溶解性有機質(zhì)對有機污染物生物有效性影響

王 茹，沈夢楠，于博文，卜小丹，胡 藝，胡嘯威

（吉林建筑大學松遼流域水環(huán)境教育部重點實驗室，吉林長春 130118）

有機質(zhì)是水體環(huán)境中眾多污染物，尤其是有機污染物的重要吸附劑和載體，對水環(huán)境中污染物的生物有效性具有重要影響。天然水體是一個復雜的體系，包含多種顆粒物質(zhì)、大分子有機物、膠體以及水生浮游生物等，這些物質(zhì)中普遍含多種類型有機物。將有機質(zhì)按粒徑大小區(qū)分，以直徑0.22μm或0.45μm為界限，可分為兩大類，包括顆粒有機質(zhì)和溶解性有機質(zhì)。直徑小于0.45μm的有機質(zhì)常被稱為溶解性有機質(zhì)（Dissolved organic matter，DOM）。DOM在自然環(huán)境中的濃度分布不均，一般來說，海水中濃度較低，江河中水平較高。水體中的DOM主要來自植物凋零、腐解以及土壤腐殖質(zhì)等。溶解性有機質(zhì)由于其水溶性，是水生生態(tài)環(huán)境中一種十分重要且活躍的化學組分。一方面，它能夠影響水體環(huán)境的理化性質(zhì)，例如調(diào)節(jié)水體的酸堿平衡；另一方面，水體中的溶解性有機質(zhì)往往含有羥基、羧基、酚基和硫醇基等多種官能團，能夠通過多種作用與有機污染物結(jié)合，包括氫鍵結(jié)合、離子結(jié)合、范德華作用力、配位體交換、疏水分配、共價鍵結(jié)合、螯合等結(jié)合方式，從而影響污染物在水體中的溶解、吸附/解吸等環(huán)境行為，進而影響污染物的生物有效性。

隨著工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展以及居民日益增長的生活需求，水體環(huán)境中出現(xiàn)了多種新型有機物污染物，如溴代阻燃劑（Brominated flame retardants，BFR）、抗生素（Antibiotic）、個人護理品（Pharmaceuticals and personal care products，PPCPs）等，這些新型有機物污染物往往在水體中含量低，難去除，持久存在。近些年，水環(huán)境中有機物污染物的生物毒性、生態(tài)風險評價一直是環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點。在對污染物的生態(tài)風險評價過程中，生物有效性是不可忽視的一個重要評價因素。環(huán)境學上，污染物的生物有效性是指化學物質(zhì)對于生物體的可接觸性及對生物的潛在毒性，外源性污染物生物體的能力與生物種類、環(huán)境介質(zhì)性質(zhì)以及暴露時間、途徑均有一定關(guān)系。

針對有機物在水中溶解性研究發(fā)現(xiàn)，溶解性有機質(zhì)能改變某些污染物在水中的溶解度，從而增大其生物可利用性。趙冬梅等[1]采用平衡透析法，研究幾種典型多溴聯(lián)苯醚同系物，BDE 28、47、77和99等與可溶性有機質(zhì)的結(jié)合規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在DOM存在條件下，所有PBDEs同系物的表觀溶解度都顯著增大，DOM濃度越高，“增溶效應”越顯著。另一類水體中常見污染物多環(huán)芳烴（PAHs）也被發(fā)現(xiàn)，某些同系物在水體中的溶解度隨有機質(zhì)濃度增加而增加。針對嘉陵江表層水體及沉積物的研究發(fā)現(xiàn)，在枯水期，水體中的DOC濃度與PAHs濃度呈明顯的線性正相關(guān)[2]。針對德國Teufelsweiher湖沉積物中殺蟲劑的分布研究，DOM的存在同樣具有這樣“增溶效應”[3]。溶解性有機質(zhì)的這種“增溶效應”影響很有可能增大有機污染物生物可利用性，對環(huán)境產(chǎn)生重要影響。

然而，另一些實驗室生物富集研究結(jié)果表明，溶解性有機質(zhì)的存在降低了某些污染物的生物富集效應。Liu等[4]，利用斑馬魚和浮萍作為實驗生物，研究DOM對紅霉素生物吸收的影響，結(jié)果表明，DOM顯著抑制了受試生物對紅霉素的吸收（P＜ 0.05）。當DOM濃度為20mg/L時，斑馬魚和浮萍的平均平衡濃度分別降低了28.1%～40.6%和10.9%～25.8%，相應的生物富集因子（BCF）分別降低了15.9%～32.8%和10.9%～18.5%。之前的研究同樣表明，胡敏酸可以降低氰戊菊酯和氯氟氰菊酯在大型蚤上的生物積累毒性，同時也能降低虹鱒魚對苯并芘和2，2’，5，5’-四氯聯(lián)苯的吸收。Yang等[5]在水體中加入不同濃度的溶解性有機質(zhì)考察其對菊酯類農(nóng)藥的生物有效性影響，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，溶解性有機質(zhì)的加入，降低了氟氯氰菊酯和芐氯菊酯在水中的自由溶解度，且對氟氯氰菊酯的影響更加顯著。當水體中溶解性有機質(zhì)濃度為3～20mg/L時，抑制了大型蚤對氟氯氰菊酯的吸收，且降低了農(nóng)藥對模糊網(wǎng)紋蚤的急性毒性。上述研究結(jié)果表明，溶解性有機質(zhì)對有機污染物的影響機制較為復雜，提高或者降低污染物的生物有效性關(guān)鍵點在于DOM與污染物形成的結(jié)合態(tài)產(chǎn)物是否可以通過生物膜或者能通過其他途徑被吸收，相關(guān)機制可能與DOM濃度、數(shù)量以及污染物的化學性質(zhì)均有密切的聯(lián)系，還需進一步的研究探討。

對于微生物的研究發(fā)現(xiàn)，水體溶解性有機質(zhì)的存在可能有正向的積極作用。Chen等[6]發(fā)現(xiàn)，水體中的DOM可能與四環(huán)素（Tetracycline）發(fā)生絡合反應改變四環(huán)素性質(zhì)，從而改變其對細菌的生物可利用性，從而減輕抗生素耐藥性的選擇性壓力。另有一些研究發(fā)現(xiàn)，溶解性有機質(zhì)可能影響某些有機污染物，如多環(huán)芳烴、取代芳香胺類、喹諾酮類抗生素和苯基脲類除草劑等的光化學反應，從而影響其生物可利用性[7-8]。從表觀效應來看，DOM對有機物污染物光解的影響基本可分為兩大類：促進機制和抑制機制。但是，DOM對污染物光解的影響機制比較復雜，且對于不同的污染物來說影響機制也存在較大差異，還需要針對不同物質(zhì)進行詳細探討。

自然水體中的溶解性有機質(zhì)能夠參與水體的物質(zhì)循環(huán)、能量流動，保持水體理化性質(zhì)，對維持整個水生生態(tài)系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)有著重要的意義。且能夠影響有機物污染的生物有效性以及生物/化學可利用性。目前，對于DOM對有機污染物的影響研究有了一定的進展，但是仍有許多問題亟待探明。