PPCPs在土壤-作物系統(tǒng)行為特征及環(huán)境風(fēng)險的研究進(jìn)展

李松旌，樊向陽，崔二蘋，胡超，崔丙健，劉源，李中陽，景若瑤，李勝曙

（1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所，河南新鄉(xiāng)453002；2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京100081；3中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源高效安全利用重點開放實驗室，河南新鄉(xiāng)453002；4中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院新鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)水土環(huán)境野外科學(xué)觀測試驗站，河南新鄉(xiāng)453002）

藥品和個人護(hù)理品（pharmaceutical and personal care products,PPCPs）作為一種新興污染物，日益受到人們關(guān)注。PPCPs種類繁雜，主要包括用于治療人類和動物疾病的藥物制劑（如抗生素、抗癲癇藥、止痛藥、降壓藥、避孕藥、催眠藥、減肥藥等）以及人類日常生活中使用的各種護(hù)理品（如香皂、合成面膜、洗發(fā)水、發(fā)膠、染發(fā)劑等）[1]。PPCPs自身具有較強的生物活性、旋光性和極性等，雖然在環(huán)境中經(jīng)揮發(fā)、降解等途徑后其檢出濃度僅在納克級到毫克級之間[2]，但持續(xù)性的環(huán)境輸入可顯示出與持久性污染物同等的暴露潛力[3]。已有研究表明，微量PPCPs對細(xì)菌[4-5]、植物[6-7]、無脊椎動物[6-8]、魚類[4,9]等的正常生理活動均有顯著影響，如0.25mg/L的三氯生可引起藻類顯著的遺傳毒性，使其生物量顯著減少[10]；20μg/L的三氯生可損壞鱸鯉（Cyprinodon variegatus）的甲狀腺[11]；1.4～22.4mg/L的撲熱息痛可影響小麥的萌芽率、芽高、根長以及幼苗過氧化酶、葉綠素和可溶性蛋白的含量[12]。此外，環(huán)境中的PPCPs通過食物鏈進(jìn)入人體后同樣會產(chǎn)生諸多負(fù)效應(yīng)，如擾亂人體生理機能、破壞代謝系統(tǒng)、破壞體內(nèi)激素平衡等[13-14]。

獸類醫(yī)藥、人類服用醫(yī)藥和化妝品的使用及不完全代謝是PPCPs進(jìn)入環(huán)境系統(tǒng)的主要原因。研究表明，部分PPCPs在人體及動物體內(nèi)的代謝率極低，未被吸收部分可隨排泄物暴露于環(huán)境中，并可經(jīng)污水、再生水灌溉、污泥及糞便農(nóng)田施用等方式[2,15-21]進(jìn)入土壤[22-25]乃至地下水[26-30]，并對土壤及地下水環(huán)境造成危害。預(yù)測表明，隨著人們生活水平的不斷提高，藥品及個人護(hù)理品的使用量及類型不斷增加，PPCPs將成為威脅生態(tài)環(huán)境安全的重大隱患之一[31-34]。本文重點針對PPCPs的環(huán)境行為及其在土壤-作物系統(tǒng)的環(huán)境風(fēng)險、PPCPs的環(huán)境降解行為特性以及遷移累積規(guī)律等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)分析，以期為推進(jìn)PPCPs環(huán)境行為特征及調(diào)控理論與技術(shù)相關(guān)研究提供文獻(xiàn)支撐。

1 PPCPs的環(huán)境行為及其土壤-作物系統(tǒng)環(huán)境風(fēng)險

1.1 PPCPs的環(huán)境行為

PPCPs具有環(huán)境持久性、生物積累性和高毒性等特點，近年來其環(huán)境行為越來越受到關(guān)注。國內(nèi)外針對PPCPs的環(huán)境行為進(jìn)行了一定的研究，綜合已有研究結(jié)果，PPCPs的環(huán)境行為可概括為圖1。PPCPs經(jīng)人類或動物使用后，未被代謝的部分可隨糞便施用進(jìn)入土壤環(huán)境，也可隨生活污水進(jìn)入污水處理廠，通過再生水排放和再利用、再生水廠污泥回用等進(jìn)入水環(huán)境及土壤環(huán)境。殘留在土壤中的PPCPs，一部分通過淋溶、滲流等方式進(jìn)入地表水及地下水[2,17,20]，另一部分則通過植物吸收累積在植物體內(nèi)，再通過食物鏈進(jìn)入更高營養(yǎng)級生物的體內(nèi)，并造成慢性毒性損傷。

