利用同系物分析方法和土壤质量检测来评估大麻和苜蓿中对全氟和多氟烷基化合物（PFAS）的吸收情况

《Science of The Total Environment》：Assessing PFAS uptake in hemp and alfalfa using congener-resolved analyses and soil quality measurements

【字体：大中小】 时间：2026年09月30日 来源：Science of The Total Environment CS18.8

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　　 • 苜蓿和工业大麻更倾向于在茎部积累短链PFAS。 • PFAS的迁移和生物富集因子随链长的增

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苜蓿和工业大麻更倾向于在茎部积累短链PFAS。
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PFAS的迁移和生物富集因子随链长的增加而降低。
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较高的生物富集因子与较低的土壤导电性相关。
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PFAS不会影响植物生物量；更大的生物量能改善土壤质量和PFAS的吸收效率。

引言

健康的土壤是环境活力和人类福祉的基础。它是农业生产的主要介质，是微生物的栖息地，也是水的天然过滤器，所有这些都对人类和生态系统的健康至关重要（Steffan等人，2018年）。然而，土壤污染可能威胁人类健康和生态系统。污染物，包括但不限于重金属、农药及相关的外源性有机化合物、大型和微塑料，通过人类活动进入土壤。由于土壤的吸附能力，它成为污染物的储存库，这些污染物随后可能会渗入地下水或在植物组织、蠕虫和其他生物体内富集（Ahmed等人，2020年；Xu等人，2022年）。

全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）是人工合成的化合物，广泛应用于各种消费品和工业产品中，被认为是令人担忧的污染物。含有PFAS的产品示例包括灭火泡沫、纺织品防水涂层、包装材料和食品包装、 photographic胶片、农药以及不粘炊具（Ahmed等人，2020年）。虽然PFAS多年来一直是日常消费品和工业产品的主要成分，但最近的数据表明，PFAS与不良健康影响有关，包括某些癌症、儿童发育迟缓、生殖影响以及免疫抑制（Fenton等人，2020年）。PFAS通过多种途径进入土壤（Ahmed等人，2020年；Costello和Lee，2020年；Mayakaduwage等人，2022年；Xu等人，2022年）。例如，灭火泡沫中的PFAS会污染灭火训练区域、军事设施和机场附近的土壤（Brusseau等人，2020年）。含有PFAS的消费品（如地毯、纺织品和纸张）最终会被丢弃在垃圾填埋场，这可能导致PFAS渗入土壤和地下水（Ahmed等人，2020年），或者可能通过农药、生物固体或污泥被施用于农田（Brusseau等人，2020年；Washington等人，2010年）。

PFAS至少含有一个完全氟化的甲基或亚甲基碳原子（作为其尾部的一部分）和一个功能头基团（如羧酸或磺酸），这些特性赋予了PFAS疏水性和疏脂性。碳-氟键使这些化合物非常稳定，因此在其环境中极其持久（Bigler等人，2024年）。这不仅引发了关于长期环境积累的担忧，还引发了关于PFAS进入并放大生物系统内部的潜在性的担忧。因此，了解其在土壤-植物系统中的持久性和运动规律对于评估与PFAS污染相关的更广泛的生态和人类健康风险至关重要。

毫不奇怪，在农作物中PFAS的植物累积现象显著增加（Ghisi等人，2019年；Lesmeister等人，2021年；Li等人，2024年；McDermett等人，2022年；Navarro等人，2017年；Valente等人，2026年；Wen等人，2016年）。已经在多种作物系统中评估了PFAS的植物累积情况，包括饲料作物（Li等人，2024年；McDermett等人，2022年；Simones等人，2024年）、叶类作物（Navarro等人，2017年；Wen等人，2016年）、豆科植物（Wen等人，2016年）、根茎类蔬菜（Wen等人，2016年）、番茄（Navarro等人，2017年）和玉米（Navarro等人，2017年；Wen等人，2016年）。然而，与粮食作物相比，很少有研究评估工业作物（如工业大麻）和饲料作物（如苜蓿）中的PFAS累积和分配情况。因此，关于这些具有农业意义的作物类型中的特定物种吸收、迁移和保留模式仍然存在不确定性。与其他持久性环境污染物（如多溴联苯醚（PBDEs）相比，许多作物系统中报告的PFAS的迁移因子（TFs）高于PBDEs（Navarro等人，2017年）。总体而言，这些研究以及最近的综述（Ghisi等人，2019年；Lesmeister等人，2021年）表明，PFAS在植物组织中的吸收和分布取决于单个PFAS化合物的化学性质以及作物的特性，包括植物的根系结构、茎和维管系统的运输特性、叶片的大小和排列。这些发现令人担忧，因为PFAS可能会在这些植物中积累，随后转移到动物饲料或人类食物链中，或最终进入消费品中。被确定为强植物累积者的作物通常具有几个共同特征，包括高生物量生产、生长周期短、耐环境压力以及广泛或纤维状的根系（Wu等人，2021年）。因此，本研究调查了Cannabis sativa（工业大麻）和Medicago sativa（苜蓿），这些作物具有许多这些特征，并且已经显示出对多种污染物的高生物累积潜力，包括重金属和有机污染物，如药物、多氯联苯（PCBs）和多环芳烃（PAHs）（Chen等人，2022年；Wu等人，2021年）。

