全氟化合物對(duì)水生植物的生態(tài)效應(yīng)研究Ⅰ—典型城市河道全氟化合物的暴露水平及植物富集特征

蔣曌澤，王鐵宇，張曉軍，孔瀟瀟，李奇鋒，孟晶，朱朝云

1. 牡丹江師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，牡丹江 157012 2. 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085 3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

全氟化合物對(duì)水生植物的生態(tài)效應(yīng)研究Ⅰ—典型城市河道全氟化合物的暴露水平及植物富集特征

蔣曌澤1,2，王鐵宇2,*，張曉軍1,#，孔瀟瀟1,2，李奇鋒2,3，孟晶2,3，朱朝云2,3

1. 牡丹江師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，牡丹江 157012 2. 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085 3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

全氟化合物(perfluorinated compounds， PFCs)近年來(lái)得到國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注，針對(duì)工業(yè)源排放區(qū)域的環(huán)境暴露、來(lái)源解析以及動(dòng)物層面的生態(tài)效應(yīng)有較多研究，但對(duì)于普遍存在于非工業(yè)源(生活源)的城市河道PFCs暴露及水生植物富集等研究較為缺乏。本研究選擇位于北京北部東西貫通的城市河道——清河水體為對(duì)象，分析結(jié)果表明，清河水體中12種目標(biāo)PFCs均有檢出(總量最高為65.45 ng·L-1)，并以全氟丁烷磺酸鹽(perfluorobutane sulfonate, PFBS)為主(最高達(dá)45.63 ng·L-1)；6種水生植物(篦齒眼子菜、黑藻、金魚(yú)藻、蘆葦、菖蒲及水蔥)的富集物質(zhì)均以全氟辛烷磺酸鹽(perfluorooctane sulfonate, PFOS)和全氟辛酸(perfluorooctanoic acid, PFOA)為主，沉水植物中金魚(yú)藻對(duì)于PFOS的蓄積效果優(yōu)于黑藻及篦齒眼子菜，挺水植物中根部PFCs含量高于莖葉，根部PFOA及PFOS含量高于莖葉，但全氟丁酸(perfluorobutanoic acid, PFBA)含量莖葉則高于根部。整體來(lái)看，盡管蘆葦、菖蒲和水蔥3種挺水植物尚不能作為PFCs的超富集植物，但其根部對(duì)PFCs均有顯著的吸收效果，具有一定的生態(tài)修復(fù)潛質(zhì)；沉水植物中金魚(yú)藻是北方自然河道的優(yōu)勢(shì)物種，且對(duì)PFOS具有顯著的富集效應(yīng)，因此有必要進(jìn)一步探索其PFCs生物指示和生態(tài)修復(fù)功能。

全氟化合物；水生植物；富集特征；生態(tài)效應(yīng)；城市河道

全氟化合物(perfluorinated compounds, PFCs)是一類在環(huán)境中廣泛存在的持久性有機(jī)污染物(persistent organic pollutants, POPs)，并在人體、食品以及野生動(dòng)物等均有檢出[1-2]。河流是PFCs遷移進(jìn)入環(huán)境的重要載體，自2009年以來(lái)全氟辛烷磺酸(perfluorooctane sulfonate, PFOS)及其鹽類列入斯德哥爾摩公約后，PFCs工業(yè)污水的排放與污染備受關(guān)注[3-4]，但生活污水排放的相關(guān)研究尚不足。已有研究表明，城市污水中短鏈PFCs含量普遍高于長(zhǎng)鏈[5]，謝雙蔚等[6]也模擬估算了城市污水中PFOS含量，證明污水處理廠是其重要來(lái)源及影響因素，而我國(guó)現(xiàn)有污水處理工藝尚沒(méi)有針對(duì)處理這類物質(zhì)的設(shè)計(jì)[7]。城市作為人口集聚和活動(dòng)密集的地區(qū)，城市河道成為納污的重要載體，城市河道中生活污水帶來(lái)的PFCs污染問(wèn)題及其潛在風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。

