废弃电子垃圾拆解地野生鸟类重金属暴露及肝脏病理学改变.pdf
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1、生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第 18 卷 第 4 期 2023 年 8 月Vol.18,No.4 Aug.2023 基金项目:安徽省自然科学基金资助项目(2008085MD123);国家自然科学基金资助项目(22076002)第一作者:聂佑恬(1998),女,硕士研究生,研究方向为污染生态学,E-mail: *通信作者(Corresponding author),E-mail:DOI:10.7524/AJE.1673-5897.20220913001聂佑恬,陶金玉,李肖,等.废弃电子垃圾拆解地野生鸟类重金属暴露及肝脏病理学改变J.生态毒理学报,202
2、3,18(4):421-428Nie Y T,Tao J Y,Li X,et al.Heavy metal exposure and hepatic steatosis in wild birds inhabiting an abandoned e-waste recycling site in China J.AsianJournal of Ecotoxicology,2023,18(4):421-428(in Chinese)废弃电子垃圾拆解地野生鸟类重金属暴露及肝脏病理学改变聂佑恬,陶金玉,李肖,王光智,吴江平*安徽师范大学生态与环境学院,芜湖 241002收稿日期:2022-09-13
3、 录用日期:2022-11-19摘要:由于严重的环境污染,我国取缔了粗犷的电子垃圾拆解活动,许多电子垃圾拆解地被废弃,但这些废弃场地野生动物体内重金属等电子垃圾相关污染物暴露水平及健康状况尚不清楚。本研究测定了一典型废弃电子垃圾拆解地白头鹎(Pycnono-tus sinensis)、棕背伯劳(Lanius schach)、北红尾鸲(Phoenicurus auroreus)、鹊鸲(Copsychus saularis)和翠鸟(Alcedo atthis)等5 种鸟类肝脏中 Cr、Cu、Cd、Pb 和 Zn 的含量,评估了这些重金属在鸟体内的蓄积特征,检查了翠鸟肝组织病理学形态,初步分析了废弃
4、电子垃圾拆解地鸟类的健康状况及其与重金属含量之间的相关性。电子垃圾拆解地白头鹎和鹊鸲肝脏中 Cr 的含量分别是对照区的 3.7 倍和 3.5 倍,表明尽管取缔了粗犷的电子垃圾拆解活动,废弃电子垃圾拆解地野生鸟类重金属暴露水平仍然较高。杂食性鸟类肝脏中 Zn、Cd 和 Pb 的含量显著高于食虫鸟和食鱼鸟,而食虫鸟与食鱼鸟肝脏中这些重金属含量无显著性差异。此外,鸟类重金属残留具有性别差异,雄性白头鹎肝脏中 Cr、Cu 和 Zn 的含量显著高于雌性。翠鸟肝脏组织学分析发现,脂肪变性发生率为 66%。发生脂肪变性的个体肝脏中 5 种重金属的含量均高于未发生病理学改变的个体。关键词:重金属;鸟类;肝脏脂
5、肪变性;食性;性别;电子垃圾文章编号:1673-5897(2023)4-421-08 中图分类号:X171.5 文献标识码:AHeavy Metal Exposure and Hepatic Steatosis in Wild Birds Inhabiting anAbandoned E-Waste Recycling Site in ChinaNie Youtian,Tao Jinyu,Li Xiao,Wang Guangzhi,Wu Jiangping*School of Ecology and Environment,Anhui Normal University,Wuhu 241002
6、,ChinaReceived 13 September 2022 accepted 19 November 2022Abstract:Due to the serious environmental pollution,the crude recycling of electronic waste(e-waste)has beenbanned in China,leaving many abandoned e-waste sites.However,knowledge is limited on the exposure andeffects of the e-waste derived co
7、ntaminants such as heavy metals in wildlife that inhabits such sites.In the presentstudy,we determined the concentrations of five representative metals including Cr,Cu,Cd,Pb and Zn in light-ven-ted bulbul(Pycnonotus sinensis),long-tailed shrike(Lanius schach),daurian redstarts(Phoenicurus auroreus),
8、ori-?ental magpie-robin(Copsychus saularis)and common kingfisher(Alcedo atthis)from a typical abandoned e-wastesite in China,to investigate the accumulation characteristics and the influencing factors of heavy metals in the birds.We also explored the associations between the hepatic levels of heavy
