谈河流水体污染特征及与浮游细菌群落多样性响应研究进展

南京大学环境规划设计研究院南通有限公司南京分公司 张艳

随着各国研究学者对全氟化合物的研究逐渐加深，人们了解到全氟化合物在生物体内具有富集效果以及生物积累性，并且全氟化合物具有远距离传输性和持久性，使得全氟化合物的检出范围逐步扩大到全球。国内外学者针对全氟化合物这种持久性有机污染物对生物的潜在毒性进行了各方面的深入研究，但研究内容仅局限于动物以及人体的血液，以及时器官和代谢系统等方面的影响，而对于微生物的影响这个领域的深入研究工作开展较少，有关于全氟化合物与细菌群落的响应关系这方面的研究则更加欠缺。因此全氟化合物与细菌群落的响应关系这方面的研究具有一定紧迫性。

开展探究全氟化合物与细菌群落的响应关系的研究具有一定的科学意义，不仅能够弥补国内外关于全氟化合物对生态系统影响在微生物方面的欠缺，也可以为全氟化合物对细菌群落的生态学效应提供一定的理论支持。本文通过研究部分典型河流中全氟化合物的浓度分布特征与浮游细菌群落的关系，属于不同水平的微生物存在结构进行结合分析，从而得到全氟化合物分布与浮游细菌群落多样性变化的关系，为全氟化合物与微生物多样性之间的响应关系提供一定的理论支持。

一、国内外研究进展

（一）全氟化合物的产生

全氟化合物是指所有氢原子全部被氟取代的化合物，凭借其特殊的表面活性和稳定的化学性质而被广泛用于生产以及生活用品当中，环境介质中的全氟化合物来自人工合成的全氟化合物。近二十年以来，随着全氟化合物越来越广泛地应用，研究人员在不同的环境介质中，例如水体、沉积物、植物体以及人体内都发现全氟化合物的存在。全氟化合物的累积性和生理毒性对自然生态系统以及人体健康构成了一定的威胁，全氟化合物的生产和使用因此受到全世界各国的抵制，全氟化合物的研究也因此成为世界的一个热点问题。

越来越多的国家意识到全氟化合物的污染问题，开始对全氟化合物的生产进行限制，2006年欧洲提出了全球性减少全氟辛烷羧酸生产的倡议，计划在2010年减少PFOA95%的产量，并拟在2015年全面停止全氟辛烷羧酸的生产。2009年联合国也将全氟化合物作为一种新的持久性有机污染物被列入黑名单[1]。

（二）全氟化合物的分类

全氟化合物主要分为离子型全氟化合物和非离子型全氟化合物，根据连接的不同官能团，离子型全氟化合物又分为全氟羧酸类化合物和全氟辛烷磺酸类化合物；非离子型化合物主要以全氟酰胺类和氟调聚醇类这两类化合物。

大部分全氟化合物产品中的碳链所含碳原子在4-14个，其中8个碳原子以上的产品占全部全氟化合物类产品总量的80%以上[2]，PFOA及其盐类、PFOS及其盐类是全氟化合物最典型的两种化合物。PFOA是生产氟化乙醇的副产品，在其他生产过程中也有PFOA的生成，例如防水防污衣物的生产以及水成膜泡沫的生产。除PFOA、PFOS这两种典型全氟化合物以外PFHxA、PFBS、PFpeA、PFBA等都在各环境体中检出。

二、河流水体全氟化合物污染特征及浮游细菌群落多样性响应

（一）水体中全氟化合物分布现状

多年来，随着全氟化合物及其相关产品的广泛使用以及其积累性与迁移性，越来越多的环境介质中都发现全氟化合物的存在，目前研究人员已经在全球范围内的水体[3]、土壤[4]、沉积物[5]、空气中检出不同的全氟化合物的分布。本文主要对水体这一环境介质的全氟化合物的分布进行研究。

由于全氟羧酸类化合物以及全氟磺酸类化合物都可以在水中电离，并且都具有一定的溶解度，故全氟化合物可以在环境水体中大量存在[6-7]。水环境是离子态全氟化合物分布的主要场所，而对于水体中的全氟化合物的研究国外要早于国内，目前有大量文献研究阐述了国内外水体中全氟化合物的浓度以及分布情况。根据国内外研究数据统计可知，全球水环境中普遍存在的全氟化合物污染以PFOA及PFOS为主要污染物。

