稳定同位素更能反映食物来源差异。陆源和水生生物对POPs的贡献比例存在显著物种特异性，生物放大因子（BMF）与污染物辛醇-水分配系数及碳链长呈抛物线关系。该多维度方法为复杂生态系统野生动物污染研究提供新框架。

　　

朱玉静|蔡蓓|王继超|郭瑞|李健|郑晓波|梅碧仙

中国华南农业大学自然资源与环境学院农业与农村污染控制及环境安全广东省重点实验室，广州510642

摘要

由于食物来源多样且生物放大能力不明确，复杂食物链中持久性有机污染物（POPs）的迁移特征难以描述。我们研究了来自中国南部一个热带岛屿的湿地鸟类及其食物链中多种疏水性和亲蛋白性POPs的生物放大情况。鸟类体内疏水性和亲蛋白性POPs的中位浓度分别为每克脂质27.3至126纳克（ng/g）和每克干重6.02至311纳克（ng/g）。与稳定同位素相比，脂肪酸与POPs之间的相关性更为显著。通过定量脂肪酸特征分析评估了选定鸟类的食物来源。中等疏水性POPs和中等碳链多氟烷基物质（PFASs）主要来源于陆地生物，而其他POPs则主要来源于淡水生物。疏水性POPs和PFASs的生物放大因子（BMFs）与辛醇-水分配系数（log KOW）和碳链长度呈抛物线关系，其中中等疏水性POPs和中等碳链PFASs的BMFs达到最大值。该研究表明，多种食物来源对湿地鸟类中POPs的膳食暴露和生物放大具有不同的影响，为研究具有复杂栖息地和食物来源的野生动物提供了有前景的研究框架。

引言

鸟类被认为是重要的污染物生物指示器，因为它们分布广泛且在食物链中处于相对较高的位置。持久性有机污染物（POPs）由于其持久性、生物累积性和对野生动物及人类的毒性特征而成为环境中最令人担忧的污染物之一[1]。例如，多溴联苯醚（PBDEs）和全氟及多氟烷基物质（PFASs）会对肝脏代谢产生不良影响[2]，并干扰甲状腺激素[3]。

尽管文献中经常报道鸟类体内存在POPs，但POPs的污染特征变化很大，存在时间、空间和物种间的差异[4],[5]。例如，在雀形目鸟类[6]和猛禽[7]中，BDE 153是主要的PBDE同系物，而在滨鸟和海鸟[8]中，BDE 47和99始终是主要的PBDE同系物。关于鸟类对PFASs生物累积的物种间差异的研究较少[9]。实证证据大多表明，全氟辛烷磺酸（PFOS）仍然是陆地和水生生物中的主要PFAS，尽管在一些鸟类体内也检测到了不同浓度的长碳链PFASs（如全氟十一烷酸（PFUnDA）、全氟十三烷酸（PFTrDA）和全氟十四烷酸（PFTeDA）[10],[11],[12]。由于以往的文献报道了不同栖息地和暴露情景下的鸟类体内POPs情况[13],[14]，因此难以确定特定物种对POPs的生物累积原因，这凸显了需要针对世界不同地区的不同鸟类物种，对POPs的暴露来源和生物累积能力进行标准化研究设计的必要性。

鸟类体内POPs的生物累积受到POPs物理化学性质、食物来源、营养相互作用和物种生物学的共同影响[6],[15],[16]。鸟类的生态位通常通过碳（δ13C）和氮（δ1?N）的稳定同位素比值来评估，这些比值分别反映了碳源和营养级[17]。然而，由于POPs的暴露来源复杂，鸟类体内POPs的浓度有时与δ1?N并无显著相关性[13]。个体间猎物偏好的差异也会导致POPs生物累积的差异[18]。例如，雀形目鸟类捕食水生昆虫，同时摄入了来自水生的POPs，而食谷鸟类则暴露于陆地来源的POPs[19]。生物放大能力也决定了消费者身上的污染物负荷[20]。生物放大因子（BMF）可以清楚地显示污染物从猎物到捕食者的转移过程[21]。然而，野生动物的食物来源难以追踪，这阻碍了对物种生物放大机制的深入理解。像鸟类这样的脊椎动物几乎不产生脂肪酸，在从猎物到消费者的营养传递过程中脂肪酸也很不稳定。因此，脂肪酸越来越多地被用作海洋生态系统中营养食物链和网络的追踪工具[22]。一些近期研究还使用定量脂肪酸分析软件包（QFASAR）来评估蜘蛛[23]、鱼类[24]、两栖动物[25]、鸟类[21]和海洋哺乳动物[26]的饮食组成。尽管如此，基于可靠的猎物-捕食者关系，关于不同疏水性和亲蛋白性POPs在食物链中的传递仍缺乏全面了解。

