污泥施用土壤中全氟化合物的生物有效性分析

宋濤 鮑佳

摘要：全氟化合物是一種持久性較強(qiáng)的有機(jī)污染物，其具有環(huán)境持久性、生物富集性、生物放大、生物毒性效應(yīng)特征，是環(huán)境化學(xué)研究的重點(diǎn)內(nèi)容。污染的農(nóng)田施用會導(dǎo)致在土壤中積累大量的全氟化合物。研究分析污泥施用土壤中全氟化合物的生物有效性，可以分析了解全氟化合物的環(huán)境行為，也是文章研究的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：污泥施用土壤;全氟化合物;生物有效性

中圖分類號：X502 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）08-0-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.08.106

Bioavailability analysis of perfluorinated compounds in soil applied by sludge

Song Tao，Bao Jia

（Shenyang University of Technology， Shenyang Liaoning 110870，China）

Abstract： Perfluorinated compounds are persistent organic pollutants with environmental persistence， bioaccumulation， biomagnification and biotoxicity effects. They are the focus of environmental chemistry research. Contaminated farmland application can result in the accumulation of large amounts of perfluorochemicals in the soil. The study analyzes the bioavailability of perfluorinated compounds in sludge application soil， and can analyze the environmental behavior of perfluorinated compounds， which is also the focus of the research.

Key words： Sludge application soil; Perfluorinated compound; Bioavailability

有機(jī)物污染性質(zhì)是影響在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素。全氟化合物中的碳氟鍵具有強(qiáng)極性的特征。全氟化合物具有高穩(wěn)定性的特征，通過加熱、光照、化學(xué)、微生物以及高等脊椎動物代謝等方式降解相對較為困難，可以與在組織中存在的蛋白結(jié)合在生物體內(nèi)中積蓄，在通過食物鏈的生物放大作用給人體造成嚴(yán)重的影響。

1 污泥施用土壤中全氟化合物分析

1.1 環(huán)境中全氟化合物的主要來源

人類生活過程中的排放是全氟化合物的唯一來源。全氟化合物主要就是通過調(diào)聚法以及電化學(xué)氟化法兩種工藝合成。

通過研究發(fā)現(xiàn)，在環(huán)境介質(zhì)中存在的全氟化合物主要就是通過兩種方式出現(xiàn)：第一中;直接來源或者直接排放。隨著生產(chǎn)、運(yùn)輸以及使用、廢棄物等過程進(jìn)入到環(huán)境中;第二，前體化合物降解獲得。也就是一些全氟化合物的前體物質(zhì)進(jìn)入到環(huán)境中，在生物代謝以及化學(xué)降解的影響之下形成的。

1.2 全氟化合物在生物體內(nèi)與人體中的分布

全氟化合物在生物體中的蓄積模式與多數(shù)持久性的有機(jī)污染物具有一定的差異性，其具有疏水疏油的特征，并不會遵循進(jìn)入生物體中在脂肪富集的特征。其被生物體攝取之后會與蛋白質(zhì)在血液中鍵合，在肝臟、腎臟以及肌肉等組織中出現(xiàn)不同程度的積蓄，具有較為顯著的生物富集性特征，可以通過食物鏈等方式實(shí)現(xiàn)其在生物種群之間的遷移轉(zhuǎn)化處理，在高級生物體內(nèi)中富集，利用食物鏈在實(shí)現(xiàn)在生物種群之間的一種遷移轉(zhuǎn)化。

現(xiàn)階段，對于生物介質(zhì)中全氟化合物的污染狀況主要就是在海產(chǎn)品、蛋類、動物組織、人體血液以及母乳等方面。

1.3 全氟化合物毒理效應(yīng)