相比國內(nèi)而言，國外對PPCPs環(huán)境行為的研究起步較早，主要包括PPCPs在水環(huán)境和土壤環(huán)境的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及風(fēng)險評價[22,27]，如Del Rosario等[26]針對現(xiàn)場污水處理系統(tǒng)（OWTS）向地下水釋放的PPCPs開展了研究，發(fā)現(xiàn)咖啡因、布洛芬、驅(qū)蚊胺和同磷酸鹽在地下水中均有檢出，濃度為0.12～12.04μg/L；Dodgen等[23]針對常見的PPCPs在土壤中的轉(zhuǎn)化與去除進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了雙酚A和雙氯芬酸的多種轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，并指出形成結(jié)合殘留態(tài)是雙酚A和壬基苯酚的主要去除過程；Kosma等[35]基于歐洲風(fēng)險評估技術(shù)指導(dǎo)文件進(jìn)行的簡單風(fēng)險熵法對18種PPCPs進(jìn)行風(fēng)險評價，發(fā)現(xiàn)雙氯芬酸、三氯生具有高風(fēng)險；Minguez等[36]基于歐洲評價風(fēng)險的混合風(fēng)險嫡法對48種PPCPs提出了淡水和海洋生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險評估，指出抗生素、抗抑郁藥和抗真菌劑有高生態(tài)風(fēng)險。我國針對PPCPs環(huán)境行為的研究起步較晚，且大多集中于PPCPs在水環(huán)境的行為特性研究[37]，如張盼偉等[38-39]分析了海河流域13條主要支流表層沉積物及北京城區(qū)12條主要河（湖）的表層水體樣品中PPCPs的分布狀況，發(fā)現(xiàn)前者PPCPs的含量范圍整體低于后者，分別為49.43～735.98ng/g（干重）、9.02～460.55mg/L，且咖啡因占PPCPs總量的40.77%～97.3%；王卓[40]通過調(diào)查36種目標(biāo)PPCPs在北京和深圳典型河流中的存在水平與分布特征，發(fā)現(xiàn)北京河流中心腦血管類PPCPs濃度較高，而深圳河流中抗生素濃度較高。總而言之，國內(nèi)外針對PPCPs在水土自然環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化的研究不多，在水-土壤-作物系統(tǒng)的研究鮮有報道。眾所周知，自然環(huán)境暴露與PPCPs的環(huán)境風(fēng)險直接相關(guān)，因此，應(yīng)加強環(huán)境中PPCPs負(fù)荷、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及暴露特征等方面的關(guān)注[41]。

圖1 PPCPs的環(huán)境行為

1.2 再生水中PPCPs賦存及其在污水處理工藝下的去除效果

污水處理廠是PPCPs的主要儲存地，也是其進(jìn)入自然環(huán)境的重要源頭之一[42]。含有PPCPs的生活污水經(jīng)污水處理廠處理后，一部分直接排入河流、湖泊等水體環(huán)境，另一部分則通過直接或間接引用再生水灌溉方式進(jìn)入農(nóng)田土壤系統(tǒng)，進(jìn)而對土壤和作物造成危害。近年來，隨著高血壓、心血管疾病、惡性腫瘤等慢性非傳染性疾病發(fā)病率不斷增高以及人們生活質(zhì)量的提升[43]，導(dǎo)致藥物及個人護(hù)理品使用量不斷增加，并由此造成PPCPs在生活污水及再生水中的檢出量及檢出種類持續(xù)增加[44]。綜合國內(nèi)外已有文獻(xiàn)研究結(jié)果，PPCPs在國外和我國部分地區(qū)污水處理廠進(jìn)水和出水中均有檢出，如表1所示，檢出濃度多數(shù)在微克級，但存在地域差異大的特點。研究表明，各地區(qū)污水處理廠進(jìn)水中PPCPs的濃度受疾病種類、用藥習(xí)慣、藥品本身性質(zhì)、污水來源等因素影響較大；而污水處理廠出水中PPCPs的濃度則主要受處理工藝以及氣候等因素影響[40]。