苜蓿是一种多年生饲料作物，具有发达的主根系统，在其生长周期内可以多次收割，产生大量的生物量。其多次收割的管理方式放大了即使是很小的PFAS组织浓度的重要性，因为反复收割可能会将大量的PFAS从土壤转移到收获的生物量和下游饲料途径中。此外，苜蓿深而持久的根系增加了其与受污染土壤层的多年互动，可能影响土壤-植物转移动态和农业系统中的长期污染物循环。

工业大麻是一种生长迅速的一年生作物，用于消费产品（如基于CBD的产品）和工业用途（如纺织品、建筑材料和生物燃料）。在环境相关条件下，包括羧酸和磺酸在内的PFAS已在工业大麻的组织（包括茎、叶和花序）中积累（Nason等人，2024年）。鉴于其物理化学性质，PFAS可能在提取过程中优先分配到富含脂质或溶剂的产物流中（例如CBD油），尽管目前量化这一效应的针对性研究有限。在这种情况下，消费者的暴露量可能超过仅凭原始组织浓度所暗示的量。相比之下，将工业大麻用作植物修复剂在收获后具有潜在的社会经济效益和有限的环境影响（Wu等人，2021年）。

尽管工业大麻和苜蓿被列为植物累积者，但关于PFAS在其中的生物累积的已发表文献仍然有限（Li等人，2024年；McDermett等人，2022年；Nason等人，2024年；Nassazzi等人，2023年；Valente等人，2026年；Wright等人，2025年）。关于土壤质量是否以及如何在这些物种中影响PFAS的吸收，以及不同的作物系统（消费级工业大麻生产与饲料作物生产）是否产生不同的累积模式或风险路径，仍存在重要的知识空白。本研究旨在通过检查在两个温室试验中具有良好表征土壤的工业大麻（即CBD大麻）和苜蓿中的PFAS累积情况来扩展现有的知识基础。据我们所知，这是首次报道在CBD大麻中PFAS的生物累积（Ansari和De Prato，2026年）。通过将植物PFAS测量与土壤质量评估相结合，我们的工作为理解土壤-植物相互作用如何影响工业大麻和苜蓿中的PFAS累积提供了额外的背景。

部分摘录

温室试验

2024年和2025年进行了两次重复的独立试验，以评估植物对PFAS的吸收和土壤与其的相互作用。温室试验1在2024年4月至9月在威斯康星大学-史蒂文斯波因特分校进行，光照时间为每天16小时，温度范围为20°C至30°C。温室试验2在2025年1月至5月在威斯康星大学-麦迪逊核桃街温室进行，生长早期的光照时间约为16小时

PFAS吸收

在两个试验中，所有六种PFAS都在施用PFAS的盆栽工业大麻和苜蓿的地上和地下组织中检测到，而对照处理的植物组织中的PFAS浓度（ng/g d.w.）低于定量限（LOQ）或检测限（LOD）（表S2）。两个试验之间未观察到个体植物组织PFAS浓度的显著差异，表明温室试验间的吸收模式相似。总PFAS浓度（∑PFAS）

结论

本研究在两个温室试验中检测了CBD工业大麻和苜蓿中的PFAS累积情况，这两个试验的土壤组成几乎相同，但灌溉水的化学成分不同。在苜蓿中，根部和茎部的总PFAS浓度相当，其中短链PFAS在茎部占主导，长链PFAS在根部占主导。在工业大麻中，不同组织中的总PFAS积累量具有统计学意义上的差异，其中花序中的PFAS浓度最高，茎部最低。

CRediT作者贡献声明

Grace Geils: 写作 – 审阅和编辑、验证、研究、正式分析。 Addison Pfeil: 方法论、研究、正式分析。 Jenna Muenchow: 验证、研究、正式分析。 Danielle Singkofer: 验证、研究、正式分析。 Benjamin Opaneye: 方法论、研究。 Phillip Alberti: 写作 – 审阅和编辑。 Brian Barringer: 写作 – 审阅和编辑、方法论、资金获取、概念化。 Shelby Ellison: 写作 – 审阅

写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备这项工作时，作者使用了Microsoft Co-Pilot来提高手稿的清晰度和可读性。使用该工具/服务后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对已发表文章的内容负 full 责任。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

这项研究得到了UW系统创新资助和UW-史蒂文斯波因特大学人员发展委员会-研究和创造性活动资助的支持。J. Muenchow通过国家科学基金会的奖学金项目（编号为2220586）获得支持，该项目属于科学、技术、工程和数学（S-STEM）计划。B. Opaneye部分得到了国家科学基金会的资助（编号为1911284），该项目属于威斯康星州少数民族参与联盟。

引言