通過對環(huán)境中全氟化合物來源以及其遷移轉(zhuǎn)化研究分析，了解毒理效應(yīng)可以為全氟化合物的生物性研究提供參考。

在全氟化合物環(huán)境中暴露的人類會出現(xiàn)急性或者慢性的中毒問題。此種物質(zhì)并不遵循結(jié)構(gòu)毒性的規(guī)律特征。其無毒或者毒性小的化學(xué)物與一些毒性較強(qiáng)的化合物在化學(xué)結(jié)構(gòu)上來說并沒有嚴(yán)格的差異性，這種特征無疑給化學(xué)物毒性的判斷帶來了一定的困難。要通過實(shí)驗(yàn)的方式才可以確定全氟化合物的毒性特征。全氟化合物的毒性表現(xiàn)主要就是誘發(fā)肝中毒、發(fā)育毒性、免疫毒性以及內(nèi)分泌干擾等因素。

2 污泥施用土壤中全氟化合物的生物有效性分析

2.1 土壤中有機(jī)污染物全氟化合物蚯蚓吸收

在土壤中含有的有機(jī)污染物可以通過兩種方式被蚯蚓所吸收。第一種就是蚯蚓通過脂質(zhì)外表皮吸收溶解在土壤顆?？紫端泻械挠袡C(jī)污染物，這是一種通過脂質(zhì)外表皮以及孔隙水、土壤顆粒三者之間分配的一個過程。第二，蚯蚓吞食的土壤中含有一些有機(jī)污染物，通過蚯蚓的消化道給研磨、分解，釋放有機(jī)污染物，被蚯蚓吸收利用。

全氟化合物性質(zhì)與疏水性的有機(jī)污染物存在一定的差異，其會表現(xiàn)出不同類型的生物富集性規(guī)律特征。相關(guān)學(xué)者通過研究可以發(fā)現(xiàn)底泥中的全氟化合物可以被水蚯蚓富集化處理。而在生物富集因子并不會隨著全氟化合物碳鏈長度的增加而呈現(xiàn)增加狀態(tài)。

生物體中對有機(jī)污染物的生物富集以及其具體的生物種類、周邊環(huán)境等因素之間存在較為密切的關(guān)系。

2.2 土壤中有機(jī)污染物全氟化合物的植物吸收

疏水性的有機(jī)污染物可以通過兩種方式進(jìn)入到植物體內(nèi)：第一，植物利用根系直接的通過土壤溶液吸收含有有機(jī)污染物的物質(zhì)，污染物會通過木質(zhì)部在蒸騰流中通過被動傳輸?shù)姆绞椒峙涞絺鬏數(shù)那o葉之中。第二，植物葉片會在大氣中吸收相關(guān)有機(jī)污染物，也可以沉降在葉片之上，有機(jī)污染物會利用葉面的氣孔進(jìn)入到植物中，通過韌皮部分分配傳輸?shù)狡渌嚓P(guān)組織結(jié)構(gòu)中，有機(jī)污染物會受到污染物自身理化性質(zhì)、植物的種類以及土壤性質(zhì)、外界多種環(huán)境條件因素的影響。在不同土壤中生長植物對污染物的吸收、富集以及傳輸機(jī)制均具有一定的差異性。

相同植物對于不同種類污染物的吸收方式也具有一定的差別。植物在進(jìn)行污染物的死后過程中會受到污染物的辛醇-水分配系統(tǒng)因素的影響，其不僅僅會受到污染物理化性質(zhì)、植物種類等因素的影響，也會受到土壤的性質(zhì)、外界的溫度以及種植環(huán)境、方式等多種不同環(huán)境條件的影響，這些因素的存在都會直接影響植物對不同有機(jī)污染物的吸收以及傳輸?shù)挠绊憽?/p>

相對于疏水性的有機(jī)物來說，疏水輸油PFASs植物的吸收以及傳輸規(guī)律的研究相對較少。這也是今后研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

2.3 污泥施用土壤中全氟化合物的生物有效性實(shí)驗(yàn)分析

蚯蚓是在土壤生態(tài)系統(tǒng)中最大的生物量動物類群之一，具有重要的生態(tài)功能。其分布范圍較為廣泛，對于多數(shù)的污染物均具有一定的富集作用，被富集的化學(xué)物質(zhì)可以通過食物鏈傳遞給更高生級別的生物，威脅其健康。