位于北京北部的清河水體東西貫穿，西接京密引水渠，流經(jīng)圓明園、奧林匹克森林公園，東至溫榆河，是奧體景觀龍形水系的重要水源。經(jīng)人工改造，河道主體基本硬化加固，已成為北京市重要的納污水體。清河水來(lái)源主要是兩個(gè)污水處理廠的再生水，因其水源不足導(dǎo)致清河水體自凈能力下降[8]。河道干流較多生活污染物排污口，長(zhǎng)期作為北京市的排污渠道直接收納城市排放的生活污水。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，清河干流水質(zhì)基本為Ⅴ類，但水質(zhì)變化較大，以有機(jī)污染為主，部分河段有惡臭氣味，夏季出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象。在城市河道中，水生植物不僅發(fā)揮著調(diào)節(jié)水質(zhì)、固定泥沙的作用，更起到景觀綠化[9-12]、修復(fù)人為影響等諸多作用[13]。已有的關(guān)于PFCs的報(bào)道對(duì)植物的關(guān)注相對(duì)較少，張鴻等[14]驗(yàn)證了利用典型植物監(jiān)測(cè)環(huán)境中有機(jī)氟污染物的可行性， García-Valcárcel等[15]曾研究雙雄雀麥在培養(yǎng)液中對(duì)PFCs的吸收，溫蓓等[16]和關(guān)月等[17]對(duì)小麥進(jìn)行了人工控制土壤培養(yǎng)和液體培養(yǎng)，研究其對(duì)PFCs的吸收和轉(zhuǎn)移，然而針對(duì)水生植物的仍較為匱乏。本文以城市河道為對(duì)象，通過(guò)系統(tǒng)采樣，分析城市河道中水生植物的PFCs暴露水平，探索主要水生植物的富集特征，以期為城市河道PFCs污染治理以及生態(tài)效應(yīng)等相關(guān)研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 樣品采集

沿清河河道均勻布設(shè)14個(gè)采樣點(diǎn)，于2013年10月采集表層水、沉積物以及水生植物樣品，采集點(diǎn)均距離河岸2 m以上。

水樣經(jīng)采集后用聚丙烯塑料瓶保存，并放入-20 ℃冰箱冷凍待處理。沉積物樣品經(jīng)冷凍干燥后研磨，過(guò)2 mm尼龍篩，裝入雙層聚丙烯塑料袋中保存。植物樣在采集后立即用自來(lái)水沖洗挑揀干凈，去離子水沖洗3遍，干燥后使用研缽及植物粉碎機(jī)進(jìn)行處理，并分類保存。

1.2 主要儀器與試劑

主要儀器和耗材：高效液相色譜(Anilent 1200型，美國(guó))/質(zhì)譜(SCIEX 3000型，美國(guó))聯(lián)用儀(HPLC/MS-MS)。

SPE小柱：Oasis WAX(Waters公司)，Spelco Florisi SPE(Supelco公司)，Supelco ENVI-Carb(Supelco公司)。

主要試劑：

12種PFCs標(biāo)準(zhǔn)物分別為：全氟丁酸(perfluorobutanoic acid, PFBA)、全氟戊酸(perfluoropentanoic acid, PFPeA)、全氟己酸(perfluorohexanoic acid, PFHxA)、全氟丁基磺酸(perfluorobutane sulfonate, PFBS)、全氟庚酸(perfluoroheptanoic acid, PFHpA)、全氟辛酸(perfluorooctanoic acid, PFOA)、全氟己基磺酸(perfluorohexane sulfonate, PFHxS)、全氟壬酸(perfluorononanoic acid, PFNA)、全氟癸酸(perfluorodecanoic acid, PFDA)、全氟辛基磺酸(perfluorooctane sulfonate, PFOS)、全氟十一酸(perfluoroundecanoate, PFUdA)、全氟十二酸(perfluorododecanoic acid, PFDoA)。9種PFCs質(zhì)量標(biāo)記物分別為13C4PFBA、13C4PFHxA、13C4PFOA、13C4PFNA、13C4PFDA、13C4PFUdA、13C2PFDoA、18O2PFHxS和13C4PFOS。PFCs標(biāo)準(zhǔn)物和質(zhì)量標(biāo)記物純度均>98%( Wellington實(shí)驗(yàn)室，加拿大)。

甲醇、乙腈、甲基叔丁基醚(MTBE)均為色譜級(jí)(美國(guó)J.T.Baker)，四丁基硫酸氫銨(TBAHS)，醋酸銨(～98%)，分析級(jí)碳酸鈉，分析級(jí)碳酸氫鈉。

