中科院生态环境中心张爱茜团队ES&T：偏远区域有机磷酸酯的长距离传输、营养级传递和生态风险

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成果简介

近日，中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室、国科大杭州高等研究院环境学院傅建捷研究员等在Environmental Science & Technology上发表了题为“Long-Range Transport, Trophic Transfer, and Ecological Risks of Organophosphate Esters in Remote Areas”的综述。论文对一种新型污染物，有机磷酸酯（organophosphate esters, OPEs），在偏远地区环境和生物体中的污染来源和传输机制，以及不同结构类型的OPEs污染负荷、长距离传输和生物累积/放大规律进行了全面的概述。作者对偏远地区生态系统中OPEs的来源、迁移和转化、营养级传递等的研究数据进行了整合，重点评估了OPEs在沉积物与水之间的分配、生物富集、营养级传递和生态风险，并发现与其他持久性有机污染物（persistent organic pollutants, POPs）的浓度水平相比，OPEs已成为偏远地区生态系统中的主要污染物组分。

引言

随着溴代阻燃剂的限制使用，OPEs全球使用和排放量不断增加，其在各种环境中被不断检出，并在部分研究中也表现出了潜在的生物富集性和生态/健康风险，已成为环境科学领域的焦点。最近越来越多的研究发现OPEs广泛存在于偏远地区（南、北极和全球海洋）环境介质和生物体中，表明OPEs具有足够的持久性，可以从源区经长距离传输迁移至偏远地区，并可以被生物体从环境中富集进而参与到食物链/网的营养传递中。因此，有必要对OPEs在全球范围内，特别是在生态系统相对脆弱的偏远地区的迁移转化、生物传递等环境行为进行总结。

偏远地区OPEs污染来源

OPEs在气相大气中容易被羟基自由基快速降解，导致其大气半衰期低于斯德哥尔摩公约中规定的POPs阈值标准，因此通常认为OPEs长距离传输潜力较低。然而当大气中存在水气或者OPEs吸附到大气颗粒物表面时，会导致OPEs在大气中的半衰期增加，从而大大增加其长距离传输的潜力。同时，OPEs在天然水体中也具有一定的持久性，因此洋流传输也是源区释放的OPEs传输至偏远地区的重要媒介。除了长距离传输来源外，偏远地区存在的一些OPEs本地释放源，如人类聚居地、科考站、机场和港口等对当地环境中OPEs赋存也有不容忽视的影响。

环境中OPEs的污染概况和环境行为

图1A. 偏远地区环境介质中不同结构类型OPEs（氯代型、烷基型和芳香基型）相对丰度

图1B. 城市和工业化地区环境介质中不同结构类型OPEs（氯代型、烷基型和芳香基型）相对丰度

近年来在偏远地区的大气、雪、地表水、沉积物和土壤等环境介质中广泛检测到 OPEs，凸显了开展偏远地区OPEs的赋存和环境行为研究的重要性。论文依据结构类型将OPEs分为氯代型、烷基型和芳香基型，以探究不同类别OPEs在偏远地区的污染现状和环境行为。如图1A所示，在偏远地区的环境介质中，氯代型OPEs在总OPEs中占主导地位，平均相对丰度范围为46.1%至71.9%，其次是烷基型OPEs（21.7-30.3%）和芳香基型OPEs（1.82-32.3%）。氯代型OPEs在偏远地区环境中占主导，除了与其更高的产量和消费量有关外，还与其更强的环境持久性有关，如氯代型OPEs在水中的半衰期（2904-5100h）高于非氯代型OPEs的半衰期（<906h）。相反，在受城市或工业化影响的地区环境中通常发现以烷基型或芳香基型OPEs占主导的现象（图1B）。因此，不同结构OPEs的理化性质和实地研究结果综合表明，氯代型OPEs的长距离传输潜力高于烷基型和芳香基型OPEs。

OPEs的生物富集和营养级传递

越来越多的研究发现OPEs存在于偏远地区的生物体中，包括鱼类、鸟类和哺乳动物。在生物体中，氯代型OPEs 通常是总OPEs 的主要组分，平均相对丰度范围为 34.7% 至 58.2%，高于烷基型OPEs（18.1-40.6%）和芳香基型OPEs（4.06-32.2%）。偏远地区生物体中氯代型OPEs 的丰度相对较高可能与偏远地区环境介质中氯代型OPEs的丰度相对较高（即暴露水平相对较高）有关，但氯代型OPEs 在生物体中较高的生物积累和较低的生物转化可能也对其在生物体中的比例产生重要影响。

针对OPEs在偏远地区生态系统中迁移和转化、生物富集等行为研究的不足，综述整合了偏远地区相同区域不同基质中OPEs的已有研究数据，重点评估了OPEs的相分配和生物富集。偏远地区水生环境中OPEs在沉积物和水之间的分配系数（K_OC）处于10^2.27-10^6.92 L/kg之间，高于对应K_OC的理论预测值（10^1.97-10^4.21 L/kg），表明在偏远地区天然水体中OPEs倾向于吸附于沉积物中的天然有机质中。理论预测、实验室研究和一些现场研究均表明OPEs的生物富集因子（BAFs或BCFs）小于5000 L/Kg，表明OPEs的生物富集性较低。然而，2-乙基己基二苯基磷酸酯（EHDPP）在北极王湾的大西洋鳕鱼中的生物富集因子（BAFs）高达52,857 L/kg，表明其具有较高的生物富集能力。作者也在南极菲尔德斯半岛的海洋食物链中观察到三（2-氯乙基）磷酸酯（TCEP）、三（2-氯异丙基）磷酸酯（TCIPP）和三苯基磷酸酯（TPhP）等OPE单体具有营养级放大行为，它们的营养级放大因子（TMF）分别为5.20、2.92和2.74。由于偏远地区生态系统的结构简单、稳定性相对脆弱，一些OPEs的高生物富集能力、营养级放大行为、生物毒性和环境持久性可能对偏远地区的生态系统健康产生危害。

偏远地区生态系统中OPEs污染的主导地位和潜在风险

图2. OPEs在偏远地区大气、土壤、水、沉积物、鱼类和鸟类中的有机污染物中的主导地位

随着全球工农业生产的发展，偏远地区发现的有机污染物种类越来越多。本综述对偏远地区大气、土壤、水、沉积物、鱼类和鸟类中OPEs与传统和新型POPs的浓度水平进行了比较（图2）。偏远地区多种环境和生物基质中OPEs的浓度超过了传统的溴代阻燃剂：在6种基质中，OPEs比多溴二苯醚（PBDEs）高6.23-16553倍；在大气和鸟类中，OPEs的浓度分别是六溴环十二烷（HBCD）的123和29.3倍。从更广泛的角度来看，在参与比较的有机污染物中，OPEs在大气和地表水中排名第一，在土壤和鱼类中排名第二，在沉积物中排名第三。因此，OPEs目前已成为偏远地区主要的有机污染物负荷。此外，短链氯化石蜡、全氟及多氟烷基化合物等新型污染物在偏远区域各介质中的赋存也超过了不少传统污染物，它们在偏远区域环境中的赋存和风险也不容忽视。

论文还基于风险商（RQs）的方法评估了偏远地区OPEs的生态风险：在北大西洋海水中发现TCIPP具有中等生态风险（RQs=0.1）；在南极半岛的湖水中发现TPhP和TCrP具有中等生态风险（RQs分别为0.12和0.64）。随着全球OPEs使用量的增加，未来偏远地区的OPEs水平有可能进一步增加，OPEs与其他化学品共同暴露的“鸡尾酒效应”亦会导致其产生生态风险的不确定度。