颗粒活性炭可降低全氟和多氟烷基物质（PFAS）的生物可利用性，并保护土壤中蚁群的生长

《Journal of Hazardous Materials Letters》：Granular Activated Carbon Reduces PFAS Bioavailability and Protects Ant Colony Growth in Soil

PFAS污染土壤中添加活性炭（GAC）可显著降低PFAS生物可利用性，改善热带火蚁生存及群体生长，并减少对高营养级生物的生态风险。

　　PFAS，即全氟和多氟烷基物质，是一类广泛应用于工业和消费品中的合成化学物质。它们因其化学稳定性而具有持久性，能够在环境中长期存在，对生态系统和人类健康构成潜在威胁。这类物质的持久性不仅意味着它们难以自然降解，还可能通过多种途径在环境中扩散，例如通过地下水渗漏或地表径流传播至周边区域。由于其广泛的应用和持续的环境影响，PFAS已成为全球关注的环境污染物之一。研究其在土壤中的行为，尤其是对土壤生态系统中关键生物的影响，对于评估和减轻其生态风险至关重要。

在土壤修复策略中，使用吸附剂（如粒状活性炭，GAC）是一种常见的方法，旨在降低PFAS的迁移性和生物可利用性。通过将GAC添加到受污染土壤中，可以有效限制PFAS的扩散，减少其对地下水和地表水的污染。然而，以往的研究多集中在植物和蚯蚓等土壤生物上，对于干旱和半干旱环境中更为关键的生物，如蚂蚁，其对PFAS的生物可利用性尚缺乏系统研究。这一研究的背景在于，蚂蚁作为土壤生态系统中的重要组成部分，不仅在维持生态平衡方面发挥着作用，还可能成为污染物向更高营养级生物传递的媒介。

全球范围内，蚂蚁的种群数量估计达到20千兆，其生物量也相当可观，达到12兆吨干碳。这种庞大的种群数量使其成为土壤中污染物暴露的重要对象。在干旱和半干旱环境中，蚂蚁不仅数量众多，还因其活跃的挖掘行为和土壤物质循环功能，在土壤生态系统中扮演着关键角色。因此，研究它们对PFAS的暴露和积累情况，有助于更全面地理解这类污染物在生态系统中的传播路径和潜在影响。

本研究选取了热带火蚁（*Solenopsis geminata*）作为实验对象，评估了GAC对减少PFAS生物可利用性的影响。研究使用了两种受PFAS污染的土壤样本，分别添加了1%和5%（重量比）的GAC，并进行了为期5天和2个月的蚂蚁暴露实验。实验结果表明，GAC能够显著降低PFAS的可溶性浓度，其中5%的添加效果更为明显，达到了83–100%的PFAS可溶性减少。在未处理的土壤中，PFAS暴露对蚂蚁群体的生长产生了负面影响，特别是在砂质土壤中更为显著。而添加GAC后，这些影响被有效缓解，且蚂蚁体内PFAS的浓度降低了超过97%，与土壤中PFAS的可溶性减少结果相一致。

此外，研究还发现，在未处理土壤中检测到的非目标PFAS并未在GAC处理土壤中出现，这表明GAC在降低PFAS的迁移性和生物可利用性方面具有广泛的吸附能力。风险商数（Risk Quotient, RQ）的计算进一步支持了GAC在降低PFAS对哺乳动物和鸟类潜在危害方面的有效性。这些结果强调了土壤稳定化策略的重要性，特别是在那些由无脊椎动物主导的生态系统中，这种策略能够有效减少污染物对生态系统的扩散和影响。

