南极沿海环境中的中性与离子型PFAS：全球背景、诊断比值及对长距离大气传输的意义

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Neutral and ionic PFAS in coastal Antarctica: Global context, diagnostic ratios, and implications for long-range atmospheric transport

　　

全氟和多氟烷基物质（PFAS）虽在极地环境中频繁检出，但当地缺乏大量本地排放，这引发了对长距离大气传输（LRAT）及前体物驱动输入远程区域的关注。研究人员表征了南极世宗王站附近空气、土壤和苔藓中中性PFAS（nPFAS）与离子型PFAS（iPFAS）的出现与分布。全年被动空气采样显示大气中以挥发性氟调聚醇（FTOHs）为主，同时伴随短链全氟丁酸（PFBA）和全氟丁烷磺酸（PFBS）。FTOH组成存在轻微点位差异，可能与气团传输和混合有关；FTOH与其转化产物强相关，表明大气氧化活跃。PFBA是在空气、土壤和苔藓中最稳定检出的PFAS，反映其高迁移性和南极普遍性。野外推导的土壤—空气分配系数（KSA）表明短链PFAS可能通过直接大气传输和土壤相关前体降解等多路径进入环境。这些发现将南极PFAS归属到更广阔的全球排放与传输格局中。持续开展大气监测对评估PFAS使用演变如何影响向南极环境的长距离传输至关重要。

研究背景方面，全氟和多氟烷基物质（PFAS，Per- and polyfluoroalkyl substances）因疏水疏油特性广泛用于工业与消费品，但许多PFAS具有持久性、生物累积性和生态健康风险，已在《斯德哥尔摩公约》下对全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）等实施限制。传统观点认为离子型全氟烷基酸（PFAAs）主要靠海洋传输，但南极绕极流阻碍南北海洋交换，而南极内陆与沿海水体仍检出PFAAs，使长距离大气传输（LRAT）成为南半球PFAS沉降的重要机制。挥发性前体如氟调聚醇（FTOHs）、全氟辛烷磺酰胺类（FOSAs）可在大气中光化学氧化为终端PFAAs，并通过干湿沉降进入雪、土壤和沿海水。研究站人类活动也可能构成局地源。因此，研究人员在南极半岛附近的世宗王站（King Sejong Station）周边，利用空气、土壤和苔藓多介质采样，表征nPFAS与iPFAS分布，并将南极观测与北极、城市环境进行全球尺度比较。

该研究发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》。研究人员开展的研究为：在 Barton Peninsula 设置3个空气被动采样点（A1–A3）、6个土壤点（S1–S6）和3个苔藓点（M1–M3），空气样于2018年12月至2019年12月连续部署XAD-2树脂被动采样器，土壤与苔藓样于2018年12月采集；共靶向13种nPFAS和29种iPFAS，用气相色谱串联质谱（GC-MS/MS）测nPFAS，用液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）测iPFAS，并以总有机碳（TOC）归一化计算土壤—空气分配系数（K_SA）。结论上，大气以PFBA、8:2 FTOH和PFBS为主，FTOH与FTUCA强相关证明大气氧化发生，PFBA在三相均检出说明短链PFAS具有高流动性和普遍性，K_SA显示短链PFAS可经大气直接传输与土壤前体降解共同输入。意义在于把南极PFAS污染置于全球排放—传输框架中，并为后续极地大气监测与管控提供依据。

关键技术方法上，样本队列来自世宗王站所在Barton Peninsula的3个空气点、6个土壤点和3个苔藓点；空气采用XAD-2树脂被动采样器常年积分采样，土壤与苔藓为点位混合子样后冻干；nPFAS经乙酸乙酯提取、iPFAS经甲醇提取，均用ENVI-carb固相萃取净化；仪器端分别以GC-MS/MS和LC-MS/MS定量；被动采样空气浓度按温度校正后的采样速率估算；土壤—空气分配采用TOC归一化K_SA计算。

3.1 总体出现与浓度

研究人员通过多介质定量发现，空气中最多样，总PFAS为85.7–134 pg/m³，其中PFBA均值62.7 pg/m³最高，8:2 FTOH和PFBS次之；土壤中总PFAS为0.04–0.99 ng/g干重，以PFBA、全氟戊酸（PFPeA）、全氟己酸（PFHxA）等短链全氟羧酸（PFCAs）为主；苔藓仅稳定检出PFBA（0.54 ng/g干重）及个别6:2 FTSA。结论：短链PFAS和挥发性前体在远程极地广泛存在，PFBA是最普适指标物。

3.2 空间分布与组成模式

3.2.1 空气

空气组成在三点一致，PFBA占47–61%、8:2 FTOH占12–19%、PFBS占12–15%；沿海A1略低，8:2/6:2 FTOH从A1的2.9升至A3的5.0，反映气团传输、海洋气流稀释与地形混合的轻微影响；6:2/8:2 FTOH与对应不饱和羧酸（FTUCA）R²=0.98，回归斜率显示6:2 FTOH转化更快。结论：区域大气传输主导，无显著点源，前体大气氧化在进行。

3.2.2 土壤和苔藓

土壤以PFBA、PFPeA、PFHxA为主，距站远近无清晰梯度；S5因TOC最高（3.44%）总PFAS最高；S3/M3靠近融水池，湿沉降使6:2 FTUCA和PFBA富集。结论：Station影响有限，有机碳含量与融水过程控制陆地累积。

3.3 土壤—空气分配系数（K_SA）

用TOC归一化K_SA比较同出现在空气与土壤中的化合物，发现短链PFAS的分配不完全由气相沉降解释。结论：短链PFAS可经大气直接输入，也可经土壤中前体降解生成，存在多路径来源。

讨论部分总结：研究人员将南极FTOH浓度与北极、德国海岸、北海、南大西洋等比较，指出南极值低于加拿大北极但接近南极半岛历史值；PFBA升高与全球PFOA/PFOS受限后短链替代、较高蒸气压、氢氟碳化物（HFCs）和氢氟醚（HFEs）低温低NOx转化有关；土壤无PFOS且Station周边未升高，说明局地排放不是主因；苔藓作为生物指示体仅痕量积累。诊断比值和K_SA共同支持LRAT与前体转化共同贡献。

研究结论部分译为：全年被动空气采样显示挥发性FTOH占优势，并伴生短链PFBA和PFBS；FTOH组成点位差异微小，但FTOH与转化产物强相关证实大气氧化活跃；PFBA是空气、土壤和苔藓中最一致检出的PFAS，体现高流动性与南极普遍性；野外K_SA表明短链PFAS可通过直接大气传输和土壤关联前体降解等多路径引入。这些结果将南极PFAS归位于全球排放与传输动力之中。为评估PFAS用途演变如何影响向南极环境的长距离传输，持续大气监测具有关键意义。