9、metals and liver histopathology changes in422 生态毒理学报第 18 卷the birds from the abandoned e-waste site.The Cr levels inP.sinensisandC.saulariswere 3.7-fold and 3.5-fold?higher respectively than those examined in the control populations,suggesting contamination of Cr in the bird spe-cies,even after the
10、bans of rudimentary e-waste recycling.Omnivorous birds contained significantly higher levelsof Zn,Cd and Pb than insectivorous and piscivorous birds,while there were no significant differences in the metalconcentrations between insectivorous birds and piscivorous birds.Additionally,a sex-dependent a
11、ccumulation of Cr,Cu and Zn was found inP.sinensis,with significantly higher levels in males than females.Histological examinationof liver ofA.atthisshowed steatosis occurred in 66%of the birds sampled.Birds with hepatic steatosis had highermetal levels than those without hepatic steatosis.Keywords:
12、heavy metal;birds;hepatic steatosis;feeding habit;gender;electronic waste 废弃电子电器产品(电子垃圾)中含有大量重金属等有毒有害污染物,已成为全球范围内重金属的重要污染源之一1。电子垃圾处置不当造成的重金属污染及对生态系统和人类健康的不利影响已引起了高度关注2-5。由于严重的环境污染,我国在2010 年前后取缔了粗犷的电子垃圾回收活动,许多电子垃圾拆解地被废弃6。最近的研究显示,这些废弃电子垃圾拆解地重金属污染依旧十分严重6-8。然而,废弃电子垃圾拆解地野生生物重金属暴露水平及其潜在的生态毒理学效应尚不清楚。鸟类体温较高
13、,新陈代谢旺盛,从环境中获取物质的数量和速率较大,重金属等环境污染物易于在鸟体内蓄积,从而对鸟类产生毒害效应9。此外,鸟类位于食物链中上层,生态位分化显著,对重金属污染敏感,是评价野生生物重金属暴露及毒性效应的良好指示类群10。广东省汕头市贵屿镇是全球最大的电子垃圾拆解和回收中心之一,当地环境曾受到重金属等电子垃圾相关化合物的严重污染11。本文测定了该废弃电子垃圾拆解地5 种野生鸟类肝脏中 Cr、Cu、Cd、Pb和 Zn 等重金属的含量,探寻了鸟类食性、性别及居留类型对重金属蓄积的影响,检查了鸟类肝组织病理学形态,以期为废弃电子垃圾拆解地重金属污染防控和环境风险管理提供基础数据。1 材料与方法
14、(Materials and methods)1.1 样品采集经广东省林业局批准,2012 年 912 月在广东省汕头市贵屿镇废弃电子垃圾拆解作坊附近用网捕法采集白头鹎(Pycnonotus sinensis)、棕背伯劳(La-nius schach)、北红尾鸲(Phoenicurus auroreus)、鹊鸲?(Copsychus saularis)和普通翠鸟(Alcedo atthis)等5 种野生鸟类。同时,在非电子垃圾拆解地(广东石门台自然保护区)采集了白头鹎(P.sinensis)和鹊鸲?(C.saularis)作为对照样品。采集的鸟类均为成鸟,?其样品数、食源、食性及居留类型见表
15、1。样品低温运输至实验室,称量体质量后,放血并立即解剖,辨明性别后,取出肝脏。肝左叶置 10%中性甲醛缓冲液中,用于组织病理学分析;肝右叶置-20 冷冻保存,用于重金属含量分析。表 1 鸟类样品数、食源、食性及居留类型Table 1 The sampling number and classification of the bird species collected accordingto their feeding habits and residence type鸟类BirdsN食源Food source食性Feeding habits居留类型Residence type废弃电子垃圾拆解
16、地 Abandoned e-waste site白头鹎P.sinensis12陆源 Terrestrial sources杂食性 Omnivorous birds留鸟 Resident bird棕背伯劳L.schach4陆源 Terrestrial sources食虫鸟 Insectivorous birds留鸟 Resident bird北红尾鸲P.auroreus3陆源 Terrestrial sources食虫鸟 Insectivorous birds候鸟 Migratory bird鹊鸲C.saularis2陆源 Terrestrial sources食虫鸟 Insectivorous
17、 birds留鸟 Resident bird普通翠鸟A.atthis6水源 Aquatic sources食鱼鸟 Piscivorous birds留鸟 Resident bird对照区 Reference site白头鹎P.sinensis5陆源 Terrestrial sources杂食性 Omnivorous birds留鸟 Resident bird鹊鸲C.saularis5陆源 Terrestrial sources食虫鸟 Insectivorous birds留鸟 Resident bird第 4 期聂佑恬等:废弃电子垃圾拆解地野生鸟类重金属暴露及肝脏病理学改变423 1.2 样品
