《Journal of Hazardous Materials》：Influence of root morphology and salinity on PFAS uptake by ten Australian wetland plant species
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本研究评估了十种澳大利亚本土湿地大型植物在加标PFAS的雨水中对全氟和多氟烷基物质（PFAS）的吸收性能。实验在低盐度（200 mg/L）和高盐度（1,000 mg/L）条件下进行，为期28天，每种PFAS的暴露浓度为30 μg/L。研究发现，具有细密分支根系
本研究评估了十种澳大利亚本土湿地大型植物在加标PFAS的雨水中对全氟和多氟烷基物质（PFAS）的吸收性能。实验在低盐度（200 mg/L）和高盐度（1,000 mg/L）条件下进行，为期28天，每种PFAS的暴露浓度为30 μg/L。研究发现，具有细密分支根系（fine branched root systems）的物种，如细秆荸荠（Eleocharis acuta，EA）和沼生水葱（Schoenoplectus validus，SV），表现出最高的PFAS吸收能力，其根系浓度因子（RCF）最高可达2,300 L/kg。根系形态参数，包括根长、表面积和根尖数量，与PFAS生物累积呈显著正相关，而根系平均直径与PFAS吸收呈负相关。盐度处理显著抑制了短链PFAS（如全氟戊酸PFPeA和全氟丁烷磺酸PFBS）的吸收和向地上部的转运，但长链PFAS（如全氟辛烷磺酸PFOS和全氟辛酸PFOA）的吸收在高盐度下保持相对稳定。根系蛋白质含量与PFAS生物累积呈正相关，而根系脂质含量与PFAS吸收无显著相关性。研究表明，根系形态是PFAS吸收的关键决定因素，物种特异性选择对于优化人工浮岛湿地（CFWs）中PFAS的去除效率至关重要。
论文解读
一、研究背景与问题
全氟和多氟烷基物质（PFAS）因其独特的理化性质，如耐油、耐水、耐污渍及化学和热稳定性，自20世纪50年代以来被广泛应用于各类工业生产和商业产品中。然而，正是这些特性导致了PFAS在环境中的广泛存在和持久性污染。大量研究已指出PFAS在环境中存在潜在的健康风险，因此开发有效的PFAS去除技术成为环境治理的迫切需求。
水体是PFAS迁移的关键环境介质，水作为PFAS迁移的载体，促进了PFAS在食物链中的传递、水生生物体内的生物富集以及系统性吸收。目前已开发的水体PFAS修复技术包括吸附剂（如活性炭）、离子交换树脂和膜过滤等，但这些方法在处理大量低浓度PFAS污染水体（如地表径流）时，往往面临成本高昂、效率不稳定等限制。
植物修复技术，特别是人工浮岛湿地（CFWs），被报道为一种有前景的PFAS水体修复方案。CFWs由漂浮结构和水培植物组成，具有从水体中吸收/吸附污染物的潜力。然而，CFW用于地表水和雨水中PFAS衰减的研究仍处于起步阶段。植物选择是CFW应用中的关键环节，需要深入了解植物的PFAS吸收能力以及环境条件对吸收效率的影响。
目前存在的主要知识缺口包括：关于植物在环境相关条件下的性能表现研究有限；大多数植物-PFAS吸收研究依赖于合成营养液，对自然水体和雨水系统的适用性存疑；哪些植物形态和生理特征最能促进PFAS吸收尚未达成共识；植物特征与环境因素（如盐度）如何相互作用影响PFAS吸收和转运的数据缺乏。
基于上述背景，本研究旨在评估十种澳大利亚本土湿地大型植物应用于CFWs处理受PFAS影响地表水的适宜性，并探究根系形态、生理特征及盐度对PFAS吸收和转运的影响。
二、研究内容与主要技术方法
