土壤和水環(huán)境全氟及多氟化合物預(yù)測無效應(yīng)濃度推導(dǎo)及生態(tài)風(fēng)險評估

摘要：全氟及多氟化合物（PFASs）因其環(huán)境持久性與生物累積性受到廣泛關(guān)注。本研究通過對數(shù)據(jù)的收集與分析，建立了13種PFASs的生態(tài)毒理學(xué)數(shù)據(jù)庫，并采用物種敏感度分布法（SSD）、評估因子法及相平衡分配法推導(dǎo)PFASs在水環(huán)境與土壤中的預(yù)測無效應(yīng)濃度（PNEC），從而開展危害評估。結(jié)果表明，雖然大部分PFASs在我國土壤和水環(huán)境中濃度均低于其PNEC 值，無不合理生態(tài)風(fēng)險；但PFASs替代品6：2氯代多氟醚基磺酸（6：2 Cl-PFESA）在部分流域具有較高的慢性生態(tài)風(fēng)險，全氟己酸（PFHxA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）在部分地區(qū)土壤中具有較高的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險。建議未來研究應(yīng)加強對PFASs的環(huán)境監(jiān)測與風(fēng)險管理，同時探索更有效的污染物處理技術(shù)與安全的替代品，以降低生態(tài)環(huán)境風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：全氟及多氟化合物；新污染物；地表水；土壤；生態(tài)風(fēng)險評估

中圖分類號：X592；X820.4 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1672-2043（2025）03-0708-12 doi：10.11654/jaes.2025-0041

全氟和多氟化合物（Per and PolyfluoroalkylSubstances，簡稱PFASs）是一類人工合成的有機氟化合物，其碳氫鏈中的氫原子被氟原子全部或部分取代，已知種類超過10 000 種[1]，主要分為全氟羧酸類（PFCAs）、全氟磺酸類（PFSAs）、全氟烷基磺酰胺類（FOSAs）等[2]。PFASs 被廣泛用于電鍍、紡織等多個行業(yè)[3-4]。PFASs 因C F 鍵極為穩(wěn)定（鍵能高達460kJ·mol-1[5]），所以具有環(huán)境持久性、生物累積性和長距離遷移能力。全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）是目前被廣泛關(guān)注的兩種PFASs，已被《斯德哥爾摩公約》嚴格管控。PFASs的替代品開發(fā)也越來越受到重視。全氟己基磺酸鹽（PFHxS）曾作為一種替代品在電鍍行業(yè)中使用，但因具有持久性和生物累積性，最終也被列入《重點管控新污染物清單（2023年版）》[6]。

PFASs在全球環(huán)境中普遍存在，如水體、土壤和空氣等，甚至在偏遠的北極地區(qū)也能檢測到它們的存在[7]。研究顯示，許多污水處理廠的進出水中PFASs含量較高[8]，說明傳統(tǒng)污水處理工藝難以徹底降解PFASs[9]。土壤中PFASs 的來源多樣，包括氟化工園區(qū)和垃圾填埋場，PFASs可通過食物鏈傳遞，威脅人類健康[10]。PFASs在環(huán)境中的遷移涉及大氣傳輸、水體擴散、土壤滲透、生物體富集和沉積物轉(zhuǎn)移等多種途徑[11]，研究人員在斯洛伐克的高塔特拉山、意大利的錫比利尼山和瑞士的艾伯塔斯山監(jiān)測到PFASs的存在，反映出PFASs的高遷移性和全球性的環(huán)境循環(huán)問題[12-13]。PFASs 在我國的污染主要集中在人口密集、工業(yè)聚集的環(huán)渤海、長三角和珠江三角洲地區(qū)[14]，且在水、土壤、大氣環(huán)境中的檢出量和檢出頻率均較高，我國目前缺乏PFASs在水環(huán)境和土壤環(huán)境中的基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，針對PFASs的管控措施也不夠全面。因此，有必要對PFASs開展生態(tài)風(fēng)險評估，以便更好地理解其環(huán)境行為和生態(tài)效應(yīng)。

2020年12月，生態(tài)環(huán)境部頒布的《化學(xué)物質(zhì)環(huán)境與健康風(fēng)險表征技術(shù)導(dǎo)則（試行）》[15]針對現(xiàn)有和新化學(xué)物質(zhì)，提出以預(yù)測無效應(yīng)濃度（Predicted no effectconcentration，PNEC）作為風(fēng)險表征的生態(tài)安全閾值，PNEC 表示在特定環(huán)境介質(zhì)（如水、土壤或沉積物）中，當(dāng)某種化學(xué)物質(zhì)的濃度低于該值時通常不會對環(huán)境生物產(chǎn)生不良效應(yīng)的濃度，它是生態(tài)風(fēng)險評估的關(guān)鍵指標(biāo)之一。目前，PNEC 的推導(dǎo)已在多個領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，其推導(dǎo)方法與水質(zhì)基準(zhǔn)的定值方法基本一致[16]，主要包括評價因子法（Evaluation factor）、物種敏感度分布法（Species sensitivity distribution，SSD）[17]和相平衡分配法[18]。