18、前处理及分析1.2.1 重金属含量分析肝脏样品经冷冻干燥后,用玻璃研钵研磨至粉状。取 1 g 左右样品置于聚四氟乙烯消解罐中,加入浓硝酸和浓盐酸混合液(13,VV),在室温下消?解12 h,放入微波消解仪消解。待样品冷却至室温后用去离子水稀释至 10 mL 待进一步分析。用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS;Agilent 7900)对重金属进行定性定量测定,仪器工作参数设定参照文献7。1.2.2 肝脏组织病理学分析甲醛固定的肝脏组织经蒸馏水洗涤后,一部分切片后石蜡包埋,进行苏木精-伊红(HE)染色;一部分冰冻切片(5 m),进行油红 O 染色。切片在光学显微镜(Nikon Eclipse
19、E600 Microscope)下观察肝细胞形态。肝脏切片及 HE 和油红 O 染色操作参见文献12。肝脏病理学改变程度分为 4 级13:0 级,无病理学变化;1 级,轻微损伤,病理变化面积90%。1.3 质量保证与质量控制(QA/QC)重金属含量分析过程中通过设置样品重复样和分析标准物质(鸡肉成分分析标准物质,GBW10018(GSB-9)来保证实验结果的精确性和准确性。标准物质中 Cr、Cu、Cd、Pb 和 Zn 的回收率为 86.7%106.7%。样品重复样(n=3)中目标金属含量的相对?标准偏差(RSD)均10%。Cr、Cu、Cd、Pb 和 Zn 的检测限分别为 4.55、0.72、0
20、.12、15.98 和 0.01 ng g-1。1.4 统计分析采用 Shapiro-Wilk 检验来确定数据是否符合正态分布。非正态分布数据经对数转换,以达到正态分布。采用独立样本 T 检验确定不同食源(陆源与水源)、不同食性(杂食性鸟类、食虫鸟和食鱼鸟)、不同性别及不同居留类型(留鸟与候鸟)鸟类重金属含量是否具有显著性差异。采用 Pearson 相关性分析来检验重金属含量的相关性。所有统计分析显著性水平设定为 0.05。2 结果与讨论(Results and discussion)2.1 重金属残留水平废弃电子垃圾拆解地及对照区鸟类肝脏中 Cr、Cu、Cd、Pb 和 Zn 等重金属的含量见
21、表 2。电子垃圾拆解地白头鹎和鹊鸲肝脏中 Cr 的含量分别是对照区鸟类的 3.3 倍和 3.5 倍,Pb 的含量也分别是对照区的 1.5 倍和 2.4 倍。白头鹎肝脏中 Cr 的含量(均值 14.07 mg kg-1)比采集于广州市白云山的白头鹎(均值 0.2 mg kg-1)14高约 2 个数量级,但 Pb、Cu 和Zn 的含量低于该鸟种肝脏中这些重金属含量的报道值14-15。本研究棕背伯劳肝脏中 Pb(均值1.82 mg kg-1)和 Cd(均值 0.31 mgkg-1)的含量也高于采集于牡丹江市的红尾伯劳(Lanius cristatus)肝脏中这 2?种重金属的报道值(Pb:1.0 m
22、gkg-1;Cd:0.1 mgkg-1)16。翠鸟肝脏中 Pb 的含量(均值 1.59 mgkg-1)高于采集于美国田纳西州橡树岭保护区的束带翠鸟(Ceryle alcyon)肝脏中 Pb 的含量(均值0.4?mg kg-1)2 倍17以上。这些结果表明,废弃电子垃圾拆解地野生鸟类受到 Cr、Pb 等重金属污染。本研表 2 废弃电子垃圾拆解地和对照区鸟类肝脏中重金属含量Table 2 Concentrations of heavy metals in liver of birds from an abandoned e-waste recycling site anda reference s
23、ite in South China(mg kg-1)(以干质量计 Based on dry mass)CrCuCdPbZn废弃电子垃圾拆解地 Abandoned e-waste site白头鹎P.sinensis14.1(8.2 19.3)13.1(6.35 22.4)1.20(0.26 4.99)2.84(1.46 6.25)72.1(45.8 105)棕背伯劳L.schach10.6(8.70 14.2)8.71(7.73 11.4)0.31(0.22 0.46)1.82(1.42 2.21)51.9(41.6 68.6)北红尾鸲P.auroreus10.8(7.74 15.1)7.02
24、(5.18 8.85)0.22(0.15 0.26)1.27(1.14 1.37)53.4(37.9 68.4)鹊鸲C.saularis14.0(7.99 20.0)7.79(4.04 11.6)0.30(0.29 0.32)2.07(1.65 2.48)60.1(41.1 79.2)普通翠鸟A.atthis12.4(7.78 21.1)12.1(6.05 22.1)0.36(0.09 0.73)1.59(0.83 2.30)57.5(37.8 88.2)对照区 Reference site白头鹎P.sinensis4.30(3.96 4.56)18.4(10.8 25.6)3.60(1.24
25、 5.40)1.93(1.03 2.94)71.4(57.0 87.0)鹊鸲C.saularis4.00(3.79 4.20)14.1(11.7 16.6)1.23(0.77 1.68)0.76(0.19 1.48)56.3(52.5 60.1)424 生态毒理学报第 18 卷究电子垃圾拆解地主要进行废旧电子电器的拆解,而这些电子垃圾中电路板及电子元件中 Cr 和 Pb 的含量很高18,这些重金属释放到环境后在鸟体内蓄积。重金属对电子垃圾拆解地及其周边地区鸟类及其他野生动物的健康影响应引起关注。鸟类肝脏中 Cr-Cu、Cr-Zn、Cu-Zn、Cd-Pb、Cd-Zn和 Cr-Cd 等重金属含量之
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