海洋环境中持久性有机污染物的生物累积研究进展_刘亚雯.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:国家自然科学基金面上项目(32071613,41961144011,41576115)第一作者:刘亚雯(1993),女,博士,研究方向为生态毒理学,E-mail: *通信作者(Corresponding author),E-mail:DOI:10.7524/AJE.1673-5897.20221016001刘亚雯,李有绅,杨忆菁,等.海洋环境中持久性有机污染物的生物累积研究进展J.生态毒理学报,2022,17(6):1-14Liu Y W,Li Y S,Yang Y J,et al.Bioaccumulation and trophic magnification of persistent organic pollutants in marine environment J.Asian Journal ofEcotoxicology,2022,17(6):1-14(in Chinese)海洋环境中持久性有机污染物的生物累积研究进展刘亚雯,李有绅,杨忆菁,陈茜茜,王新红*近海海洋环境科学国家重点实验室,厦门大学环境与生态学院,厦门 361102收稿日期:2022-10-16 录用日期:2022-12-10摘要:20 世纪以来化工产业飞速发展,传统及新型持久性有机污染物(persistent organic pollutants,POPs)伴随着生产和使用进入到海洋环境,对全球海洋生态系统造成了长期持续性的生态威胁。本文综述了 POPs 在海洋生物体内的富集浓度和特征,基于其理化性质、生物富集和食物链放大等相关参数评估了 POPs 在海洋环境中的生物富集和放大潜力,并探讨了环境和生物因素对 POPs 生物累积的影响。本文提出未来应进一步加强对全球海洋生态系统中 POPs,特别是新型持久性有机污染物生物累积的相关研究,以期为海洋环境中 POPs 的生态风险管理和标准的制定提供科学支撑。关键词:持久性有机污染物;海洋;生物富集;食物链放大文章编号:1673-5897(2022)6-001-14 中图分类号:X171.5 文献标识码:ABioaccumulation and Trophic Magnification of Persistent Organic Pollu-tants in Marine EnvironmentLiu Yawen,Li Youshen,Yang Yijing,Chen Xixi,Wang Xinhong*State Key Laboratory of Marine Environmental Science,College of the Environment and Ecology,Xiamen University,Xiamen 361102,ChinaReceived 16 October 2022 accepted 10 December 2022Abstract:With the rapid development of the chemical industry since the 20th Century,legacy and emerging per-sistent organic pollutants(POPs)have been posing a long-term and persistent ecological threat to the global marineecosystem.This paper reviewed the bioaccumulation patterns of common detected legacy and emerging POPs in themarine environment,assessed the bioaccumulation and trophic magnification potential of POPs based on the physi-cochemical properties,bioconcentration and bioaccumulation factor,and trophic magnification factor.The influenceof marine environmental and biological factors on the bioaccumulation and trophic magnification of POPs was alsodiscussed.This paper proposed that the persistence and accumulation of POPs especially for the emerging persistentorganic pollutants in global marine ecosystems should be further strengthened to provide scientific support for theecological risk management and the development of standards for POPs in the marine environment.Keywords:persistent organic pollutants(POPs);marine;bioaccumulation;trophic biomagnification2 生态毒理学报第 17 卷 持久性有机污染物(persistent organic pollutants,POPs)作为一类可在环境中持久性存在,并可长距离迁移的有机污染物,其对生态以及人体健康的影响受到广泛关注。