國內(nèi)外學(xué)者圍繞污水處理廠處理工藝對PPCPs的去除效果也進(jìn)行了一定的研究，如Gao等[58]通過對氟苯尼考（FLO）降解效率的研究發(fā)現(xiàn)，紫外線活化過硫酸鈉（UV/PS）工藝較紫外/過氧化氫（UV/H2O2）工藝具有降解效率高和成本低等優(yōu)點；楊銀等[59]揭示了納濾膜去除PPCPs的機理，并發(fā)現(xiàn)增強膜表面的吸附性能、窄化膜孔和增大排斥作用力，可以提高PPCPs的去除率；Esplugas等[60]對PPCPs高級氧化降解的評估結(jié)果表明，較活性炭吸附法和膜法等物理分離方法而言，臭氧氧化具有良好的降解效果和應(yīng)用前景。此外，針對典型PPCPs的高級氧化降解工藝及其生成的消毒副產(chǎn)物等研究還表明，PPCPs經(jīng)污水處理廠處理后的環(huán)境歸趨主要為固體顆粒的物理吸附[61]、降解為低分子量的化合物[62]，以及形成共軛物并隨后水解成藥物原形（例如氯鋇酸和非諾貝特酸的共軛物[63]）。由此可見，一些PPCPs經(jīng)污水處理廠處理后雖然濃度可能有所降低，但其結(jié)構(gòu)未必發(fā)生破壞，極有可能以另一種狀態(tài)或形態(tài)存在于環(huán)境中。

1.3 污泥中PPCPs賦存及其土壤-作物系統(tǒng)風(fēng)險

國內(nèi)外已有研究表明，城鎮(zhèn)污水處理廠污泥中除含有氮、磷、鉀、有機質(zhì)等多種營養(yǎng)成分外，還含有病原菌、重金屬和有機污染物等有害物質(zhì)[64]。污水處理過程中未被降解的PPCPs一部分存在于處理后的出水中，另一部分則吸附于污泥之中。污水處理廠污泥回用是PPCPs進(jìn)入土壤系統(tǒng)的途徑之一，因此，國內(nèi)外針對污泥中PPCPs的賦存水平開展了一定研究。Stevens等[65]對英國14家污水處理廠污泥有機污染物的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，污泥中多環(huán)芳香烴的總濃度為67～370mg/kg（干重），多氯聯(lián)苯的總濃度為50～190μg/kg（干重）；Pryor等[66]對美國紐約州中部5個污水處理廠污泥中異種雌激素壬基酚（NPs）含量的分析結(jié)果表明，污泥中NPs總濃度可高達(dá)1840mg/kg，平均為1500mg/kg（干重）；桂紅艷等[67]針對3個污水處理廠污泥中多環(huán)麝香含量的研究發(fā)現(xiàn)，佳樂麝香、吐納麝香、開許梅龍平均含量分別為10.762mg/kg、2.559mg/kg和1.491mg/kg，薩利麝香和粉檀麝香含量較低，分別為0.203mg/kg和0.113mg/kg。

表1 污水處理廠進(jìn)水和出水中典型PPCPs濃度

國內(nèi)外針對污水處理廠污泥回用的PPCPs環(huán)境風(fēng)險也進(jìn)行了一定研究，如Hospido等[68]針對厭氧消化污泥農(nóng)業(yè)再利用的環(huán)境風(fēng)險評價表明，在選取的13種典型PPCPs中，佳樂麝香、托那利特、安定、布洛芬、磺胺甲唑和17-乙炔雌二醇等對環(huán)境存在一定風(fēng)險。我國目前污水處理廠污泥回用的方式多為異地填埋、堆肥和耕地利用，余杰等[69]對我國210座污水處理廠污泥處理、處置狀況的調(diào)查表明，污泥處置工藝中土地填埋和堆肥農(nóng)用所占比例分別為63.03%和13.51%。然而，我國針對污泥中PPCPs的環(huán)境風(fēng)險研究不多，鑒于污泥中仍含有一定量的PPCPs。因此，應(yīng)加強污泥回用過程中PPCPs在土壤-作物系統(tǒng)累積規(guī)律及污染風(fēng)險的關(guān)注和研究。