在实验方法上，研究团队首先从受PFAS污染的土壤中采集样本，并通过稀释处理，使其PFAS浓度处于适合实验研究的范围。随后，这些土壤样本被添加GAC，并在特定的湿度条件下进行至少9周的培养。为了评估GAC对土壤中PFAS迁移性的影响，研究团队分别进行了两种类型的淋洗测试：一种是澳大利亚标准淋洗程序（ASLP），另一种是静态淋洗测试。这两种测试方法分别模拟了长期和短期的环境条件，以评估GAC在不同时间尺度下的性能表现。结果显示，GAC在减少PFAS淋洗方面表现出良好的效果，尤其是在25周后的测试中，其效果更为显著。

在评估蚂蚁的生物可利用性时，研究团队不仅关注了土壤中PFAS的浓度，还分析了蚂蚁体内PFAS的积累情况。实验发现，蚂蚁对PFAS的积累与土壤中PFAS的可溶性浓度密切相关，且在不同土壤类型中表现出差异。例如，在砂质土壤中，由于其较高的渗透性，蚂蚁更容易接触到污染物质，导致更高的PFAS积累。而在更粘重的土壤中，虽然PFAS的总浓度可能较高，但GAC的添加显著降低了其可溶性，从而减少了蚂蚁的暴露风险。

为了进一步验证GAC的效果，研究团队还进行了为期5天的短期暴露实验，以模拟实际环境中可能发生的快速污染事件。结果显示，即使在较短时间内，GAC仍然能够有效减少蚂蚁体内的PFAS浓度。这表明，GAC不仅在长期土壤修复中表现出色，还能够在应对突发污染事件时提供有效的防护。

研究还探讨了PFAS对蚂蚁群体的潜在影响。在未处理的土壤中，蚂蚁的生存率和群体数量明显下降，尤其是在PFAS浓度较高的土壤中。这可能是由于PFAS对蚂蚁的代谢过程产生了干扰，影响了其能量生产和生理功能。然而，添加GAC后，这些负面影响得到了显著缓解，蚂蚁的生存率和群体数量明显提升。这不仅表明了GAC在减少PFAS暴露方面的有效性，还暗示了其在保护土壤生态系统中的潜在价值。

此外，研究还指出，蚂蚁在生态系统中的作用不仅限于自身的生存，还可能通过其活动影响污染物的迁移和分布。例如，蚂蚁的挖掘行为可能促进污染物的扩散，而其作为食物来源，可能将PFAS传递给更高级的消费者，如鸟类、爬行动物和小型哺乳动物。因此，减少蚂蚁对PFAS的暴露，不仅有助于保护蚂蚁种群，还可能间接降低对整个生态系统的污染风险。

在生态风险评估方面，研究团队通过比较实验数据与澳大利亚和新西兰的PFAS国家环境管理计划（NEMP 3.0）中的指导值，发现未处理土壤中的PFAS浓度远高于这些指导值，表明存在显著的生态风险。而添加GAC后，蚂蚁体内的PFAS浓度大幅下降，使得风险商数显著降低，从而减少了对哺乳动物和鸟类的潜在危害。这些结果为制定更有效的土壤修复策略提供了科学依据，尤其是在干旱和半干旱环境中，这些区域的生态系统往往更为脆弱，对污染物的敏感性更高。

研究还强调了在评估土壤修复效果时，需要考虑多种因素，包括土壤的物理化学性质、污染物的种类和浓度、以及生物的暴露途径。例如，土壤的质地可能影响PFAS的迁移性，而生物的活动模式可能决定其接触污染物的机会。因此，未来的生态风险评估应更加全面，考虑这些变量对污染物传播和生物影响的综合效应。

总的来说，本研究不仅揭示了PFAS对蚂蚁种群的潜在危害，还验证了GAC作为一种有效的土壤稳定化策略在减少污染物生物可利用性方面的应用价值。这些发现对于指导干旱和半干旱地区的土壤修复实践具有重要意义，同时也为更广泛的生态风险评估提供了新的视角和方法。通过进一步的研究，可以更深入地理解PFAS在生态系统中的传播机制，并探索更有效的修复技术，以保护生态系统的健康和生物多样性。