研究人员从南澳大利亚阿德莱德的一个雨水排水渠采集了约250升受PFAS影响的雨水作为实验介质。选取了十种南澳大利亚本土湿地植物物种，包括禾本科的Poa labillardieri（PL）、Themeda triandra（TT）和Phragmites australis（PA），莎草科的Bolboschoenus caldwellii（BC）、Carex fascicularis（CF）、Cyperus gymnocaulos（CG）、Eleocharis acuta（EA）、Isolepis inundata（II）和Schoenoplectus validus（SV），以及灯心草科的Juncus krausii（JK）。植物在Hoagland溶液（1:6比例）中驯化两周后，分别暴露于短链PFAS（PFBS和PFPeA）和长链PFAS（PFOA、PFHxS和PFOS）加标的雨水中，每种化合物初始暴露浓度为30 μg/L，暴露时间为28天。盐度处理通过反渗透地下水脱盐装置的浓盐水将雨水盐度提高至约1,000 mg/L。
研究采用的主要技术方法包括：使用WinRHIZO?光学分析软件对植物根系形态进行定量表征，量化参数包括根长、投影面积、表面积、平均直径、体积、根尖数、分叉数和交叉数；采用凯氏定氮法（Kjeldahl method）测定根和地上部的粗蛋白含量；采用改良的Bligh和Dyer方案定量根和地上部的脂质含量；采用高效液相色谱-三重四极杆质谱联用（HPLC-MS/MS）对水样和植物组织中的目标PFAS进行定量分析。
三、研究结果
3.1 植物PFAS吸收与物种差异
研究发现，十种湿地植物对PFAS的吸收存在显著物种差异。具有细密分支根系的物种，如Eleocharis acuta（EA）和Schoenoplectus validus（SV），表现出最高的PFAS吸收能力，其根系浓度因子（RCF）最高可达2,300 L/kg。不同物种间PFAS吸收能力的差异表明物种特异性选择对于优化CFW系统的PFAS去除效率至关重要。
3.2 根系形态与PFAS吸收的关系
根系形态参数与PFAS生物累积之间存在显著相关性。根长、根系表面积和根尖数量与PFAS生物累积呈显著正相关，而根系平均直径与PFAS吸收呈负相关。这一结果表明，具有发达、细根系统和高根系表面积的物种可能特别适合用于PFAS植物提取。
3.3 盐度对PFAS吸收的影响
盐度处理对PFAS吸收的影响呈现化合物特异性。高盐度显著抑制了短链PFAS（如PFPeA和PFBS）的吸收和向地上部的转运，但长链PFAS（如PFOS和PFOA）的吸收在高盐度条件下保持相对稳定。这一发现表明盐度对PFAS吸收的影响取决于PFAS的碳链长度和化学结构。
3.4 蛋白质和脂质含量与PFAS吸收的关系
根系蛋白质含量与PFAS生物累积呈正相关，而根系脂质含量与PFAS吸收之间未发现显著相关性。这一结果支持了蛋白质在PFAS植物吸收中的潜在作用，但未证实脂质含量对PFAS吸收的贡献。
四、讨论与结论
本研究系统评估了十种澳大利亚本土湿地植物对PFAS的吸收性能，揭示了根系形态在PFAS吸收中的关键作用。细密分支根系与优异的PFAS吸收能力相关联，为CFW系统中植物选择提供了重要依据。盐度对PFAS吸收的影响呈现化合物特异性，短链PFAS在高盐度下吸收和转运受到抑制，而长链PFAS保持相对稳定，这一发现对于在盐碱化水体中应用CFW技术具有实际指导意义。
研究结果表明，物种特异性选择对于优化CFW系统中PFAS的去除效率至关重要。具有细根、高表面积根系的物种，如Eleocharis acuta和Schoenoplectus validus，是CFW系统中PFAS植物修复的优选物种。该研究填补了植物特征与环境因素相互作用对PFAS吸收影响的认知空白，为PFAS污染水体的植物修复技术提供了科学依据和实践指导。论文发表在《Journal of Hazardous Materials》。