1.4 畜禽糞便中PPCPs的賦存及其土壤-作物系統(tǒng)風(fēng)險

畜禽糞便作為糞肥在農(nóng)田的施用是PPCPs進(jìn)入環(huán)境的另一途徑。由于養(yǎng)殖過程中片面追求畜禽的生長速度，導(dǎo)致可有效促進(jìn)畜禽生長且減少疾病產(chǎn)生的抗生素大量使用，據(jù)統(tǒng)計，我國每年投入畜禽養(yǎng)殖業(yè)中用于動物的催速生長和疾病治療的抗生素超過8000t[70-71]。鄒威等[72]研究表明，只有少部分的抗生素能夠被動物有效利用，大量抗生素及其在動物體內(nèi)誘導(dǎo)出的抗生素抗性基因（ARGs）隨著動物尿液和糞便直接排出體外。

已有研究表明，含有抗生素的動物糞便被施用于土壤時，可造成抗生素類PPCPs的環(huán)境污染和生態(tài)毒性。潘尋等[73]對畜禽糞便還田率較高的圍場縣土壤中PPCPs累積情況研究發(fā)現(xiàn)，25種目標(biāo)PPCPs中有23種被檢出，檢出濃度普遍達(dá)到ug/kg水平；41個采樣點中有12個聯(lián)合生態(tài)風(fēng)險達(dá)中等水平，17個采樣點具有高生態(tài)風(fēng)險。Heuer等[74]的研究同樣表明，畜禽糞便中含有大量的耐藥菌和抗生素化合物。畜禽糞便農(nóng)田施用可顯著增加耐藥基因和土壤中耐藥菌種群，耐藥細(xì)菌附著在作物上或成為植物內(nèi)生菌，并可通過食物鏈進(jìn)入人體，造成人體抗生素耐藥性及內(nèi)臟損害等。

2 PPCPs在土壤-作物系統(tǒng)的環(huán)境降解行為

2.1 PPCPs的光降解

此外，研究還發(fā)現(xiàn)PPCPs的光降解效率與初始濃度、pH、紫外線波長等條件有關(guān)。周慧慧[76]對紫外光降解純水中典型羧酸類PPCPs研究表明，氟比洛芬和甲氯滅酸的光降解速率均隨其反應(yīng)液初始濃度的升高而降低，且pH在6～7之間光降解效率最高。Kim等[78]研究表明，波長為185nm的紫外光對鎮(zhèn)痛藥、抗生素等典型PPCPs的光降解效果好于波長254nm紫外光。李文貞[80]研究表明，真空紫外線（λ=185nm）對氯貝酸的降解速率常數(shù)是紫外線（λ=254nm）的5倍。

在土壤系統(tǒng)中仍存在一定程度的光降解[81]，但國內(nèi)外已有研究表明，其對PPCPs的去除效果要遠(yuǎn)小于土壤微生物降解[82]、有機質(zhì)和黏土礦物的物理吸附、化學(xué)吸附[83]。

2.2 PPCPs的微生物降解

微生物降解是指微生物將PPCPs轉(zhuǎn)化成為簡單無機物的過程[84]，是將PPCPs從土壤中清除的主要途徑之一，決定了PPCPs在土壤-作物系統(tǒng)中的持久性、有效性和毒性風(fēng)險[85]。土壤中含有的大量微生物種群對PPCPs的降解發(fā)揮著重要作用，Yu等[25]研究表明，雙酚A、卡馬西平、三氯生在滅菌處理的土壤中半衰期可分別延長為5天、14天、11天，表明滅菌處理總體上降低了土壤的降解速率，也說明微生物活性對土壤中PPCPs的降解起重要作用；Foolad等[86]通過對PPCPs生物降解特性的研究發(fā)現(xiàn)，土壤中的微生物可降解水楊酸、撲熱息痛和避蚊胺，且隨著時間推移去除率增高，而克羅米通則不會被生物降解；Cha等[87]研究表明土壤中三氯卡班和三氯生均存在生物降解現(xiàn)象，且三氯生更易受到生物降解作用的影響。也有相關(guān)學(xué)者對PPCPs微生物降解的中間體進(jìn)行了研究，Dodgen等[23]對土壤中4種PPCP/EDCs礦化、可萃取殘渣、結(jié)合殘渣和轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的形成分析表明，112天后母體化合物的半衰期僅為1.4～5.4天，萘普生和雙氯芬酸大部分礦化為CO2，而雙酚A和壬基酚大部分轉(zhuǎn)化為結(jié)合殘渣態(tài)，并發(fā)現(xiàn)雙酚A和雙氯芬酸的多種轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。

