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本研究评估了2011-2024年威斯康星州八个地区白头海雕雏鸟血液和羽毛中铅、汞、镉及硒的浓度，发现各金属/类金属存在显著空间差异，且血液铅浓度随年龄增长下降，羽毛硒浓度亦呈年龄相关性下降。研究证实白头海雕作为生物指示器能有效监测Great Lakes区域环境污染物时空变化，为生态管理提供数据支持。
艾米丽·科尼利厄斯·鲁斯（Emily Cornelius Ruhs）|肖恩·M·斯特罗姆（Sean M. Strom）|加文·德纳特（Gavin Dehnert）
美国伊利诺伊州芝加哥菲尔德自然历史博物馆格兰杰生物信息学中心（Grainger Bioinformatics Center, Field Museum of Natural History, Chicago, IL, USA）
摘要
白头海雕（Haliaeetus leucocephalus）由于其在食物链中的高级位置、受到良好监测的种群数量以及对其水生食物网的依赖性，成为生态系统健康的重要生物指示物种。因此，我们评估了2011年至2024年间从威斯康星州八个地区收集的雏鸟血液和羽毛中三种金属及一种类金属（“金属（loid）”——铅（Pb）、汞（Hg）、镉（Cd）和硒（Se）的浓度。共采集了106个领地内的151只雏鸟样本。血液中金属（loid）的浓度存在显著的空间差异：Fox River/Lower Green Bay地区的铅含量最高，Upper Wisconsin River地区的汞含量最高，Northern Highlands地区的镉含量最高，而Apostle Islands地区的硒含量最高。羽毛中的金属（loid）浓度空间差异较小，但与血液中的浓度存在显著相关性。血液中的铅含量随雏鸟年龄和体重的增加而下降，而羽毛中的硒含量则随年龄增长而减少。时间分析显示了特定地区的趋势，例如Northern Highlands地区的铅含量下降，汞含量上升，Upper Green Bay/Lake Michigan地区的镉含量变化不大，Fox River/Lower Green Bay地区的硒含量上升。血液中的铅和汞浓度通常低于已建立的毒性阈值，尽管在Upper Wisconsin River地区观察到了汞的高浓度热点。我们的研究结果证实，白头海雕雏鸟可以作为监测这些遗留污染物的敏感哨兵。跨空间梯度的长期生物监测对于识别污染热点、指导野生动物管理和保护五大湖地区的生态系统健康至关重要。
引言
白头海雕（Haliaeetus leucocephalus）作为生态系统健康和污染的生物指示物种，是因为它们是顶级捕食者，其种群数量、分布和繁殖状况都有详细记录（Bowerman等人，2002年；Dykstra等人，2010年）。尽管白头海雕与水生环境密切相关——污染往往在水生环境中积聚——但它们既从陆地也从水中获取食物。成年白头海雕在其约5公里范围内的领地内喂养雏鸟（Garrett等人，1993年；Route等人，2014b年；Watson，2002年），这使得可以详细比较不同个体和种群之间的污染物浓度。
自1990年以来，“五大湖鹰健康项目”（原名为“白头海雕生物哨兵计划”）一直在监测威斯康星州的白头海雕繁殖情况和污染物水平，重点关注五大湖沿岸的雏鸟。该纵向研究的目的是确定白头海雕繁殖情况、健康状况与历史性污染物（如金属（loid）、多氯联苯（PCBs）、有机氯农药）以及新兴污染物（如全氟和多氟烷基物质 - PFAS；Strom等人，2025年）之间的关系，以便与其他地区进行比较（Bowerman等人，2002年；Kramar等人，2019年）。利用白头海雕雏鸟作为生态系统污染的生物指示物种已有充分文献支持，这突显了利用此类数据评估和理解白头海雕种群、环境污染及生态系统健康现状的空间和时间趋势的实用性（Dykstra等人，2010年；Strom等人，2025年）。
虽然白头海雕在21世纪初就已经是监测五大湖地区历史性污染物影响的宝贵指标（Bowerman等人，1995年、1998年、2003年；Dykstra等人，2001年、2005年；Wierda等人，2016年），但人们对白头海雕接触新兴污染物的关注和担忧日益增加（Route等人，2014a年、2014b年；Strom等人，2025年；Venier等人，2010年）。最近关于新兴污染物的研究主要集中在持久性化合物（如PFAS（Dykstra等人，2021年；Strom等人，2025年）和多溴联苯醚（PBDEs）（Route等人，2014a年）上。例如，Strom等人（2025年）发现威斯康星州的白头海雕雏鸟体内PFAS含量相对稳定；然而，金属（loid）仍然污染着水生生态系统，尤其是对顶级捕食者的影响尚不清楚。因此，了解过去13年中这些遗留污染物的空间和时间分布对于评估野生动物健康状况、监测修复地点以及为联邦和州管理机构制定保护野生动物和环境的计划至关重要。