为有效控制 POPs 污染带来的生态和健康危害,自 2001 年起包括中国在内的多个国家和地区签署并加入了关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约,对包括有机氯杀虫剂和多氯联苯等首批传统 POPs 实行禁止或管控措施1。然而随着人类活动需求和化工产业的发展,人工化学品合成和使用的增速导致大量新污染物进入到环境中,给生态环境健康带来新一轮威胁和挑战2。相比于传统 POPs 其污染上升趋势明显,污染种类多样,且部分新污染物特别是传统 POPs 替代品的生物累积性和毒性并未有明显改观,因此对该类新污染物的风险评估和管控是当前生态环境保护的重中之重3。迄今为止,已有包括多溴二苯醚、全氟辛基磺酸盐(PFOS)等 16 种新型有机污染物被列入斯德哥尔摩公约受控名单4。中国生态环境部发布的重点管控新污染物清单(2022 年版)中,也将全氟辛酸及其盐类和相关化合物(PFOA 类)、全氟辛基磺酸及其盐类(PFOS 类)、全氟己基磺酸及其盐类和相关化合物(PFHxS 类)和短链氯化石蜡(SCCPs)等列入首批进行严格环境风险管控的新污染物5。海洋是地球最大的生态系统之一,同时也是多种有机污染物的汇集地6。受水体交换作用对入海污染物稀释的影响,海水水体中 POPs 的浓度水平通常在 pg L-1 ng L-1之间7。尽管其海水浓度很低,该类物质的高亲脂性和生物代谢惰性等使其可以通过水相和食物相暴露等途径在海洋生物体内富集并在食物链中传递,因此污染物的生物富集和沿食物链放大潜力也成为评估其生态环境安全的重要依据之一。此外,随着环境痕量化学分析技术的发展,新型持久性有机污染物对海洋生物体暴露风险也受到了广泛关注。相比于传统 POPs,该类污染物的分子结构、理化性质以及与生物的互作关系更为复杂,有关其在海洋环境中的生物富集和沿食物链(网)的生物放大效应的认知仍有待进一步明确。本文针对全球海洋环境中重点关注的 POPs 包括有机氯农药(OCPs)、多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)以及多溴联苯醚(PBDEs)、氯化石蜡(CPs)和全/多氟烷基化合物(PFAS),重点分析和综述传统和新型持久性有机污染物在海洋生态系统中的富集和沿食物链放大潜力,以及其关键的影响因素,有助于加深对POPs 生物累积性和持久性的认识,对评估其生态效应、建立海洋风险管理标准有十分重要的意义。1 海洋环境中 POPs 的生物富集(Bioaccumulationof POPs in the marine environment)国际社会对 POPs 生物富集的标准为,当化合物的食物链放大因子(TMF)1,其具有显著的生物富集效应;当化合物的生物浓缩因子(BCF)或生物富集因子(BAF)5 000,其可能具有生物富集效应;而当化合物的辛醇-水分配系数(logKow4)且辛醇-空气分配系数(logKOA5)时,其具有一定的生物富集潜力8。BCF 和 BAF 均定义为平衡状态下生物体内污染物浓度与水体浓度的比值。其中,BCF 仅适用于水相暴露,通常在实验室测得。而对于复杂的野外环境,BAF 还同时包含了食物相暴露对生物体富集污染物的贡献8。相对于淡水生物,POPs 在海洋生物中富集的相关参数仍较为缺乏。Berrojalbiz等9对 PAHs 在海洋浮游植物(Rhodomonas salina)和桡足类(Paracartia(Acartia)grani)的生物富集研究发现,浮游生物对 PAHs 吸收速率和同化效率随 PAHs的疏水性增加而增加,其 logBCF 和 logBAF 均与PAHs 的 logKow呈现显著的正相关关系。然而受桡足类对 PAHs 生物转化的影响,桡足类的 logBCF(1.1 2.8)要比浮游植物的 logBCF(3.6 6.7)低9。对部分 OCPs(logKow5)和 PCBs 的研究也同样发现,其海洋浮游植物的 logBCF(PCBs:6.0 8.0)以及海洋动物的 logBAF 包括浮游动物(OCPs:4.7 6.1;PCBs:6.4 8.9)、双壳类(OCPs:2.9 6.8)、甲壳类(OCPs:4.0 8.9)、鱼类(OCPs:4.1 7.2;PCBs:6.4 13.8)和哺乳类(PCBs:9.0 10.7)均随着其 logKow的增加而增加,且与生物所处营养级水平呈现显著的正相关关系10-12。此外,海洋沉积物作为海洋环境中 POPs 的储存库13,栖息在海洋沉积物表层及内部的底栖生物对沉积物有机质及食物碎屑等的摄入不仅是其富集 POPs 的重要来源,同时也在一定程度上影响着 POPs 的生物放大效应14。Sun 等15研究 SCCPs 在河口生态系统中的生物富集发现,SC-CPs 在底栖无脊椎动物(虾、蟹和双壳类)中的浓度高于非底栖物种如中上层鱼类和鱿鱼。Martn 等16对海洋棘皮动物(Holothuria tubulosaGmelin)体内全氟羧酸类(PFCAs)的研究也同样表明,其 logBAF 和生物-沉积物富集因子(logBSAF)分别为1.2 4.4 和1.42.9,且均随着全氟烷基碳链的增加而显著增加。BSAF 为生物体内污染物脂肪归一化浓度与沉积物第 6 期刘亚雯等:海洋环境中持久性有机污染物的生物累积研究进展3 中污染物总有机碳归一化浓度的比值,常用于表征底栖生物富集污染物的能力17。对于多数 POPs,其logBSAF 与 logKow呈一定的正相关关系。如波斯湾北部双壳类中,PCB-153、PCB-138、PCB-118、滴滴涕(DDTs)和 PBDEs 的 logBSAF(2.4 3.1)均远高于六氯 环 己 烷(HCHs)(logBSAF:0.2)18。而 对 于PAHs,部分研究表明,PAHs 在我国舟山湾渔场和海南珊瑚礁底栖生物中的 logBSAF 与 logKow呈现一定的负相关关系19-20。Thomann 和 Komlos21对底栖食物网中 PAHs 的分析发现,当 logKow5 时,其在肠道同化效率和 logBSA