1.3 樣品預(yù)處理

水樣前處理：水樣采用Oasis?WAX固相萃取柱進(jìn)行萃?。喝?00 mL的水樣，加入5 ng內(nèi)標(biāo)，通過(guò)由4 mL氨水甲醇溶液(0.10%)，4 mL甲醇，4 mL蒸餾水依次清洗過(guò)的OasisR WAX柱，保持樣液以1滴每秒的速度過(guò)柱。然后用4 mL的醋酸銨緩沖液(25 mmol·L-1，pH=4)沖洗，待柱內(nèi)干燥后，用4 mL甲醇、4 mL的氨水甲醇溶液(0.10%)洗脫待測(cè)物質(zhì)，洗脫液收集后用高純氮?dú)獯抵? mL。并用0.2 μm的尼龍濾膜過(guò)濾，收集待上機(jī)[18]。

沉積物處理：稱取2 g樣品于50 mL聚丙烯離心管中，加入5 ng內(nèi)標(biāo)，2 mL氫氧化鈉乙腈溶液(100 mmoL·L-1，8∶2/乙腈：超純水)，超聲處理30 min，加入20 mL乙腈，250 r·min-1震蕩30 min后加入0.1 mL鹽酸(2 mol·L-1)離心15 min，轉(zhuǎn)移上清液。以上步驟用乙腈重復(fù)一次，上清液氮吹至1 mL。氮吹后的樣液經(jīng)過(guò)由1 mL甲醇沖洗3次的ENVI-Carb，并用甲醇沖洗小柱3次，速度控制在1滴每秒，收集樣液并用超純水定容至100 mL。其余步驟與水樣處理方式相同，用0.2 μm的尼龍濾膜過(guò)濾，收集待上機(jī)[19]。

植物樣品處理：稱取1 g干燥的植物樣于50 mL聚丙烯離心管中，加入5 ng內(nèi)標(biāo)，6 mL氫氧化鈉溶液(0.4 mol·L-1)，渦旋后置于冰箱過(guò)夜。依次加入4 mL TBAHS (0.5 mol·L-1)、8 mL碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖液(0.25 mol·L-1)渦旋，而后加入10 mL MTBE，700 r·min-1震動(dòng)5 min，超聲10 min，3 000 r·min-1離心10 min，轉(zhuǎn)移上清液，用5 mL MTBE重復(fù)以上步驟2次，收集合并上清液，高純氮?dú)獯抵? mL。用10 mL的甲醇、10 mL的MTBE沖洗Florisil SPE柱。加入樣品，并用甲醇沖洗聚丙烯管，用10 mL的MTBE沖洗Florisil SPE柱，用10 mL的甲醇MTBE溶液(30:70，V:V)洗脫小柱，收集到的溶液氮吹至1 mL。最后經(jīng)過(guò)ENVI-Carb凈化，樣液經(jīng)過(guò)由1 mL甲醇沖洗3次的ENVI-Carb，用1 mL甲醇沖洗聚丙烯管3次，用甲醇沖洗小柱3次，速度始終控制在1滴每秒，收集樣液用高純氮?dú)獯抵? mL，用0.2 μm的尼龍濾膜過(guò)濾，收集待上機(jī)[20]。

表1 清河河道主要植物樣品種類Table 1 Aquatic plant samples collected from the Qing River

1.4 樣品檢測(cè)

液相系統(tǒng)所用色譜柱為Agilent ZORBAX Eclipse Plus C18, 2.1 mm×100 mm, 3.5 μm，前接3 μm在線過(guò)濾器，柱溫40 ℃，進(jìn)樣量5 μL。流動(dòng)相為2 mmol·L-1乙酸銨(A)和乙腈(B)，流速0.3 mLmin-1，初始比例為80% A和20% B，保持0.5 min，經(jīng)8 min變?yōu)?0% A和90% B，保持2 min后，回到初始狀態(tài)保持5 min。質(zhì)譜條件為電噴霧電離負(fù)源(ESI-)，霧化溫度350 ℃，霧化器壓力40 psi，輔助氣( N2)流量9 Lmin-1，毛細(xì)管電壓為3 500 V。

1.5 質(zhì)量控制及保證

樣品采集與處理過(guò)程中所用耗材均采用聚丙烯材質(zhì)塑料瓶、塑料袋、離心管，分析過(guò)程嚴(yán)格控制避免含氟材料的使用。實(shí)驗(yàn)容器、儀器及裝置在操作前均經(jīng)超純水及甲醇多次清洗，降低可能的任何污染。為保證數(shù)據(jù)可靠，同時(shí)設(shè)置了程序空白、場(chǎng)地空白及運(yùn)輸空白，空白處理的檢測(cè)結(jié)果均低于檢測(cè)限。