海南岛拥有独特的生态系统，如热带雨林、红树林、淡水湖泊和河流、海草以及珊瑚礁。虽然海南岛是全球生物多样性的热点地区，但其环境正受到过度开发、栖息地丧失、外来物种入侵和污染的严重压力。在本研究中，收集了来自中国海南岛一个沿海地区的不同鸟类物种，这些地区包括多样化的湿地和陆地栖息地。收集了湿地鸟类的潜在食物来源，包括陆地、淡水、潮间带和海洋环境。样品分析了不同的疏水性POPs（如PBDEs、1,2-双（2,4,6-三溴苯氧）乙烷（BTBPE）和十溴二苯乙烷（DBDPE）以及亲蛋白性PFASs）。分析了生物体内的POPs、稳定同位素和脂肪酸，并评估了选定鸟类的POPs生物放大因子。因此，我们开发了一个结合化学分析、稳定同位素和脂肪酸分析的综合框架。本研究的创新之处在于采用多维度方法同时量化了不同栖息地中不同食物来源和污染源对鸟类的影响。本研究还比较了两种不同污染物类别的生物放大情况。主要目标是：1）评估不同湿地生物类群中疏水性和亲蛋白性POPs的生物累积差异；2）确定湿地鸟类中POPs的食物来源和生物放大因子，以阐明复杂热带食物链中不同疏水性和亲蛋白性POPs的转移过程。

样本采集

样本采集于2019年至2022年间，地点为中国海南省三亚市（纬度18°15′ N，经度109°30′ E）。该市位于三亚河口，栖息着多种鸣禽、水鸟、滨鸟和猛禽。鸟类的采样信息在我们之前的研究中已有介绍，那项研究分析了鸟类胃肠道中的微塑料[27]。用于分析POPs的鸟类物种包括黑冠夜莺

稳定同位素和脂肪酸（FAs）

碳和氮的稳定同位素特征见图1和补充信息表S1。δ13C和δ1?N值的分析显示了各组之间的显著同位素差异。鸟类的δ13C值范围为-26.1‰至-18.7‰，δ1?N值范围为5.85‰至11.4‰。在其他组中，海洋生物的δ13C值最高（-19.7‰至-13.7‰），而淡水生物的δ13C值范围最广且最低（-34.1‰至-18.5‰）。对于δ1?N，海洋生物也是如此

物种间POPs累积差异

不同类群间POPs浓度的显著差异和同系物组成表明，湿地鸟类体内POPs的累积受到物种营养生态和栖息地特定暴露的影响。对于疏水性POPs，湿地鸟类体内的PBDE中位浓度（19.7-94.2 ng/g lw）与温带河口鸭类（Anas platyrhynchos、Anas poecilorhyncha、Anas strepera）的报告值相当（46-80 ng/g lw），但远低于南部猛禽的浓度（400-580 ng/g lw）

结论

本研究观察到不同生物类群中疏水性POPs和亲蛋白性PFASs的浓度和组成存在差异，这是由于POPs的物理化学特性、饮食组成和生物放大能力所致。与稳定同位素相比，脂肪酸能更好地指示POPs的污染水平。饮食重建表明，淡水 and 陆地猎物是POPs的主要来源，潮间带和海洋生物对POPs的贡献较小

环境影响

疏水性和亲蛋白性持久性有机污染物（POPs）的广泛使用导致了野生动物的严重污染。尽管文献中经常报道鸟类体内存在POPs，但POPs的污染特征变化很大，存在时间、空间和物种间的差异。此外，大多数全氟烷基和多氟烷基物质（PFASs）的环境行为和生物累积特性仍不完全清楚。

未引用参考文献

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CRediT作者贡献声明

李健：验证、资源提供、概念构思。郭瑞：验证、监督。梅碧仙：验证、方法学设计、概念构思。郑晓波：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源管理、项目申请。王继超：验证、调查。蔡蓓：软件使用、数据管理。朱玉静：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、正式分析。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了广东省基础与应用基础研究基金（编号2024B1515020044）、国家自然科学基金（编号42321003）和广东省基础与应用基础研究重大项目（编号2023B0303000007）的财政支持。

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无

支持信息

关于样本信息、仪器分析、BMFs计算、鸟类脂肪酸组成和食物来源的详细信息（PDF）。