军事训练场地特征污染物的生态和健康效应研究进展_倪珅瑶.pdf

生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第 17 卷 第 6 期 2022 年 12 月Vol.17,No.6 Dec.2022 基金项目:国家重点研发计划项目(2018YFC1801100)第一作者:倪珅瑶(1995),女,硕士研究生,研究方向为环境毒理学,E-mail: *通信作者(Corresponding author),E-mail:DOI:10.7524/AJE.1673-5897.20220109001倪珅瑶,朱勇兵,赵三平,等.军事训练场地特征污染物的生态和健康效应研究进展J.生态毒理学报,2022,17(6):188-202Ni S Y,Zhu Y B,Zhao S P,et al.Research progress on ecological and health effects of typical pollutants in military training ranges J.Asian Journal ofEcotoxicology,2022,17(6):188-202(in Chinese)军事训练场地特征污染物的生态和健康效应研究进展倪珅瑶1,朱勇兵2,赵三平2,许安3,4,裴诚诚1,赵亚南1,聂亚光1,*1.安徽大学物质科学与信息技术研究院,合肥 2306012.国民核生化灾害防护国家重点实验室,北京 1022053.中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心,合肥 2300314.环境毒理与污染控制技术安徽省重点实验室,合肥 230031收稿日期:2022-01-09 录用日期:2022-03-02摘要:军事训练活动导致大量弹药残留进入土壤环境,从而引起军事训练场地含能化合物和重金属的污染问题,训练场地特征污染物的环境和生态效应已经引起国内外越来越多的关注。本文对三硝基甲苯(TNT)、环三亚甲基三硝铵(RDX)、环四亚甲基四硝铵(HMX)、铅(Pb)、锑(Sb)和铜(Cu)等训练场地特征污染物的污染现状及其生态、健康效应进行综述,介绍了这些污染物对植物、动物、微生物和人体健康的影响及风险评估研究进展。综合当前的国内外研究现状,未来还需进一步加强含能化合物毒理学、多污染物协同耦合作用的健康与生态效应等方面的研究,为我国军事训练场地风险管控与治理修复提供技术支撑。关键词:含能化合物;重金属;植物;动物;微生物;生态效应;风险评估;军事训练场地文章编号:1673-5897(2022)6-188-15 中图分类号:X171.5 文献标识码:AResearch Progress on Ecological and Health Effects of Typical Pollutantsin Military Training RangesNi Shenyao1,Zhu Yongbing2,Zhao Sanping2,Xu An3,4,Pei Chengcheng1,Zhao Yanan1,Nie Yaguang1,*1.Institute of Material Science and Information Technology,Anhui University,Hefei 230601,China2.State Key Laboratory of NBC Protection for Civilian,Beijing 102205,China3.High Magnetic Field Laboratory,Hefei Institutes of Physical Science,Chinese Academy of Sciences,Hefei 230031,China4.Anhui Province Key Laboratory of Environmental Toxicology and Pollution Control Technology,Hefei 230031,ChinaReceived 9 January 2022 accepted 2 March 2022Abstract:Extensive activities in military training ranges result in a wide release of munition residues,thus causingthe pollution of energetic compounds and heavy metals in the environment.The ecological effects of such pollutionare receiving increasing global attention.The current status of energetic compound(represented by trinitrotoluene(TNT),cyclotrimethylene trinitramine(RDX),and cyclotetramethylene tetranitramine(HMX)and heavy metal(re-presented by lead(Pb),antimony(Sb),and copper(Cu)pollution in military training ranges is summarized with第 6 期倪珅瑶等:军事训练场地特征污染物的生态和健康效应研究进展189 their ecological and health concerns.Different effects of both energetic compounds and heavy metals on plants,ani-mals,microbes and human health are highlighted.Brief