在污染物中暴露的蚯蚓體內(nèi)出現(xiàn)各種變化較為敏感，因此其是土壤環(huán)境污染物的指示生物，被認(rèn)為是土壤污染物生物可利用性以及進(jìn)行毒性評價的重要的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)動物。進(jìn)行土壤中有機(jī)污染物的生物可以利用性檢驗(yàn)，其會受到土壤的理化性質(zhì)、污染物的性質(zhì)以及具體的污染程度、生物因素、生物以及有機(jī)物污染物接觸時間等多種不同因素的綜合性影響。

2.3.1 實(shí)驗(yàn)操作

將清腸洗滌之后的條蚯蚓發(fā)放裝有1000g的污泥施用土壤的塑料盒中。土壤含水量約為30%，通過潮濕的濾紙覆蓋塑料盒，保持濕度進(jìn)行避光培養(yǎng)30天。在第2d、5d、7d、13d、20d、30d取出進(jìn)行6個平行樣處理;將3個平行樣中的蚯蚓在吸收實(shí)驗(yàn)的采樣階段取出，將余下的3個平行樣的蚯蚓在30天之后進(jìn)行排出實(shí)驗(yàn)分析。通過清水處理蚯蚓，將其放置在濕潤的濾紙之上清腸24小時，在通過清水洗凈，通過濾紙吸收水分，在承重之后在-30℃的冰箱中進(jìn)行冷凍保存處理。

在實(shí)驗(yàn)30天之后，可以將蚯蚓放入在不含有全氟化合物 的環(huán)境中進(jìn)行排出實(shí)驗(yàn)，分別在實(shí)驗(yàn)之后的第2天、五天以及13天、20天、30天進(jìn)行處理。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過溫室實(shí)驗(yàn)分析，了解七種污泥使用土壤中全氟辛烷磺酸、全氟辛酸、蚯蚓富集，可以發(fā)現(xiàn)在污泥施用土壤中的兩種物質(zhì)被蚯蚓吸收、排出的過程中可以通過一級反應(yīng)動力學(xué)公式進(jìn)行擬合分析。相對于全氟辛酸來說，蚯蚓對于全氟辛烷磺酸有著較大的吸收速率，排出的速率以及較長時間之間可以實(shí)現(xiàn)吸收的均衡性。蚯蚓對于全氟辛烷磺酸的生物富集因子BAF在1.54-4.12區(qū)間范圍中;、全氟辛酸生物富集因子BAF在0.52-1.34區(qū)間范圍中.BAF會隨著土壤中污染物濃度則增加而呈現(xiàn)減小的狀態(tài)。

通過多元線性的逐步回歸方式進(jìn)行研究分析，分析生物有效性?？梢园l(fā)現(xiàn)在蚯蚓體內(nèi)中全氟辛烷磺酸含量為87%，去高于十月底啊他要讓只不過全氟辛烷磺酸濃度與土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化與影響。全氟辛酸在蚯蚓體重的含量為91%，也是受到蚯蚓體重中的全氟辛酸濃度以及土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響。

在土壤中全氟PEASs是直接影響蚯蚓中PEASs的關(guān)鍵因素。土壤中PEASs的含量與濃度越高，則蚯蚓的富集量則就會相對較大。而在土壤中有機(jī)質(zhì)量越高，蚯蚓的富集量則相對越小。

3 結(jié)束語

飲食是PEASs進(jìn)入到人體中的重要途徑，了解PEASs在污泥施用土壤中植物吸收傳輸機(jī)制，了解PEASs在土壤、植物中的遷移以及變化規(guī)律，分析PEASs的生物有效性，可以為視頻安全風(fēng)險評價以及PEASs控制管理具有重要的價值與意義。

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收稿日期：2019-07-10

作者簡介：宋濤（1990-），男，漢族，研究生，初級工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境污染與人體健康。