波罗的海南部西部海域紫外线吸收剂（UV Filters）的时空分布格局与输运路径研究

《Emerging Contaminants》：Spatio-temporal patterns and transport pathways of UV filters in the Western Baltic Sea

　　

论文摘要专业翻译： 在波罗的海南部西部海域的所有采样点均检测到紫外线吸收剂（UV filters）。近岸海域的紫外线吸收剂浓度高于离岸海域。紫外线吸收剂浓度全年均处于较高水平，其中春季和夏季浓度更高。奥克立林（OC）、苯基苯并咪唑磺酸（PBSA）和紫外吸收剂UV-P为全年最主要的紫外线吸收剂类型。近岸海域的生态风险高于离岸海域。此外，在波罗的海南部西部海域还检测到人为来源的二氧化钛（TiO2）颗粒。

论文解读文章：

一、研究背景与科学问题

紫外线吸收剂（UV filters）是个人护理产品（PCPs）和工业产品中广泛使用的添加剂，全球年产量估计达1000万吨。随着人们对紫外线危害认识的加深，防晒霜等产品的使用量持续增长，导致大量紫外线吸收剂通过旅游活动、污水处理厂（WWTPs）排放和工业废水等途径进入海洋环境。多数有机紫外线吸收剂具有较高的亲脂性（log Kow > 3），表现出显著的持久性、生物累积性和食物链放大潜力，对水生生物构成潜在威胁。波罗的海作为全球化学污染最严重的半封闭海域之一，其独特的地形和与北海有限的水交换加剧了污染物积累。然而，此前针对该区域的研究仅限于夏季表层水和近岸区域，对更广泛的紫外线吸收剂在开放海域的输运过程、季节变化以及垂直分布特征认识不足。为此，研究人员开展了跨越2020至2024年、涵盖10次采样航次的综合监测研究。

二、研究内容与主要结论

该研究系统调查了波罗的海南部西部海域近岸、河口、海湾和开放海域共14种有机紫外线吸收剂及两种人为标志物咖啡因（CAF）和卡马西平（CBM）的分布特征，同时首次在该区域评估了无机紫外线吸收剂二氧化钛（TiO₂）纳米颗粒的存在情况。研究发现，紫外线吸收剂在所有采样点均有检出，其中奥克立林（OC）、UV-P和苯基苯并咪唑磺酸（PBSA）为最主要化合物，检出频率分别达96%、91%和78%。近岸和河口区域浓度显著高于离岸区域，且全年均有检出，春季和夏季略高但无显著季节差异。垂直分布方面，OC和UV-P在整个水柱中均有检出，疏水性化合物可能通过悬浮颗粒物输运至深层水体。生态风险评估显示，OC、UV-P和阿伏苯宗（BMDBM）为主要风险驱动因子，近岸区域累积风险高于离岸区域，春夏季节风险等级为中至高。人为TiO₂颗粒在近岸和表层水体中检出，表明其与有机紫外线吸收剂的输运行为存在差异。

三、关键技术方法

研究人员在波罗的海南部西部海域布设了涵盖河流入海口（瓦尔诺河、奥德河）、海湾（基尔湾、梅克伦堡湾、波美拉尼亚湾）和开放海域（阿科纳海盆）的采样站位，于2020年7月至2024年11月间开展10次航次采样。离岸样品采集自表层、叶绿素最大值层（ChlAmax）和底层（距海底约5米）三个深度，近岸和河口样品采集自0.5米表层水。有机紫外线吸收剂采用固相萃取结合液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）定量分析，使用响应因子法进行校准；人为TiO₂颗粒采用铌（Nb）与钛（Ti）元素比值法结合电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）进行定量，以区分自然背景与人为输入。

四、研究结果分述

4.1 空间分布特征（水平与垂直）

水平分布方面，紫外线吸收剂在所有采样点均有检出，近岸和河口区域浓度显著高于离岸区域。海滩站点WB（28-997 ng L^-1）和HD（72-806 ng L^-1）浓度最高，离岸站点TFO5浓度最高（11-145 ng L^-1）。OC和PBSA在近岸与离岸间存在显著差异（p < 0.05），而UV-P分布相对均匀。垂直分布方面，OC和UV-P在整个水柱中均有检出，各深度间无显著差异（p > 0.05），但OC在底层水体浓度常高于表层，可能与北海高盐水入侵引发的颗粒物再悬浮有关。

4.2 季节变化特征

紫外线吸收剂全年均有检出，未观察到显著季节差异（p > 0.05）。OC在春季和夏季浓度略高，但变化呈多年渐进趋势。BP、BP-4和BP-3主要在夏季和冬季检出，且集中于近岸/河口区域。这一发现表明紫外线吸收剂的输入并非仅限于夏季旅游季节，而是全年持续发生。

4.3 来源识别与环境参数

人为标志物CAF和CBM在所有样品中检出率分别为90%和79%。CBM在ME站点（罗斯托克污水处理厂附近）浓度最高，OBBoje站点（奥德河影响区域）也显著偏高，表明污水处理厂排放是重要输入源。PBSA与CAF在近岸样品中呈强正相关（ρ = 0.73, p < 0.001），提示共同来源。未发现紫外线吸收剂浓度与环境参数间的显著相关性。

4.4 生态风险评估

OC在所有季节均呈现中等风险，夏季及夏后季节出现高风险；UV-P在整个研究区域全年呈现中等风险；BMDBM的高风险样品均出现在夏季。累积风险（RQ_SUM）在近岸区域高于离岸区域，秋冬季节为低至中等风险，春夏季节为中至高风险，2024年8月近岸站点风险最高。

4.5 无机紫外线吸收剂（TiO₂）

基于Ti/Nb比值法，研究人员在2023年5月和8月的近岸及表层样品中检测到人为TiO₂颗粒，主要出现在WB、ME和MM站点。2024年8月样品中Ti含量虽高，但Ti与Nb呈高度正相关（r = 0.99, p < 0.001），表明主要为自然来源，可能与采样期间的水动力条件有关。

五、讨论与结论总结

讨论部分指出，紫外线吸收剂浓度的持续升高与商业产品使用量增长一致，但OC浓度自2020至2024年呈下降趋势，与欧洲防晒产品中OC使用减少的趋势相符。亲脂性化合物（OC、UV-P）通过颗粒物输运可分布至整个水柱，而亲水性化合物（PBSA、BP-4）主要存在于水相中并随河流输运至开放海域。研究还识别出两条主要输运路径：一是瓦尔诺河经梅克伦堡湾向开放海域的输运，二是奥德河经波美拉尼亚湾向阿科纳海盆的输运。

研究结论指出，波罗的海南部西部海域紫外线吸收剂分布相对均匀，未发现特定富集区域，但近岸浓度高于离岸。全年持续输入而非仅限于夏季，OC、UV-P和PBSA为最主要化合物。近岸区域生态风险高于离岸区域，全年持续暴露即使风险水平较低也可能对水生生物产生长期影响。仅关注夏季的监测研究无法准确反映紫外线吸收剂的时空动态。该研究首次评估了波罗的海南部西部海域TiO₂的分布，未来应加强沉积物和海洋生物体中紫外线吸收剂分布的研究，并将无机紫外线吸收剂纳入常规监测体系。