1.6 數(shù)據(jù)處理

植物的富集系數(shù)(bioaccumulation coefficient, BCF)是比較植物對(duì)于物質(zhì)吸收能力大小的重要描述指標(biāo)，體現(xiàn)著植物對(duì)周圍環(huán)境中蓄積難降解物質(zhì)的能力或程度[10,21]，富集系數(shù)越大，其富集能力越強(qiáng)。轉(zhuǎn)移系數(shù)(translocation factor, TF)指植物對(duì)物質(zhì)從地下向地上的運(yùn)輸和富集能力。轉(zhuǎn)移系數(shù)越大,則難降解物質(zhì)從根系向地上器官轉(zhuǎn)運(yùn)能力越強(qiáng)[22]。

挺水植物富集系數(shù)=植物莖葉(或根)PFC濃度/底泥中該化合物濃度

沉水植物富集系數(shù)=植物整株P(guān)FC濃度/水中該化合物濃度

挺水植物轉(zhuǎn)移系數(shù)=植物地上部PFC濃度/根部該化合物濃度[9]

沉水植物由于根部退化甚至消失，不考慮轉(zhuǎn)移系數(shù)。

2 結(jié)果(Results)

2.1 北京清河水體PFCs的暴露水平

清河表層水及沉積物中12種PFCs同系物均有不同程度地檢出(圖1)。水樣中PFCs含量在中部的7號(hào)點(diǎn)位出現(xiàn)最高值(64.45 ng·L-1)。PFOS、PFOA、PFBS及PFBA為主要組成物質(zhì)，其中PFBS為水體中最主要成分(占PFCs比例最高達(dá)70%)。4種化合物含量各點(diǎn)位平均值比較，PFBS(16.55 ng·L-1)>PFBA(9.44 ng·L-1)>PFOA(4.58 ng·L-1)>PFOS(1.98 ng·L-1)。沉積物中的PFCs含量相對(duì)較低，最大濃度值(4.05 ng·L-1dw)出現(xiàn)在河流下游的13號(hào)點(diǎn)位。沉積物中PFCs組成與水體相比變化較大，短鏈PFBS、PFBA明顯減少(<1.50 ng·L-1dw)，但長(zhǎng)鏈的PFOS、PFOA比例增加，特別是PFOA占PFCs總量的比例由水體中的12%增長(zhǎng)至沉積物中的53%。

表2 12種全氟化合物(PFCs)檢測(cè)質(zhì)量控制表Table 2 Analytes of 12 kinds of PFCs measured in this study with QA/QC information

注：LOD表示檢測(cè)極限，LOQ表示定量極限。

Note: LOD means limit of detection, LOQ means limit of quantification.

2.2 北京清河水生植物中PFCs的暴露水平

2.2.1 沉水植物

在清河的12個(gè)采樣點(diǎn)位分別收集到3種沉水植物：篦齒眼子菜、黑藻和金魚(yú)藻，廣泛分布于清河上、下游以及溫榆河水體，3種沉水植物均有PFCs檢出。沉水植物全部生長(zhǎng)在水下，雖然清河水體中PFBS含量較高，但在植物內(nèi)吸收富集量卻遠(yuǎn)低于PFOA與PFOS，PFBS、PFBA含量均低于0.55 ng·g-1dw。篦齒眼子菜中PFOA含量(3.71～8.87 ng·g-1dw，平均值 6.56 ng·g-1dw)明顯高于PFOS(1.65～3.89 ng·g-1dw，平均值2.53 ng·g-1dw)，黑藻中PFOA(5.33～7.00 ng·g-1dw，平均值5.79 ng·g-1dw)相對(duì)穩(wěn)定，而PFOS含量(3.67～18.69 ng·g-1dw，平均值8.30 ng·g-1dw)則變化較大。其中在清河中段排污口附近的黑藻中PFOS含量達(dá)最大值(18.69 ng·g-1dw)。金魚(yú)藻主要存在于河流下游的非硬化河道，檢出的PFOS含量(5.85～11.17 ng·g-1dw，平均值8.86 ng·g-1dw)明顯高于PFOA(2.52～4.44 ng·g-1dw，平均值3.75 ng·g-1dw)。