由于人类活动和自然来源，金属在五大湖地区普遍存在（Pérez-López等人，2008年）。高浓度的金属（loid）会对水生生态系统和野生动物产生负面影响（Marettová等人，2015年；Scheuhammer，1987年；美国环境保护署，2013年）。铅（Pb）、汞（Hg）和镉（Cd）来源于工业、交通、化石燃料使用和自然过程（Kenntner等人，2007年）。这些元素对鸟类构成严重威胁：高浓度的铅具有神经毒性甚至致命性（Bruggeman等人，2018年；美国环境保护署，2013年），汞会影响鸟类行为（Jagoe等人，2002年；Rutkiewicz等人，2011年），而低浓度的镉也会对多个器官造成损害（Jagoe等人，2002年）。硒（Se）虽然对甲状腺调节等生物功能至关重要（Jianhua等人，2000年）并有助于降低汞的毒性（Scheuhammer，1987年），但高浓度也会对鸟类健康产生负面影响（Hoffman，2002年）。总体而言，这些金属（loid）的高浓度会损害野生鸟类的繁殖能力，凸显了持续监测的必要性。
本研究的目的是评估威斯康星州不同地区白头海雕雏鸟中当前金属（loid）的浓度，并分析过去13年的浓度变化趋势，以突出白头海雕作为生态系统健康生物指示物种的实用性。本文报告了2011年至2024年间白头海雕雏鸟血液和羽毛中金属（铅 - Pb、汞 - Hg、硒 - Se和镉 - Cd）的含量。金属（loid）的长期空间和时间趋势可为该地区的当前浓度提供信息，并为管理机构提供数据，以进一步保护野生动物和环境。
研究片段
野外采集
每年5月中旬至6月初，我们使用飞机在威斯康星州的八个研究区域识别出有雏鸟栖息且繁殖活跃的白头海雕巢穴：Apostle Islands（APIS）、Fox River/Lower Green Bay（FRGB）、Upper Green Bay/Lake Michigan（GBLM）、Lake Superior South Shore（LSSS）、Lower Wisconsin State River Way（LWSR）、Middle Wisconsin River（MDWR）、Upper Wisconsin River（UPWR）和Northern Highlands Ecological Landscape（NHEL）（图1）。在处理这些巢穴时遵循了伦理规范。
样本采集
2011年至2024年间，我们从8个研究地点的106个繁殖领地共采集了151份雏鸟样本（表1）。FRGB（n = 35份）、GBLM（n = 31份）和NHEL（n = 35份）的样本数量最多，而其他研究地点的样本数量较少（APIS = 15份，LSSS = 18份，LWSR = 4份；MDWR = 8份；UPWR = 5份）。LWSR和MDWR的样本仅在2015年采集，其他所有研究地点的数据至少有两年。雏鸟的平均年龄为48.37天（范围：33-67天），平均体重为3.94公斤。
总体结果
威斯康星州的白头海雕雏鸟持续暴露于不同浓度的金属（loid）中。所研究的三种金属和一种类金属在所有样本中均有检出——唯有镉的检出浓度极低或低于我们的检测限。血液中的金属（loid）浓度在不同地区存在显著差异，表明空间异质性较强，而羽毛中的金属（loid）浓度则空间差异较小。
作者贡献声明
艾米丽·科尼利厄斯·鲁斯（Emily Cornelius Ruhs）：负责撰写初稿、数据可视化、方法论设计、正式数据分析及数据整理。肖恩·M·斯特罗姆（Sean M. Strom）：负责审稿与编辑、撰写初稿、项目监督、方法论设计、资金筹集、数据整理及概念框架构建。加文·德纳特（Gavin Dehnert）：负责审稿与编辑、撰写初稿、项目监督及方法论设计。
利益冲突声明
作者声明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
我们感谢所有允许我们在其土地上采集白头海雕样本的私人土地所有者。Matt Stuber和Dan Goltz提供了攀爬巢树的专业技术支持。Steve Easterly和Brian Dhuey负责地面上雏鸟的处理工作。除了作者外，Lindsey Long、Mandy Kamps、Brian Dhuey和Tami Strom也参与了血液样本的采集。白头海雕的栖息情况和繁殖活动由Steve Easterly、Dan Goltz、Ron Eckstein和Jim共同完成。
