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卤代有机污染物(OHPs)是分子结构中富含卤素的一类化合物,由于被认定为持久性有机污染物(POPs)或具有与POPs相似的毒害作用,其在生物体内的富集与放大受到了极大的关注。此前的研究对OHPs在水生系统中的富集与放大机制已有较为充分的了解,但对于与人类活动关系密切的陆地系统,人们却知之甚少。鸟类对环境污染高度敏感,且分布广泛,是开展大空间尺度下的环境污染监测的理想生物。特别是鸟类中的猛禽,通常占据食物链的顶端,其对污染物的富集与放大对于评价污染物对人体健康的危害具有重要的参考价值。
本研究选取了卤系阻燃剂多溴联苯醚(PBDEs)、六溴环十二烷(HBCDs)、十溴二苯乙烷(DBDPE)、得克隆(DP)以及传统的POPs多氯联苯(PCBs)、滴滴涕(DDTs)为目标化合物,利用雀形目留鸟(麻雀和喜鹊)作为生物监测工具,对我国北、中、南三个地理区位的代表城市(北京、武汉、广州)陆地环境中的OHPs污染现状和分布特征进行了研究,并探讨了OHPs污染模式与区域经济(工业)结构的关系。在了解OHPs污染状况的基础上,选取两种陆地代表性猛禽(红隼和鸮)为对象,构建了以其为核心的食物链(网),对OHPs在陆地生态系统的生物富集及放大机制进行了比较研究,并对研究区域内的猛禽暴露OHPs的生态风险进行了初步评估。在进行陆地环境OHPs污染研究的过程中,利用稳定同位素手段对食物链(网)的能量流动及食源关系进行了分析。
对照区样品的稳定碳同位素比值(δ13C)显著低于城市区,同时氮同位素比值(δ15N)高于城市区,显示出工业化及城市化对城市陆地生态系统能量流动的影响。城市区OHPs总浓度水平整体高于对照区,表明OHPs污染与工业化及城市化程度相关。三个城市陆地环境中PBDEs、DDTs和PCBs的浓度(中值)范围为34~250、150~1400和59~88 ng/g(1)w(脂重),与国际上其他研究相比,分别处于高、中、低端,凸显出阻燃剂污染在我国环境中的严重程度。
对OHPs总体组成的主成分分析结果表明,我国城市陆地环境中OHPs污染模式和浓度分布的区位差异较大。在广州,卤系阻燃剂(PBDEs、HBCDs、DBDPE和DP等)为最主要的污染物;在北京,DDTs与卤系阻燃剂的污染相当;而在武汉,DDT类污染仍是主要污染物。这种污染特征与相关城市的产业构成模式紧密相关。
通过野外生态调查结合稳定同位素分析构建了具有真实捕食关系的猛禽食物链(网),其中两类猛禽(红隼和鸮)体内OHPs总浓度比其捕食对象(麻雀和老鼠)高出1~2个数量级,表明发生了生物富集。风险评估显示了DDTs污染对鸮类猛禽存在可能的健康风险。各物种的OHPs组成模式相似,表现为DDTs>PBDEs≥PCBs>HBCDs≥DP。所有样品中,p,p-DDE是DDTs的主要组成成分(>97%),PCBs同系物组成以五~七氯代为主,BDE209为最主要的PBDE单体,HBCDs非对映异构体组成均以α-HBCD为主(>70%),DP没有表现出异构体选择性富集。但PCBs和PBDEs的富集模式表现出部分的物种特异性:鸮比其食物具有更高的低氯代PCBs同族物比例而红隼正相反,同时鸮体内高溴代PBDEs同系物比例低于红隼,可能与生物转化能力具有种间差异性有关。
鸮-鼠食物链中各污染物的生物放大因子(BMF)总体上大于红隼—麻雀食物链,表明鸮比红隼具有更强的生物放大能力。所研究的OHPs在不同的食物链中的传递效应各有不同,表现出强烈的物种特异性和食物链依赖性;但同时,除了BDE47,99和100外,PBDEs与PCBs的BMF在不同食物链中均与其相应的log Kow存在负相关关系,暗示其生物放大具有相似的受控因素。通过对PBDEs在红隼—麻雀食物链中的传递效应的研究,首次从野外获得了BDE209及其八、九溴降解产物的BMF值,并证实了生物转化(代谢)对陆生生物放大机制不可忽略的作用。