2.2.2 挺水植物

挺水植物樣品包括蘆葦、菖蒲、水蔥，不同采樣點(diǎn)位植物體內(nèi)PFCs含量變化明顯，植物不同組織的PFCs含量亦有不同，PFOS、PFOA、PFBS根部濃度高于莖葉，PFBA則相反，在莖葉中含量高于根部。PFBS及PFBA含量依然很低，植物吸收以PFOS和PFOA為主，其中PFOS變化較大(2.71～71.71 ng·g-1dw)，挺水植物的根部PFCs總量(5.16～36.85 ng·g-1dw)高于莖葉部分(5.30～71.39 ng·g-1dw)。

2.3 水生植物中PFCs的富集與轉(zhuǎn)移

水生植物對(duì)于PFBA、PFBS、PFOA及PFOS的富集轉(zhuǎn)移均有不同，PFOS富集系數(shù)變化較大，但基本均高于1，表現(xiàn)出較強(qiáng)的生物富集性，4種物質(zhì)富集系數(shù)表現(xiàn)為PFOS>PFOA>PFBA>PFBS。沉水植物中，篦齒眼子菜與黑藻PFOA的富集系數(shù)較穩(wěn)定(多大于1)，有富集效果，金魚(yú)藻對(duì)PFBA、PFBS富集系數(shù)高于黑藻和篦齒眼子菜。整體來(lái)看，挺水植物對(duì)于PFCs富集能力較高，富集系數(shù)多高于20以上，同時(shí)轉(zhuǎn)移系數(shù)均低于1，PFBA和PFBS含量雖然不高，但PFBA根和莖葉的轉(zhuǎn)移系數(shù)大于1。

圖1 清河水、沉積物中PFCs組成及植物樣品類型Fig. 1 Concentrations of PFCs in water and sediment, and type of aquatic plant samples in Qing RiverNote: Ac, Acorus calamus L.; Pp, Potamogeton pectinatus L.; Sv, Scirpus validus Vahl; Hv, Hydrilla verticillata (Linn. f.) Royle; Pa, Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud; Cd, Ceratophyllum demersum L..

3 討論(Discussion)

3.1 北京清河水體中PFCs含量

本次實(shí)驗(yàn)樣品采集處于北京清河的平水期(10-11月)，楊永亮等[23]曾就沈陽(yáng)地區(qū)地表水中PFCs季節(jié)變化作出研究，結(jié)果顯示，枯水期與豐水期地表中PFOS及PFOA濃度未見(jiàn)明顯不同，Zhao等[24]對(duì)天津降水的季節(jié)性變化研究表示，PFC的同系物沒(méi)有明顯季節(jié)性變化趨勢(shì)。綜合以上結(jié)論認(rèn)為，自然環(huán)境變化對(duì)北京清河PFCs濃度影響較小。清河水體主要為城市污水處理后中水，整體上水體中PFBS、PFBA高于PFOA、PFOS，在采樣點(diǎn)2、7號(hào)附近有兩個(gè)主要的處理后污水排放口(圖1)，排放量分別為4 ×104m3·d-1和4 ×105m3·d-1(實(shí)際處理量為5×105m3·d-1)[25]，且污水處理廠主要的處理技術(shù)為A2/O工藝。范慶等[26]關(guān)于城市污水中PFCs去除的相關(guān)研究證明，A2/O工藝處理后污水處理廠的出水中PFBS含量升高，可以認(rèn)為在以中水為主的城市排污河道中，污水處理廠的排水貢獻(xiàn)可能是短鏈PFCs (如PFBS和PFBA)的主要來(lái)源。

清河沉積物中PFBS在6～10，14號(hào)點(diǎn)含量較高(圖1)，這與清河水體中含量趨勢(shì)基本一致。清河沉積物中PFCs濃度整體上低于國(guó)內(nèi)天津沿海工業(yè)區(qū)[1,27]，高于北京官?gòu)d水庫(kù)沉積物平均值(1.60 ng·L-1dw)[28]。上游濃度較低，可能與沉積物的組成有關(guān)，清河上游水源為處理后中水，水質(zhì)清澈，在5號(hào)點(diǎn)下游，萬(wàn)泉河水、小月河分別匯入，可能帶入部分泥沙。另外未經(jīng)處理的生活污水匯入，也影響著沉積物中PFCs的組成以及沉積。

