溶解性有機質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、大分子有機物、膠體以及水生浮游生物等，這些物質中普遍含多種類型有機物。將有機質按粒徑大小區(qū)分，以直徑0.22μm或0.45μm為界限，可分為兩大類，包括顆粒有機質和溶解性有機質。直徑小于0.45μm的有機質常被稱為溶解性有機質（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等。溶解性有機質由于其水溶性，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，例如調節(jié)水體的酸堿平衡；另一方面，水體中的溶解性有機質往往含有羥基、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合，包括氫鍵結合、離子結合、范德華作用力、配位體交換、疏水分配、共價鍵結合、螯合等結合方式，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)境介質性質以及暴露時間、途徑均有一定關系。

針對有機物在水中溶解性研究發(fā)現(xiàn)，溶解性有機質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等與可溶性有機質的結合規(guī)律。結果發(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[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果表明，溶解性有機質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考察其對菊酯類農藥的生物有效性影響，研究結果發(fā)現(xiàn)，溶解性有機質的加入，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，且降低了農藥對模糊網(wǎng)紋蚤的急性毒性。上述研究結果表明，溶解性有機質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鍵點在于DOM與污染物形成的結合態(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，相關機制可能與DOM濃度、數(shù)量以及污染物的化學性質均有密切的聯(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，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進行詳細探討。

自然水體中的溶解性有機質能夠參與水體的物質循環(huán)、能量流動，保持水體理化性質，對維持整個水生生態(tài)系統(tǒng)的正常運轉有著重要的意義。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。