土壤中PPCPs微生物降解效率還受溫度和pH等因素的影響[88]，已有研究表明，PPCPs的微生物降解效率受溫度的影響較大，在低溫下降解效率較低[89]；Castiglioni等[90]研究表明，阿莫西林、阿替洛爾、苯扎貝特、卡托普利、呋喃苯胺酸、布洛芬在冬季的去除率較夏季普遍較低，分別為75%和100%、10%和55%、15%和87%、18%和100%、8%和54%、38%和93%；Hai等[91]通過在實驗室模擬膜生物反應(yīng)器（MBR）去除持久性鹵代有機污染物（PhCs）的研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)疏水性化合物（雌激素酮、炔雌醇、雌二醇和三氯生）可在10～35℃下有效去除，而在45℃時微生物降解作用被削弱。在不同的pH條件下，PPCPs的物理、化學(xué)和生物性質(zhì)（吸附性、光反應(yīng)性、抗菌活性和毒性）會發(fā)生相應(yīng)的變化[92-93]；Tadkaew等[94]針對混合溶液pH對浸入式MBR系統(tǒng)去除痕量有機物的影響研究表明，可電離化合物（磺胺甲唑、雙氯芬酸、布洛芬和酮洛芬）在pH為5時主要以疏水形式存在，容易被吸附到活性污泥上，與反應(yīng)器中酸性較弱的條件相比去除效率更高，這一發(fā)現(xiàn)與Kagawa等[95]結(jié)論一致。

植物根系在土壤-作物系統(tǒng)PPCPs微生物降解過程中具有重要作用。研究表明，植物根系不僅能分泌一些營養(yǎng)物質(zhì)，如糖類、醇、蛋白質(zhì)等供微生物生存，還能分泌一些特殊的化學(xué)物質(zhì)，如有機酸等，通過改變土壤的pH促使污染物的分解。植物根際土壤是降解土壤污染物的微生物活躍區(qū)，周際海等[82]研究發(fā)現(xiàn)，植物根際土壤比非根際土壤中微生物活性、數(shù)量和種類一般可提高10～100倍，其中假單孢菌屬、黃桿菌屬、產(chǎn)堿菌屬和土壤桿菌屬的根際效應(yīng)明顯。Wang等[96]通過對植物-微生物聯(lián)合修復(fù)二英污染土壤的研究發(fā)現(xiàn)，三葉草根際分泌物增加了降解菌（叢毛單胞菌KD7）數(shù)量并活化了降解菌，導(dǎo)致土壤中的二英含量顯著減少[97]。

3 PPCPs在土壤-作物系統(tǒng)的遷移累積行為特征

3.1 PPCPs在土壤中的遷移累積特征

雖然PPCPs在土壤系統(tǒng)中的殘留量普遍較低，且半衰期較短，但污水、再生水灌溉、糞便施用和污水處理廠污泥回用等方式將PPCPs持續(xù)輸入土壤系統(tǒng)，導(dǎo)致其在土壤中的含量呈逐漸上升的趨勢[98]。由于PPCPs種類繁多，且其包含的不同類別化合物具有不同的理化性質(zhì)，加之土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)不同和PPCPs輸入土壤總量的顯著差異性，使其在土壤中的遷移規(guī)律和累積效應(yīng)不同，但其在土壤中的檢出濃度多在微克級（表2）。

表2 常見PPCPs在土壤中的累積狀況

針對不同種類PPCPs在土壤中的遷移累積規(guī)律，Williams等[103]通過對卡馬西平、林可霉素、布洛芬和咖啡因在同一土壤中累積規(guī)律的研究表明，布洛芬的濃度均低于檢測限；林可霉素沒有逐年凈積累，但0～5cm土層的濃度明顯高于10cm處的濃度；咖啡因表現(xiàn)為凈積累，在0～5cm土層濃度較高；卡馬西平在0～5cm土層濃度較低，說明卡馬西平在土壤表層具有潛在的降解作用和明顯的逐年積累趨勢。Xu等[100]和Chen等[18]研究表明，再生水灌溉條件下布洛芬、萘普生、三氯生、雙酚A、氯丙酸和雌酮等PPCPs主要積聚在0～30cm表層土壤。Fang等[104]研究表明，調(diào)節(jié)血脂的藥物吉非羅齊可通過土壤進(jìn)入地下水含水層，表明其在土壤中不易被吸附。

