还原氧化石墨烯调控土壤-萝卜系统中14C-三氯生的生物累积、持久性及代谢转化的机制研究

本研究针对纳米材料与有机污染物共存的农业生态风险问题，通过14C标记示踪与高分辨质谱技术，揭示了还原氧化石墨烯（RGO）在50–500 mg kg–1浓度下可降低三氯生（TCS）在萝卜中的累积（降幅13.5–75.2%），延长土壤中TCS半衰期9.3%，并改变其代谢路径。成果为评估纳米材料-污染物协同效应提供了关键数据，对保障农产品安全具有重要指导意义。

　　

在新冠疫情推动消毒剂广泛使用的背景下，三氯生（TCS）作为典型抗菌剂已通过污水灌溉和污泥施肥在土壤中大量蓄积，其通过作物进入食物链的风险引发高度关注。与此同时，碳纳米材料（CNMs）尤其是还原氧化石墨烯（RGO）在环境中的释放量激增，但其与TCS等污染物的相互作用机制尚不明确。这种知识空白使得农业系统中"纳米材料-污染物"复合风险难以评估，可能对根茎类作物安全构成潜在威胁。

针对这一科学问题，浙江大学环境与资源学院的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表研究，创新性地采用¹⁴C放射性标记结合高分辨质谱技术，系统解析了RGO对TCS在土壤-萝卜系统中环境行为的调控作用。研究通过LC-QTOF-MS和GC-MS分析代谢产物，结合放射性示踪定量技术，首次揭示了RGO对污染物"减量吸收-延缓降解"的双重效应。

关键技术方法

研究建立土壤-萝卜（Raphanus sativus L.）暴露体系，设置0–500 mg kg^–1 RGO梯度浓度，利用¹⁴C-TCS示踪技术定量污染物分布；采用加速溶剂萃取（ASE）分离土壤中可提取态与结合态残留；通过高分辨质谱（LC-QTOF-MS/GC-MS）鉴定代谢产物；使用液体闪烁计数仪（LSC）测定放射性活度。

主要研究结果

1. RGO对萝卜生长的影响

   地下生物量数据表明，RGO处理组（8.80 ± 0.34 g）与对照组（8.56 ± 0.40 g）无显著差异（p > 0.05），证实实验浓度下RGO无植物毒性。

2. TCS生物累积抑制效应

   500 mg kg^–1 RGO使萝卜可食用部位TCS含量降低11.0%，全株累积量降幅达75.2%。吸附实验显示RGO通过π-π作用和疏水作用力降低TCS生物有效性。

3. 土壤残留动态变化

   RGO使TCS半衰期延长9.3%，结合态残留增加27.1%。甲基三氯生（主要代谢物）含量显著下降，表明RGO改变了TCS降解途径。

4. 代谢谱重编程

   在萝卜中鉴定出硫酸酯-葡萄糖苷TCS、硫酸酯TCS和脱氯TCS三种新型代谢物，其丰度受RGO剂量依赖性调控。

结论与意义

该研究首次阐明RGO通过"吸附锁定"机制降低TCS植物吸收，同时通过抑制微生物转化延长其环境持久性。这种双重作用揭示了纳米材料可能通过改变污染物赋存形态影响其环境归趋，为农业纳米污染物的风险管控提供了理论依据。研究发现萝卜代谢产物谱的变化，提示需要关注纳米材料诱导的污染物转化产物可能带来的新型健康风险。成果对制定纳米材料在农业应用中的安全阈值具有重要参考价值。