1 生態(tài)風(fēng)險評估方法

1.1 數(shù)據(jù)收集

為避免單一數(shù)據(jù)來源導(dǎo)致結(jié)果差異，本研究參照《淡水生物水質(zhì)基準(zhǔn)推導(dǎo)技術(shù)指南》（HJ 831—2022）[19]中的相關(guān)要求開展數(shù)據(jù)收集、處理與分析。針對13 種開展環(huán)境監(jiān)測較多的PFASs，分別為全氟己酸（PFHxA）、全氟庚酸（PFHpA）、全氟辛酸（PFOA）、全氟壬酸（PFNA）、全氟癸酸（PFDA）、全氟十一酸（PFUdA）、全氟十二酸（PFDoA）、全氟十三酸（PFTrDA）、全氟十四酸（PFTeDA）、全氟丁烷磺酸（PFBS）、全氟己烷磺酸（PFHxS）、全氟辛烷磺酸（PFOS）和6：2氯代多氟烷基醚磺酸鹽（6：2 Cl-PFE?SA），本研究從美國環(huán)境保護署的ECOTOX 數(shù)據(jù)庫（http：//cfpub.epagov/ecotox/）和已發(fā)表的文獻獲取其在水環(huán)境和土壤環(huán)境中的急/慢性毒性數(shù)據(jù)及其理化性質(zhì)數(shù)據(jù)，用于水環(huán)境危害評估和土壤環(huán)境危害評估，其中50%效應(yīng)濃度（EC50）終點數(shù)據(jù)和半數(shù)致死濃度（LC50）終點數(shù)據(jù)用于表征急性毒性，最大容許毒物濃度（MATC）終點數(shù)據(jù)、20% 效應(yīng)濃度（EC20）終點數(shù)據(jù)、10% 效應(yīng)濃度（EC10）終點數(shù)據(jù)、無觀察效應(yīng)濃度（NOEC）終點數(shù)據(jù)和最低觀察效應(yīng)濃度（LOEC）終點數(shù)據(jù)用于表征慢性毒性。采用實測數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式獲取目標(biāo)化合物的理化性質(zhì)參數(shù)，對于有實測數(shù)據(jù)來源的參數(shù)（如亨利常數(shù)和Koc等）采用Pubchem 和ECHA REACH 數(shù)據(jù)庫獲取，對于無實測數(shù)據(jù)的參數(shù)采用EPA的權(quán)威預(yù)測軟件EPISuite進行預(yù)測（https：//www.epa.gov/tsca-screening-tools/episuitetm-estimation-program-interface）。

1.2 危害評估

危害評估是為了獲得13種PFASs在環(huán)境介質(zhì)中的PNEC，分為水環(huán)境危害評估與土壤環(huán)境危害評估。水環(huán)境危害評估主要包括統(tǒng)計外推法和評估系數(shù)法兩種，鑒于統(tǒng)計外推法依托于概率模型，可有效量化不同暴露條件下的風(fēng)險概率，結(jié)果更具科學(xué)性和針對性，因此當(dāng)水生生物毒性數(shù)據(jù)充足且滿足統(tǒng)計外推法對數(shù)據(jù)的要求時，優(yōu)先采用統(tǒng)計外推法，當(dāng)水生生物毒性較少且不滿足統(tǒng)計外推法對數(shù)據(jù)的要求時，可采用評估系數(shù)法。土壤環(huán)境危害評估包括評估系數(shù)法和相平衡分配法，當(dāng)收集到的土壤生物數(shù)據(jù)滿足評估系數(shù)法對數(shù)據(jù)的要求時，優(yōu)先采用評估系數(shù)法，當(dāng)未收集到土壤生物數(shù)據(jù)時，可基于水環(huán)境預(yù)測無效應(yīng)濃度（PNECwater），采用相平衡分配法計算土壤環(huán)境預(yù)測無效應(yīng)濃度（PNECsoil）。PNEC 不同推導(dǎo)方法的適用情形及誤差來源見表3。

1.2.1 統(tǒng)計外推法

按照HJ 831—2022的要求，采用SSD法推導(dǎo)環(huán)境急性與慢性PNECwater。基于13 種PFASs 的EC50 和LC50 數(shù)據(jù)擬合急性SSD 曲線，基于MATC、EC10、EC20、NOEC 和LOEC 數(shù)據(jù)擬合慢性SSD曲線，選取對5%物種產(chǎn)生急性毒性或慢性毒性影響的濃度閾值作為參考劑量，結(jié)合評估因子，推導(dǎo)PNECwater，其推導(dǎo)過程如公式（1）和公式（2）所示：