3.2 北京清河水生植物中PFCs含量及富集特征

植物樣品采集期處于北京秋季，沉水植物、挺水植物均已進(jìn)入花果期，植株成熟，對(duì)PFCs的富集穩(wěn)定。3種沉水植物均以PFOS、PFOA為主要富集物質(zhì)，短鏈PFBS、PFBA含量極低，這與其較低的生物富集性相符。清河中上游為人工硬化河道，水生植物種群分布受人工干預(yù)較大。其中篦齒眼子菜體內(nèi)PFCs含量基本穩(wěn)定，黑藻6、7號(hào)點(diǎn)PFOS含量升高，可能與處理后污水排水口的位置有關(guān)。河道下游及溫榆河水道附近為自然河道，屬于北京郊區(qū)少有的濕地環(huán)境，水生植物以金魚(yú)藻為主。PFOS含量占金魚(yú)藻吸收的PFCs總量的55%左右，在富集系數(shù)上，金魚(yú)藻對(duì)主要受限物質(zhì)PFOS富集效果相對(duì)較高。結(jié)合金魚(yú)藻作為自然河道廣泛存在的水生優(yōu)勢(shì)物種這一特性，有必要開(kāi)展室內(nèi)模擬和實(shí)地調(diào)研的對(duì)比研究，分析其生物指示特征和生態(tài)修復(fù)功效。

表4 清河植物樣品PFCs的富集系數(shù)及轉(zhuǎn)移系數(shù)Table 4 Factors of bioaccumulation and translocation of PFCs in aquatic plants from Qing River

注：“-” 表示基礎(chǔ)數(shù)據(jù)低于檢測(cè)限，不計(jì)算富集系數(shù)或轉(zhuǎn)移系數(shù)。

Note: “-” means the raw data less than limit of detection, excluding for calculation of bioaccumulation and transportation factors.

3種挺水植物中PFBA莖部含量高于根部，轉(zhuǎn)移系數(shù)大于1，PFOS、PFOA轉(zhuǎn)移系數(shù)小于1，這與關(guān)月等[17]對(duì)于小麥的研究結(jié)論相一致。PFBA的飽和蒸汽壓為1.33 Kpa (25 ℃)，碳鏈較短，受蒸騰作用影響隨營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)移，更易出現(xiàn)向上運(yùn)輸?shù)睦鄯e效應(yīng)。對(duì)3種挺水植物根部和沉積物中PFCs含量進(jìn)行Spearman的rho單側(cè)檢驗(yàn)，在置信度(單側(cè))為0.01時(shí)，相關(guān)性均達(dá)顯著水平，表明挺水植物能在一定程度上反應(yīng)PFCs環(huán)境濃度的變化并產(chǎn)生生理響應(yīng)。超富集植物是能超量吸收污染物質(zhì)并將其運(yùn)移到地上部的植物。通常超富集植物應(yīng)達(dá)到兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：①植物地上部富集的物質(zhì)應(yīng)達(dá)到一定量；②植物地上部的物質(zhì)含量應(yīng)高于根部[29]。本研究可以看出，3種挺水植物雖然有較高的PFCs富集量，但尚未達(dá)到超富集效果。蘆葦、菖蒲、水蔥的污水治理效果已被多次驗(yàn)證[10,30〗[31]，考慮到挺水植物PFOS及PFOA濃度較高且植株體型較大，對(duì)環(huán)境中PFCs有一定去除和改善水質(zhì)的效果。但植株整體對(duì)PFOS的吸收表現(xiàn)為根部明顯高莖部，且3種挺水植物均為多年生植物，根部不易清理，造成PFCs物質(zhì)可以被固定但難以被清除的狀況。

