溶解性有机质对有机污染物生物有效性影响

王 茹，沈梦楠，于博文，卜小丹，胡 艺，胡啸威

（吉林建筑大学松辽流域水环境教育部重点实验室，吉林长春 130118）

有机质是水体环境中众多污染物，尤其是有机污染物的重要吸附剂和载体，对水环境中污染物的生物有效性具有重要影响。天然水体是一个复杂的体系，包含多种颗粒物质、大分子有机物、胶体以及水生浮游生物等，这些物质中普遍含多种类型有机物。将有机质按粒径大小区分，以直径0.22μm或0.45μm为界限，可分为两大类，包括颗粒有机质和溶解性有机质。直径小于0.45μm的有机质常被称为溶解性有机质（Dissolved organic matter，DOM）。DOM在自然环境中的浓度分布不均，一般来说，海水中浓度较低，江河中水平较高。水体中的DOM主要来自植物凋零、腐解以及土壤腐殖质等。溶解性有机质由于其水溶性，是水生生态环境中一种十分重要且活跃的化学组分。一方面，它能够影响水体环境的理化性质，例如调节水体的酸碱平衡；另一方面，水体中的溶解性有机质往往含有羟基、羧基、酚基和硫醇基等多种官能团，能够通过多种作用与有机污染物结合，包括氢键结合、离子结合、范德华作用力、配位体交换、疏水分配、共价键结合、螯合等结合方式，从而影响污染物在水体中的溶解、吸附/解吸等环境行为，进而影响污染物的生物有效性。

随着工业生产发展以及居民日益增长的生活需求，水体环境中出现了多种新型有机物污染物，如溴代阻燃剂（Brominated flame retardants，BFR）、抗生素（Antibiotic）、个人护理品（Pharmaceuticals and personal care products，PPCPs）等，这些新型有机物污染物往往在水体中含量低，难去除，持久存在。近些年，水环境中有机物污染物的生物毒性、生态风险评价一直是环境领域的研究热点。在对污染物的生态风险评价过程中，生物有效性是不可忽视的一个重要评价因素。环境学上，污染物的生物有效性是指化学物质对于生物体的可接触性及对生物的潜在毒性，外源性污染物生物体的能力与生物种类、环境介质性质以及暴露时间、途径均有一定关系。

针对有机物在水中溶解性研究发现，溶解性有机质能改变某些污染物在水中的溶解度，从而增大其生物可利用性。赵冬梅等[1]采用平衡透析法，研究几种典型多溴联苯醚同系物，BDE 28、47、77和99等与可溶性有机质的结合规律。结果发现，在DOM存在条件下，所有PBDEs同系物的表观溶解度都显著增大，DOM浓度越高，“增溶效应”越显著。另一类水体中常见污染物多环芳烃（PAHs）也被发现，某些同系物在水体中的溶解度随有机质浓度增加而增加。针对嘉陵江表层水体及沉积物的研究发现，在枯水期，水体中的DOC浓度与PAHs浓度呈明显的线性正相关[2]。针对德国Teufelsweiher湖沉积物中杀虫剂的分布研究，DOM的存在同样具有这样“增溶效应”[3]。溶解性有机质的这种“增溶效应”影响很有可能增大有机污染物生物可利用性，对环境产生重要影响。

然而，另一些实验室生物富集研究结果表明，溶解性有机质的存在降低了某些污染物的生物富集效应。Liu等[4]，利用斑马鱼和浮萍作为实验生物，研究DOM对红霉素生物吸收的影响，结果表明，DOM显著抑制了受试生物对红霉素的吸收（P＜ 0.05）。当DOM浓度为20mg/L时，斑马鱼和浮萍的平均平衡浓度分别降低了28.1%～40.6%和10.9%～25.8%，相应的生物富集因子（BCF）分别降低了15.9%～32.8%和10.9%～18.5%。之前的研究同样表明，胡敏酸可以降低氰戊菊酯和氯氟氰菊酯在大型蚤上的生物积累毒性，同时也能降低虹鳟鱼对苯并芘和2，2’，5，5’-四氯联苯的吸收。Yang等[5]在水体中加入不同浓度的溶解性有机质考察其对菊酯类农药的生物有效性影响，研究结果发现，溶解性有机质的加入，降低了氟氯氰菊酯和苄氯菊酯在水中的自由溶解度，且对氟氯氰菊酯的影响更加显著。当水体中溶解性有机质浓度为3～20mg/L时，抑制了大型蚤对氟氯氰菊酯的吸收，且降低了农药对模糊网纹蚤的急性毒性。上述研究结果表明，溶解性有机质对有机污染物的影响机制较为复杂，提高或者降低污染物的生物有效性关键点在于DOM与污染物形成的结合态产物是否可以通过生物膜或者能通过其他途径被吸收，相关机制可能与DOM浓度、数量以及污染物的化学性质均有密切的联系，还需进一步的研究探讨。

对于微生物的研究发现，水体溶解性有机质的存在可能有正向的积极作用。Chen等[6]发现，水体中的DOM可能与四环素（Tetracycline）发生络合反应改变四环素性质，从而改变其对细菌的生物可利用性，从而减轻抗生素耐药性的选择性压力。另有一些研究发现，溶解性有机质可能影响某些有机污染物，如多环芳烃、取代芳香胺类、喹诺酮类抗生素和苯基脲类除草剂等的光化学反应，从而影响其生物可利用性[7-8]。从表观效应来看，DOM对有机物污染物光解的影响基本可分为两大类：促进机制和抑制机制。但是，DOM对污染物光解的影响机制比较复杂，且对于不同的污染物来说影响机制也存在较大差异，还需要针对不同物质进行详细探讨。

自然水体中的溶解性有机质能够参与水体的物质循环、能量流动，保持水体理化性质，对维持整个水生生态系统的正常运转有着重要的意义。且能够影响有机物污染的生物有效性以及生物/化学可利用性。目前，对于DOM对有机污染物的影响研究有了一定的进展，但是仍有许多问题亟待探明。