被动采样器能否替代生物体用于再悬浮污染沉积物的风险评估？

《Journal of Hazardous Materials Advances》：Can Passive Samplers Replace Biota in Risk Assessment of Resuspended Contaminated Sediments?

　　

摘要专业翻译 被动采样器（PS）对多环芳烃（PAHs）的吸收与藻类中的生物累积呈线性关系。将浊度纳入考量可改善PAH生物累积和毒性的预测。化学活性可实现跨基质比较，从而简化混合物风险评估。

论文解读文章

研究背景与问题

受污染沉积物是一个普遍存在的环境问题。在波罗的海，疏水性有机化合物（HOCs，包括多环芳烃（PAHs））长期输入，因其对沉积物有机质具有高亲和力，导致其在沉积物中积累至令人担忧的水平。除了初级排放外，受污染沉积物还通过颗粒再悬浮进入水柱或从沉积物孔隙水中扩散，成为污染物的次生来源。一旦进入水柱，自由溶解态的HOCs即可被生物摄取，可能造成不良生物效应。此外，即使单个化学品低于其效应阈值，HOC混合物也可能因麻醉作用等机制引起这些效应。

监测水生生物体内的HOC生物累积和生物效应颇具挑战，因为物种和栖息地间的环境变异性会影响生物可利用的HOC组分和生物累积，并使风险评估复杂化。被动采样器（PS）已成为评估对应C_free（自由溶解浓度）的生物可利用组分的宝贵工具。已有若干研究探讨了生物体内HOC生物累积与PS吸收之间的关系。例如，硅胶PS在活体评估中显示，其累积的浓度与褐鳟Salmo trutta中脂质归一化的生物累积相似。PS与生物体之间的剩余差异主要源于代谢以及通过饮食和营养转移的吸收，而PS无法捕捉这些过程。对于大多数HOC，PS能很好地近似C_free，从而作为内部剂量的可靠代理。它们的适用性取决于目的：非常适合暴露评估，而在毒性预测中的应用则假设效应由C_free驱动。在这些限度内，PS为生物体采样提供了一种稳健且非破坏性的替代方案。

沉积物再悬浮会增强底层水中污染物的释放和生物有效性。沉积物性质，尤其是有机碳化学性质，影响污染物吸附，进而也影响污染物从沉积物中的释放，这凸显了使用PS进行污染物风险评估的潜力。由于悬浮颗粒物可促进沉积物结合污染物的解吸和迁移，研究人员假设升高的浊度可以调节污染物在水、PS和生物体之间的分配，可能破坏支撑PS用于风险评估的不同相之间的平衡条件。因此，需要将浊度作为一个受控的实验因素进行评估，以测试在代表沉积物再悬浮事件的瞬态、富含颗粒的条件下，基于PS的暴露估计的稳健性。

化学活性是一个通用的热力学概念，为评估化学混合物的迁移性和风险提供了另一种方法。基线毒性与中性有机化学品的化学活性直接相关，假设所有物质都通过相同的作用模式——麻醉作用——起作用，因此毒性-剂量关系独立于化学混合物的组成。本研究旨在探究在沉积物再悬浮条件下，PS是否能反映生物体中的污染物吸收和毒性。

研究方法

研究人员采用聚碳酸酯管实验装置，内含人工沉积物、磁力搅拌器、咸淡水、红藻Ceramium tenuicorne和聚乙烯被动采样器（PS）。设置了两种处理：未加标沉积物（对照组；n=6）和PAH加标沉积物（n=12）。在为期7天的实验中，通过改变搅拌速度产生浊度梯度（0.5–4.5 NTU）。实验结束时，收集沉积物、PS和C. tenuicorne以定量污染物浓度并测量藻类的光合效率。

主要关键技术方法：

1. 1.
   被动采样器（PS）制备与暴露：使用聚乙烯（PE）PS片材，经溶剂清洗后悬挂于水柱中，暴露7天后提取并定量PAHs。
2. 2.
   生物累积测定：使用加速溶剂萃取（ASE）技术从干燥的C. tenuicorne藻体中提取PAHs，并以每质量脂质的污染物质量计算浓度。
3. 3.
   毒性终点测量：通过脉冲振幅调制（PAM）荧光法测量有效量子产量Y(II)，以此评估光合抑制百分比，作为毒性终点。
4. 4.
   化学活性计算：基于PS测得的C_free（自由溶解浓度）和物质的过冷液体溶解度（S_L）计算化学活性。

研究结果

PS吸收与藻类生物累积的关系

研究发现，PS对PAHs的吸收与C. tenuicorne中的脂质归一化生物累积呈显著线性相关。这表明PS能够可靠地反映藻类对PAHs的暴露水平，尤其是在平衡状态下。

浊度的影响

浊度是影响PAH分配和生物累积的关键因素。将浊度纳入回归模型显著改善了PS吸收与藻类生物累积之间的预测关系。在较高浊度下，观察到PS和藻类对PAHs的吸收均有所增加，表明再悬浮事件增强了污染物的生物有效性。

PS吸收与毒性的关系

PS吸收的PAHs总量与藻类的光合抑制程度呈正相关。这意味着PS不仅能预测暴露，还能在一定程度上预测生物学效应。

化学活性作为毒性预测指标

PS衍生的总化学活性与光合抑制率之间存在良好的相关性。化学活性这一无量纲参数能够整合不同PAHs的贡献，提供一个统一的指标来预测混合物的基线毒性。这验证了化学活性在简化混合物风险评估中的实用性。

讨论与结论

讨论部分强调了被动采样器（PS）在动态环境（如沉积物再悬浮事件）中应用的潜力和局限性。研究表明，尽管再悬浮引起的浊度变化会扰动体系，但PS吸收与生物累积之间的线性关系依然保持，这支持了PS作为生物体替代品的可行性。将浊度作为协变量纳入模型，可以进一步提高预测精度。

研究得出的主要结论如下：

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  被动采样器（PS）对PAHs的吸收与藻类C. tenuicorne中的生物累积呈线性相关，表明PS可作为生物暴露的良好代理。
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  沉积物再悬浮导致的浊度升高会增加PAHs的生物有效性，从而增强PS和藻类对PAHs的吸收。将浊度纳入预测模型可改善对生物累积和毒性的评估。
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  基于PS测量的化学活性能够有效预测藻类的光合抑制效应，为利用化学活性进行混合物风险评估提供了实验证据。
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  总体而言，在考虑环境动态因素（如浊度）的前提下，被动采样器能够在再悬浮污染沉积物的风险评估中发挥重要作用，甚至在某些情况下可替代传统的生物体采样。