中国北部湾钦江甾体激素的时空分布特征及风险评估研究:人类活动起重要作用

《Journal of Contaminant Hydrology》:Study on the spatiotemporal distribution characteristics and risk assessment of steroid hormones in Qinjiang River of Beibu Gulf, China: Human activities play a significant role

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月31日 来源:Journal of Contaminant Hydrology 5.5

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   摘要本研究设置了27个采样点,以研究钦江河流中典型类固醇激素的浓度水平、季节和空间分布特征,并评估其生态风险。在汛期和枯水期共检测到33种类固醇激素化合物,浓度范围分别为ND ~ 13.25 ng/L(α-E2)和ND ~ 4.9 ng/L(1,4-AE)。钦江河中类固醇激素

  

摘要

本研究设置了27个采样点,以研究钦江河流中典型类固醇激素的浓度水平、季节和空间分布特征,并评估其生态风险。在汛期和枯水期共检测到33种类固醇激素化合物,浓度范围分别为ND ~ 13.25 ng/L(α-E2)和ND ~ 4.9 ng/L(1,4-AE)。钦江河中类固醇激素总浓度总体呈现上游城市化程度较低区域高于下游城市化程度较高区域的趋势,即从上游向中游或下游浓度增加,至河口附近浓度降低。调查表明,钦江流域类固醇激素浓度的空间分布与沿岸人为活动、水产养殖及畜牧养殖的地理位置高度吻合,高污染区域位于这些活动的密集分布区内。生态风险评估表明,在汛期和枯水期,β-E2和17-MT在该地区某些点位的生态风险较高。E1、E2和E3可能导致较高的雌激素活性,应将其视为该河流的优先污染物。相关部门应加大对钦江流域环境的关注力度,加强环境管理,以进一步减轻类固醇激素带来的生态风险。

引言

类固醇激素在维持生命、调节代谢和性功能、促进身体发育、治疗皮肤病、调节免疫反应、维持水电解质平衡以及支持哺乳动物各发育阶段方面发挥着关键作用(Chen et al., 2022; Liu et al., 2015a, Liu et al., 2015b)。它们主要用于癌症治疗、避孕(Gunnarsson et al., 2019)、激素替代疗法(Kumar et al., 2015),以及过敏、哮喘和炎症性病症的管理(Xiang et al., 2024)。环境中类固醇激素的主要来源包括脊椎动物(包括人类)的自然排泄,以及人工合成激素药物的使用和排放。据估计,全球约70亿人口每年通过使用避孕药向环境中排放约30,000千克天然类固醇雌激素(雌酮(E1)、雌二醇(E2)和雌三醇(E3))和700千克合成雌激素(17α-乙炔雌二醇(EE2))(Adeel et al., 2017)。进入水环境的类固醇激素在液相、沉积物和生物体中均匀分布、吸附、迁移和降解,最终在沉积物和生物组织中富集(Li et al., 2016; Mi et al., 2014)。然而,当环境参数(如pH值、氧化还原电位等)发生变化时,沉积物中的吸附污染物可能发生解吸/溶解,重新进入水体并造成二次污染(Li et al., 2016; Mi et al., 2014)。即使在痕量环境暴露下,类固醇激素也会对生态系统和生物体造成显著不利影响(Liu et al., 2015a, Liu et al., 2015b)。它们主要影响人类和哺乳动物的生殖能力,可能导致内分泌紊乱、生殖组织损伤、雌雄同体畸形和生殖系统退化等多维度生殖系统功能障碍(Adeel et al., 2017; Wang, 2015)。
类固醇激素在地表水中的发生特征已引起广泛关注。现有研究表明,其种类组成和浓度水平存在显著的区域差异。在北美(Velicu and Suri, 2009)、欧洲(Ammann et al., 2014)和东亚(Tolgyesi et al., 2010)的地表水中,常检测到多种孕激素和糖皮质激素,浓度通常为数纳克/升的痕量水平。中国地表水中的残留浓度据报道与国际上大致相当(Chang et al., 2011; Chang et al., 2009);然而,在北京和珠江三角洲等高度城市化地区(Chang et al., 2009)(Gong et al. 2019),检测到的浓度往往更高,其中包括可的松和氢化可的松在内的糖皮质激素浓度可达数十纳克/升。文献综述进一步表明,类固醇激素在水环境中呈现低剂量、多组分共存的特征。其分布主要受人为活动强度、受纳水体条件、用药剂量和废水排放等因素的影响,而非仅仅受地理或气候条件的影响。
钦江河属于北部湾水系,全长179公里。它发源于灵山县的灵东水库,流经整个灵山县,最终在钦州市尖山镇入海。该流域接受农业种植、大规模畜牧养殖和城市生活污水的综合输入,是研究陆源类固醇激素向海洋输送的代表性受纳水体。尤其值得注意的是,目前作为新西部陆海走廊重点项目的平陆运河正在密集建设。平陆运河跨越平塘江、钦江河支流和小西江流域,连接西江航运干线与北部湾海域,沿钦江河经灵山县陆屋镇进入北部湾。然而,目前尚无研究系统调查钦江流域类固醇激素的浓度水平、空间分布特征和生态风险。本研究覆盖了从河口至灵东水库约126公里的流域范围,在汛期和枯水期均进行了实地调查和采样。通过系统对比两个水文期激素分布的差异,本研究阐明了此类污染物在流域内的时空变化规律。研究结果将为平陆运河建成通航后的时期提供重要的基线数据,并为未来评估航运活动、水文情势变化等因素对类固醇激素分布潜在影响的评估提供重要的技术参考和数据支持。