綜合以上結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)：1)清河水體中PFBS含量高于其他PFCs同系物，其中7號(hào)點(diǎn)位含量最高，水體中PFCs應(yīng)主要來(lái)源于沿河道處理后生活污水和非集中生活污水的排放；2)不同于水體，河道分布的沉水植物未能檢測(cè)出較高濃度的PFBS，基本驗(yàn)證作為PFOS替代物的PFBS的低生物蓄積和生物安全特性；3)沉水植物均以蓄積PFOS及PFOA為主，金魚(yú)藻較黑藻、篦齒眼子菜對(duì)PFOS的吸收富集效果更好，可作為水體中PFOS生物有效性以及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究的模式生物；4)3種挺水植物雖然對(duì)沉積物中PFOS和PFOA均有較好地吸收富集效果，但富集部位主要是挺水植物根系，且轉(zhuǎn)移系數(shù)低于1。結(jié)合實(shí)際種植目的及采集情況，挺水植物在水環(huán)境調(diào)控過(guò)程中發(fā)揮景觀和治污的同時(shí)，對(duì)PFCs類物質(zhì)也有一定的生態(tài)修復(fù)功效。

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◆

Ecological Effects on Aquatic Plants Induced by Perfluorinated Compounds I—Occurrences and Bioaccumulation of Perfluorinated Compounds in Typical Urban River

Jiang Zhaoze1,2, Wang Tieyu2,*, Zhang Xiaojun1,#, Kong Xiaoxiao1,2, Li Qifeng2,3, Meng Jing2,3, Zhu Zhaoyun2,3

1. College of Life Sciences and Technology, Mudanjiang Normal University, Mudanjiang 157012, China 2. State Key Lab of Urban and Regional Ecology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China 3. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

16 January 2015 accepted 28 January 2015

Perfluorinated compounds (PFCs)

extensive attentions and were reported to be widespread in environment in recent years. The existing studies mainly focused on environmental exposure, source identification, and ecological effects related to animal, however, few studies were designed to pay more attention to bioaccumulation of aquatic plants growth in urban river which polluted by domestic discharge. The present study selected the Qing River, which is a typical urban river flowing from west to east of north part of Beijing city. All 12 target PFCs compounds were detected in water with the highest concentration up to 65.45 ng·L-1, and PFBS was the dominant compound(up to 45.63 ng·L-1). As for 6 species of aquatic plants, PFOS and PFOA were predominantly in Potamogeton pectinatus L., Hydrilla verticillata (Linn. f.) Royle, Ceratophyllum demersum L., Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud., Scirpus validus Vahl and Acorus calamus L. Among three kinds of submerged plants, Ceratophyllum demersum L. had more bioaccumulation of PFOS. Among emergent aquatic plants, generally PFCs levels in root tissues were higher than those in stems and leaves; therein PFOA and PFOS concentrations in roots were higher than those of stems and leaves as well, while PFBA with exact contrary. In general, three kinds of emergent aquatic plants couldn’t be served as hyper-accumulation plant, but the root tissue has significant absorption effect of PFOS. Ceratophyllum demersum L. has significant effect of bioaccumulation of PFOS, and it is also the dominant species widely spread in natural river in north China, thus it could been concerned as a biological indicator and explain its ecological remediation function in the further studies.

perfluorinated compounds; aquatic flora; bioaccumulation; ecological effects; urban river

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41171394)；科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)(2013FY11110);中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目(KZZD-EW-TZ-12)

蔣曌澤(1989-)，女，碩士，研究方向?yàn)榄h(huán)境植物學(xué)，E-mail: jzeze@163.com；

*通訊作者(Corresponding author)， E-mail: wangty@rcees.ac.cn

10.7524/AJE.1673-5897.20150116003

2015-01-16 錄用日期：2015-01-28

1673-5897(2015)2-435-10

X171.5

A

王鐵宇(1973-)，男，博士，研究員，主要研究方向?yàn)閰^(qū)域污染生態(tài)過(guò)程與風(fēng)險(xiǎn)管理。近幾年重點(diǎn)關(guān)注新型污染物的環(huán)境行為、生態(tài)效應(yīng)及其風(fēng)險(xiǎn)管理，已在國(guó)內(nèi)外核心刊物發(fā)表論文100余篇(其中SCI收錄70余篇)。

# 共同通訊作者(Co-corresponding author)， E-mail: swxzxj@126.com

蔣曌澤, 王鐵宇, 張曉軍, 等. 全氟化合物對(duì)水生植物的生態(tài)效應(yīng)研究Ⅰ-典型城市河道全氟化合物的暴露水平及植物富集特征[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào), 2015, 10(2): 435-444

Jiang Z Z, Wang T Y, Zhang X J, et al. Ecological effects on aquatic plants induced by perfluorinated compounds I-Occurrences and bioaccumulation of perfluorinated compounds in typical urban river [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2015, 10(2): 435-444 (in Chinese)