典型小流域向湖泊的PFASs季节输移特征：来自水、悬浮颗粒物（SPM）、沉积物和孔隙水的证据

《Environmental Pollution》：Seasonal transport characteristics of PFASs from a typical small catchment to a lake: Evidence from water, SPM, sediment, and porewater

　　

摘要：

直接与湖泊相连的小型集水流域是全氟和多氟烷基物质（PFASs）的重要输运通道，但其季节性输运过程仍缺乏深入了解。本研究调查了中国东部通龙河（TLR）在旱季和雨季期间地表水、悬浮颗粒物（SPM）、沉积物和孔隙水中19种PFASs的发生和分布情况。地表水中PFASs总浓度的中位数从旱季的2,800 ng/L下降至雨季的790 ng/L，而孔隙水浓度始终远高于地表水，旱季和雨季分别范围为52,000至5,700,000 ng/L和3,200至390,000 ng/L。全氟辛酸（PFOA）是旱季四种介质中的主要化合物之一。雨季期间，全氟烷基羧酸（PFCAs）在地表水中日益突出，占总PFASs的90%，而旱季仅占52%。旱季PFASs浓度表现出更明显的上游富集特征，而雨季径流促进了稀释和重新分配，从而削弱了纵向梯度。相比之下，孔隙水始终保持着相对稳定的上游富集模式。偏最小二乘路径模型揭示了不同季节间相分配相对控制因素的转换，拟合优度值为0.36至0.60。地表水的正矩阵因子分析识别出旱季3个因子和雨季5个因子，与降雨径流条件下更多样化的水体输入一致。这些发现突显了在水、SPM、沉积物和孔隙水中进行季节性综合分析对于阐明小型集水-湖泊系统中PFASs输运和保留过程的价值。

引言

全氟和多氟烷基物质（PFASs）是一类合成有机含氟化合物，已广泛用于工业生产和消费产品中，主要作为表面活性剂、加工助剂和功能添加剂（Bui等，2025；Li，2025；Oginga等，2025）。其广泛应用与其热稳定性、化学耐受性和两亲性密切相关（Glüge等，2020；Evich等，2022）。由于碳-氟键的高强度，PFASs在环境中具有高度持久性，并已在水体、地下水、沉积物、野生动物和人体样品中被频繁检出（Giesy和Kannan，2001；Evich等，2022）。随着传统PFASs受到限制，短链同系物和新兴替代物在各种工业和消费应用中的使用日益增加（Glüge等，2020；Evich等，2022）。根据分类标准，碳链≥C8的全氟烷基羧酸（PFCAs）和≥C6的全氟烷烃磺酸（PFSAs）被定义为长链PFASs，低于该阈值的则被归类为短链（Buck等，2011）。具有不同碳链长度和功能基团的PFASs在水体环境中可表现出不同的相分布和分配行为（Higgins和Luthy，2006；Ahrens等，2009；Zhao等，2016）。其相依赖性行为可能影响PFASs在从上游集水区向受纳湖泊输运过程中的转移、保留和再动员，尤其是通过水、悬浮颗粒物（SPM）、沉积物和孔隙水之间的相互作用（Chen等，2019；Tang等，2022）。

在河流-湖泊系统中，PFASs从上游集水区向湖区的输运不仅受溶解相流动控制，还受水、SPM、沉积物和孔隙水之间耦合作用的控制，包括吸附-解吸、颗粒输运、沉积物沉积或再悬浮、沉积物-水界面交换（Ahrens等，2009；Chen等，2019）。这些过程显著受PFASs性质影响，短链PFASs主要保留在溶解相中，而长链PFASs通过疏水作用、静电作用和有机碳相互作用优先与颗粒和沉积物结合（Higgins和Luthy，2006；Zhao等，2016）。最新的分子动力学-机器学习证据进一步将PFASs的分子尺度行为与宏观固液分配联系起来，支持了水和固体之间相依赖性输运的重要性（Zhang等，2026）。在这些相中，孔隙水至关重要，因为它代表沉积物孔隙中可移动和可交换的溶解态PFASs库，受短期水动力稀释影响较小，并且可以指示历史沉积物累积和由浓度梯度、流扰动、氧化还原条件季节性变化、离子强度和有机质驱动的潜在向覆水的二次释放（Tang等，2022；Hua等，2021；Yu等，2025）。因此，结合水-SPM-沉积物-孔隙水的视角对于阐明集水-湖泊界面处PFASs的季节性输运是必要的。