各部分概述

样品采集

在钦江流域共布设27个采样点,如图1和表S1所示。根据沿岸代表性污染源,采样点布置如下:灵东水库(0)、水产养殖区(1–2)、灵山县竹福万家生态养殖核心示范区(3)、灵山县陆新污水处理厂(4)、灵山污水处理厂入河排放口(5)、灵山县中心(6)、陆屋

类固醇激素检出率及季节变化

如图2和表S4所示,目标化合物(TAC、E、ET、BOL、NTD和P)在所有样品中均未检测到。汛期和枯水期分别检测到21种和25种类固醇激素,检出频率(DF)范围分别为3.7%至70.3%和3.7%至88.9%。
在汛期,雄激素检出的种类最多(8种化合物),而糖皮质激素、雌激素和孕激素各检出4种化合物。β-E2

类固醇的生态风险评估

如图5所示,各类固醇激素的风险商(RQ)(表S7)在汛期为ND至8.8,在枯水期为ND至6.6。这些值对应四个风险等级:无风险、低风险、中风险和高风险。E1在两个水文期内均呈现低至中等风险。汛期第22、16和17点的β-E2(图中E2代表β-E2)风险商(RQ)值超过1,枯水期第17点

结论

本研究调查了钦江河中33种类固醇的发生情况、空间分布和生态风险。E3、β-E2、α-E2和1,4-AE在汛期和枯水期均具有较高的检出率,表明它们在水体中广泛存在。根据生态评估结果,在两个水文期的某些点位,E1处于中等风险状态,而β-E2和17-MT处于高风险状态。基于内分泌干扰效应的分析表明,

CRediT作者贡献声明

秦芳:调查、数据整理、形式分析、撰写——初稿。任超星:概念构思、资金获取、调查、指导、撰写——审阅与编辑。杨爽:数据整理、形式分析、调查。

未引用参考文献

Lagler and Wright, 1962
Oncu et al., 2024
L.V.S.C, 2016
Yüksel et al., 2023

利益冲突声明

作者声明不存在已知可能影响本论文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
我们声明不存在任何商业性或关联性利益冲突,与所提交的工作相关。

致谢

本研究由广西重点研发计划(GuiKeFN2600640147)和广西自然科学基金(2023GXNSFBA026253)资助。
秦芳|任超星|杨爽
广西海洋环境监测中心,中国北海536000
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