針對不同土壤類型對PPCPs遷移累積規(guī)律的影響，Estevez等[105]研究表明，布洛芬的吸附不僅與土壤性質(zhì)有關(guān)，而且與安齊特性（andic properties）、吸附劑濃度和溶解性有機碳有關(guān)，安齊特性、吸附劑濃度和溶解性有機碳含量越高，分布系數(shù)（Kd）和最大吸附容量（Smax）值越低；Fang等[104]研究表明，粉砂壤土對吉非羅齊的吸附能力最強，其次是砂壤土和砂土，且土壤有機碳可增強吉非羅齊的吸附性；黃德亮等[17]對某清水灌區(qū)、再生水灌區(qū)以及濕地這3種類型不同深度土壤常規(guī)指標(biāo)和15種PPCPs的檢測結(jié)果表明，PPCPs溶解性越差，被土壤中有機物吸附越容易，且土壤中PPCPs檢出率和檢出濃度與灌溉水源PPCPs初始濃度、土壤理化性質(zhì)等有關(guān)。

3.2 PPCPs在作物中的遷移累積特征

國內(nèi)外針對作物對PPCPs的吸收累積機理及作用機制開展了較多的研究。已有研究表明，作物可以通過根部從土壤中吸收PPCPs[106]，并將它們輸送到維管組織；作物根系由外到內(nèi)可大致分為表皮、皮層、內(nèi)胚層、角質(zhì)層（由細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、液泡和細(xì)胞核組成）、韌皮部和木質(zhì)部，PPCPs進(jìn)入作物細(xì)胞主要有變異體（沿著細(xì)胞壁在細(xì)胞間移動）、共生體（通過胞間連絲穿過細(xì)胞）、跨膜（通過細(xì)胞膜穿過細(xì)胞）這3種途徑[73]，其中穿過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞的能力決定了遷移的途徑；生長根尖和根毛的表皮可以通過小的溶質(zhì)，而根的成熟區(qū)域由于增加了外層，可在一定程度上減少溶質(zhì)的通過；PPCPs穿過皮質(zhì)后可進(jìn)入作物維管組織，通過木質(zhì)部或韌皮部被運送到地面組織，并在作物體內(nèi)累積，進(jìn)而可通過食物鏈逐級增加，最終危害人體健康。

PPCPs的理化性質(zhì)（如電離、水溶性、疏水性等）對作物對其的吸收轉(zhuǎn)運可產(chǎn)生重要影響[107-111]。黃文[112]的研究表明，酸性PPCPs可分解形成未解離的酸，并釋放陰離子，由于作物細(xì)胞膜上的負(fù)電勢排斥帶負(fù)電荷的陰離子，因此作物很難吸收陰離子分子；堿性PPCPs可游離形成中性和陽離子分子；中性分子一般情況下較帶電荷的離子通過細(xì)胞生物膜的速度更快，因此分子的解離作用可使作物根系對其生物積累降低。Al-Farsi等[75]研究表明，當(dāng)生長介質(zhì)中的中性分子由PPCPs的弱堿基轉(zhuǎn)移而來時，而疏水性是中性化學(xué)物質(zhì)最重要的性質(zhì)之一，可間接表征化學(xué)物質(zhì)被作物從土壤介質(zhì)吸收的能力，因此PPCPs的根系積累與疏水吸附有關(guān)。陳玉成[113]的研究也證實了上述結(jié)論。

不同作物對PPCPs的吸收累積量不同，且作物細(xì)胞質(zhì)膜的組成在物種和組織之間存在著生物變異，可導(dǎo)致PPCPs通過脂質(zhì)膜時產(chǎn)生數(shù)量級的差異[15,21,114]。Bax[115]研究表明，PPCPs在作物根系中的累積效應(yīng)明顯，并可向莖、葉等其他部位遷移；作物的生長速率、蒸騰速率、脂質(zhì)含量、代謝系統(tǒng)、解毒作用等也可影響作物對PPCPs的轉(zhuǎn)運狀況[116]。