以往的野外研究主要集中在大河流、河口和湖泊，如黄河、珠江和鄱阳湖（Zhao等，2016；Tang等，2022；Li等，2022b）。这些研究通常仅考察两到三个环境间隔体，而非完整的四相系统。例如，Zhao等（2016）报告了黄河中水、SPM和表层沉积物之间短链和长链PFASs的明显相差异，而Tang等（2022）调查了鄱阳湖中传统和新兴PFASs的时空分布、分配行为和通量，显示湖泊系统可以接收并重新分配大量PFASs负荷。相比之下，直接与湖泊相连的小型入湖集水区研究很少。这些集水区通常具有短输运距离、明显的土地利用梯度以及与下游湖泊的直接水文连通性，使其成为季节性污染物输送的重要区域。季节性变化还可能影响稀释、颗粒输运、沉积物再悬浮和孔隙水交换，从而重塑PFASs的相分布和向湖输移。

通龙河（TLR）是连接中国东部浅水淡水湖高邮湖的典型小型入湖集水区。作为直接排入湖泊的短支流系统，TLR具有相对简单的河道结构、清晰的上游-下游水文连通性以及从上游河段到湖入口明显的土地利用空间梯度。该集水区受混合人为活动影响，包括已开发土地、农业区、支流汇入和本地排放输入，这些可能共同影响PFASs在入湖前的输送、颗粒输运、沉积物累积和沉积物-水交换。这些特征使TLR成为研究小型集水-湖泊界面PFASs季节性向湖输运和多相分配的理想野外系统。为解决这些问题，本研究在旱季和雨季期间对TLR地表水、SPM、沉积物和孔隙水进行了19种PFASs分析。研究目标为：(1)表征四种间隔体中PFASs的发生、组成和季节差异；(2)考察从上游河段到湖入口的空间输运模式；(3)阐明环境参数、水动力条件和土地利用对PFASs多相分配的影响；(4)基于化合物特征和空间变化识别潜在PFASs来源，并评估对湖泊的潜在输入风险。通过在高空间分辨率下整合四相分布与季节比较，本研究旨在提高对小型入湖集水区中PFASs输运、保留和二次释放的理解，并为湖泊连通流域系统中PFASs控制提供依据。

章节摘要

化学品和标准品

本研究选择19种目标PFASs进行分析，包括11种PFCAs（C4-C14）、4种PFSAs和4种新兴替代物：6:2氯代多氟烷基醚磺酸（F-53B）、6:2氟代缩合物磺酸（6:2 FTS）、六氟丙烯氧化物二聚酸（GenX）和六氟丙烯氧化物三聚酸（HFPO-TA）。目标化合物的美国化学文摘服务社（CAS）编号、分子结构和供应商信息见表S1。所选分析物

PFASs的浓度、组成和季节差异

在TLR的地表水、SPM、沉积物和孔隙水中广泛检出了19种目标PFASs（表S7和S8）。除了PFTeDA在所有基质中检出频率较低（旱季0.0%–7.7%，雨季0.0%）外，大多数PFASs表现出高检出频率。雨季所有水样中均检出了全部化合物。旱季期间，PFHxA、PFOS、6:2 FTS和GenX的检出频率分别为92%、95%、87%和93%，

结论

在TLR集水区的地表水、SPM、表层沉积物和孔隙水中广泛检出了PFASs，表现出明显的季节性和相依赖性模式。浓度一般在旱季较高，而雨季条件促进了更广泛的重新分配。PFCAs在大多数样品中占主导；PFOA在旱季突出，而PFHxA和其他短链PFCAs在雨季水相中变得更加重要。长链PFCAs和PFSAs更容易与

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邢晓磊：写作——审阅与编辑，形式分析，概念化。刘晓东：写作——审阅与编辑，监督，资源，资金获取，形式分析，概念化。凌子楷：写作——审阅与编辑，写作——原稿，可视化，验证，软件，方法论，调查，形式分析，概念化。于亮：写作——审阅与编辑，软件，资源，项目管理，方法论，调查，资金获取，

利益冲突声明

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致谢

本工作受南京信息工程大学引进人才启动基金（2025r085）和国家自然科学基金（U2040209，51739002）资助。

Zikai Ling|刘晓东|邢晓磊|华祖林|朱翔|刘泽轩|于亮

教育部浅水湖泊综合治理与资源开发重点实验室，河海大学环境学院，南京 210098，中国