introduction to the risk assessment of military traininggrounds in recent years is also included.The current studies urge future work to deepen our understanding of theunderlying mechanism for energetic compound toxicity,and the ecological effects of multi-pollutant co-exposure.These efforts in future will provide scientific basis for the policy making of the pollution control management inmilitary training ranges,and the subsequent pollution prevention and remediation.Keywords:energetic compounds;heavy metals;plants;animals;microbes;ecological effects;risk assessment;mili-tary training ranges 军事训练场地是进行各种人员训练和武器试验的场所,主要包括各种靶场、射击场和武器试验场。据统计,全世界共有超过 10 万个靶场1,美国国内就有 3 000 个小型军事靶场2。军事训练活动导致大量弹药或残留物进入环境,成为潜在的污染源,引起了全世界的广泛关注3。目前关于军事训练场地污染的研究主要侧重于含能化合物和重金属,主要特征污染物包括:三硝基甲苯(TNT)、环三亚甲基三硝铵(RDX)、环四亚甲基四硝铵(HMX)、铅(Pb)、锑(Sb)和铜(Cu)等。在表 1 中列出了军事训练场地常见的污染物的来源和用途4-6,这些污染物在训练场土壤中逐渐积累,影响土壤中微生物的活性,对训练场的生态环境造成严重的威胁,还可能通过生物利用方式在动、植物中积累,并最终通过食物链影响人类健康7。因此,了解并掌握这些环境污染物的毒性效应,是评价其生态健康风险和治理修复的科学依据和基础。本文针对军事训练场地的含能化合物和重金属,从其污染现状、生态效应和污染风险等方面进行总结和梳理,为未来军事训练场地风险管控与治理修复提供借鉴和参考。1 军事训练场地特征污染物(Typical pollutants inmilitary training ranges)1.1 军事训练场地含能化合物污染作为军事训练场地特征污染物,含能化合物广泛应用在各类武器弹药中,主要由炸药和推进剂两部分组成8,其中常见的军用炸药包括 TNT、RDX和 HMX;而用于推进剂的主要是硝酸甘油(NG)、亚硝亚硝胍(NQ)、硝化纤维(NC)、2,4-二硝基甲苯(DNT)和高氯酸9。用于军事用途的含能化合物主要在使用前的生产、包装和仓储,使用中的武器射击场,特别是其落弹区,以及最终的处置和销毁设施等区域进入环境,污染土壤和地下水5,由于这些区域的用途不同,它们呈现的污染类型和污染程度也不同。军事训练场表 1 军事训练场地常见的污染物Table 1 Common contaminants inmilitary training ranges污染成分Contaminationcomponents元素符号Elementsymbols来源或用途Source or use铅LeadPb子弹的主要成分Main components of bullets锑AntimonySb子弹芯的主要成分,硬化剂Main components ofbullets core,hardener砷ArsenicAs含铅霰弹的成分Components of leaded shotguns铜CopperCu弹头和弹壳合金的主要成分Main components ofwarheads and shells alloy锡TinSn弹头合金的成分(増加硬度)Components of warheads alloy(increase hardness)锌ZincZn弹壳合金的成分Components of shells alloy铁IronFe钢芯弹头的主要成分Main components ofsteel core warheads镍NickelNi硬度大,一些枪支和弹药的主要成分Hardness,main components ofsome guns and ammunitions钴CobaltCo弹头的合金材料Alloy material of warheads铬ChromiumCr弹头的合金材料Alloy material of warheads三硝基甲苯TrinitrotolueneTNT炸药的主要成分Main components of explosives环三亚甲基三硝铵CyclotrimethylenetrinitramineRDX炸药的主要成分Main components of explosives环四亚甲基四硝铵CyclotetramethylenetetranitramineHMX炸药的主要成分Main components of explosives190 生态毒理学报第 17 卷地含能化合物主要通过空气和地表水传输造成污染物迁移,进一步扩散进入周围土壤和地下水,最终对周围生态受体造成潜在的威胁10。在图 1 中列出含能化合物在环境中可能的迁移途径,其中弹药存储和废弃物处理造成的污染程度最高。军事训练活动主要影响表层土壤,但是,当地表水存在时,其影响可能更持久,且未爆弹药(UXO)带来的污染可以迁移到更深的深度,而且浓度更高,UXO 腐蚀也会增加周围土壤和地下水中含能化合物的浓度5。由于含能化合物在环境中具有化学稳定性,很难被普通生物降解,因此会造成土壤和水体的长期污染11。据报道,美国有 120 多万 t