此外，PPCPs在作物中的遷移累積行為還受土壤中PPCPs的暴露時間、化學(xué)濃度以及土壤的性質(zhì)、濕度、溫度等因素的影響[117-118]。已有文獻(xiàn)研究結(jié)果表明，相比于未施加活性污泥的土壤，種植在施加活性污泥土壤中的作物中未檢出PPCPs，表明活性污泥的施用降低了作物對PPCPs的接觸風(fēng)險；然而，典型PPCPs在水培栽培作物中的累積量比土壤栽培要大（表3）。

表3 常見PPCPs在作物中的累積狀況

4 結(jié)語與展望

PPCPs作為新興污染物，其在環(huán)境中的行為特征已受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，但目前對PPCPs在環(huán)境中降解行為、遷移累積行為的研究多數(shù)局限于實驗室模擬，且多針對水、土壤、作物等單一環(huán)境。針對PPCPs在土壤中遷移累積行為的研究，主要集中在不同種類PPCPs和不同土壤類型對PPCPs遷移累積的影響，而對PPCPs進(jìn)入土壤系統(tǒng)的不同方式所造成的PPCPs遷移累積規(guī)律的差異性、PPCPs的代謝物以及降解或螯合產(chǎn)物的生態(tài)風(fēng)險等研究較少。針對PPCPs在作物中遷移累積行為的研究主要包含極少數(shù)種類PPCPs，作物類型也主要為蔬菜作物，而針對糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物等研究較少；且PPCPs在作物不同器官遷移累積規(guī)律的研究多數(shù)為水培試驗，對PPCPs及其代謝產(chǎn)物在土壤-作物系統(tǒng)中遷移累積規(guī)律的研究較少。

生活污水及污水處理廠是環(huán)境PPCPs的重要中間來源，傳統(tǒng)的污水處理廠沒有針對PPCPs特設(shè)的處理工藝，PPCPs在污水處理環(huán)節(jié)也難以完全降解或去除，最終將通過再生水灌溉、污泥回用等方式進(jìn)入土壤系統(tǒng)。隨著PPCPs使用量及排泄量持續(xù)增加，不僅導(dǎo)致PPCPs在污水處理廠進(jìn)出水中的檢出量呈上升趨勢，而且其通過不合理的農(nóng)田灌溉等方式進(jìn)入土壤系統(tǒng)后將對土壤環(huán)境、作物品質(zhì)乃至人體健康產(chǎn)生一系列的安全風(fēng)險。因此，開展PPCPs在土壤-作物系統(tǒng)的環(huán)境效應(yīng)及行為特征研究，對于消除PPCPs的環(huán)境風(fēng)險，以及科學(xué)合理利用再生水灌溉、防控再生水灌溉的環(huán)境風(fēng)險等，均具有重要的科學(xué)意義，今后應(yīng)重點加強以下方面的研究。

（1）針對不同類別PPCPs的環(huán)境行為特征，開展不同類別、不同濃度PPCPs在土壤-作物系統(tǒng)中遷移累積規(guī)律差異性的研究，重點從理論上闡明不同性質(zhì)PPCPs在作物、土壤中有效性的差異及其機理。

（2）針對PPCPs在環(huán)境中的累積效應(yīng)及累積風(fēng)險，開展PPCPs在土壤-作物系統(tǒng)富集、轉(zhuǎn)運特征的研究，重點探明PPCPs與土壤微環(huán)境以及不同作物根系分泌物的互作機制。

（3）針對不同灌溉方式及灌溉制度對PPCPs的調(diào)控，開展不同灌溉方式對PPCPs在土壤-作物系統(tǒng)遷移累積影響的研究，重點從理論上闡明灌溉方式及灌溉制度等對PPCPs遷移轉(zhuǎn)化的調(diào)控機制。

（4）針對PPCPs降解過程中的中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物及其環(huán)境行為與風(fēng)險，開展PPCPs在土壤-作物系統(tǒng)中降解機理及毒理變化的研究，旨在為PPCPs環(huán)境與生物毒性評價及其調(diào)控、生態(tài)風(fēng)險評價等提供理論依據(jù)。