我国有许多研究者对国内各大水系流域中的PFCs分布情况都有进行研究。So等[8]在2007年对我国珠江和长江流域的水样中全氟化合物的种类及浓度进行分析发现，两大水系中均以PFOS和PFOA为主要污染物，在两大水体中检出浓度分别为0.9-99ng/L、0.01-14ng/L和 0.85-13ng/L、2-260ng/L，长江以PFOA为主要全氟污染物，珠江以PFOS为主。Lu等[9]对长三角地区的全氟化合物的分布调查结果显示，长三角地区河流地表水中检出11种全氟化合物，PFCs浓度的均值在5.32ng/L，以PFOA和PFOS为主要检出化合物。综合以上对我国各大流域，珠江、长江等研究发现全氟化合物普遍存在且主要全氟污染物为PFOA和PFOS，在国外的地表河流以及湖泊水体的全氟化合物分布研究中发现，国外地表水也普遍存在全氟化合物污染，如Boulanger等[10]对北美五大湖水体中的全氟化合物污染水平进行调查研究发现全氟化合物分布范围较广，均有PFOA与PFOS检出，且浓度较高。McLachlan等[11]对欧洲莱茵河、多瑙河等主要河流的全氟化合物浓度水平进行调查研究发现均有PFCs检出，PFOA检出浓度最高在200ng/L、PFHxA检出浓度也较高，最高达到32ng/L。

综合国内外对环境水体中全氟化合物浓度与分布特征的调查与研究发现，PFOA与PFOS检出最为频繁，检出浓度也相对较高。

（二）浮游细菌群落及多样性概述

通常情况下生物多样性是指生物物种的多样化以及其变异程度和广度，是物种多样性、生态多样性以及遗传多样性的综合表述。本文主要针对细菌群落的Alpha多样性进行研究。Alpha多样性是指一个特定区域或生态系统内的多样性，是反映物种丰富度和均匀度的综合指标。Alpha多样性主要与两个因素有关：一是种类数目，即丰富度；二是多样性即群落中个体分配上的均匀性。群落丰富度的指数主要包括Chao指数和Ace指数；群落多样性的指数包括Shannon指数和Simpson指数。

水体浮游细菌群落的物种组成在不同水体存在一定差异，门水平细菌群落主要有变形菌门（Proteobacteria），拟杆菌门（Bacteroidetes），蓝细菌门（Cyanobacteria），放线菌门（Actinobacteria），疣微菌门（Verrucomicrobia），绿菌门（Chlorobi），浮霉菌门（Planctomycetes），厚壁菌门（Firmicutes）等。将珠江以及长江门水平主要细菌群落比较，珠江[12]主要细菌群落有变形菌门（Proteobacteria），放线菌门（Actinobacteria），拟杆菌门（Bacteroidetes），蓝细菌门（Cyanobacteria）；而长江[13]的优势菌门有变形菌门（Proteobacteria），放线菌门（Actinobacteria），厚壁菌门（Firmicutes），拟杆菌门（Bacteroidetes）和异常球菌-栖热菌门。对比发现变形菌门，放线菌门以及拟杆菌门均为主要门类，而差异性体现在珠江的蓝细菌门和长江的厚壁菌门。故不同水体之间的细菌群落组成具有相似性也具有差异性。

（三）水体细菌群落与全氟化合物污染特征的响应关系

国内外关于全氟化合物与水体中浮游细菌群落的响应关系研究很少，但是对全氟化合物与土壤、沉积物中的细菌群落效应关系存在一定的研究。在国内有关全氟化合物与微生物的生态效应研究中，孙雅君[14]研究了全氟辛酸与底泥细菌群落结构影响及指示特性的研究，研究发现硫杆菌属（Thiobacillus）在PFOA浓度较低时数量较少，在PFOA浓度偏高时数量较高且成为优势菌种，初步证明了硫杆菌属是PFOA污染响应的敏感菌种或抗性菌种。PFOA也是影响其取样水体4月细菌群落结构的主要因子，与细菌群落的丰富度和均匀度呈显著负相关关系。该研究发现全氟化合物与细菌群落的响应关系是存在的，既表现在与具体菌种的响应关系上，也表现在与细菌群落多样性的响应关系上，从而为本文研究的主体内容提供一定的理论支持。

在全氟化合物对土壤微生物活性的毒性：碳链长度、官能团和土壤性质的影响[15]文章中，文章结论表明 PFCs对土壤微生物的毒性作用可能与亲水性官能团，碳链长度相关。首先全氟化合物对微生物活性具有毒性，会影响到微生物的生长，土壤环境的细菌群落和水环境的浮游细菌群落在物种组成上具有一定的相似性，故全氟化合物对浮游细菌群落同样存在一定的活性毒性，也因此可能存在多样性响应关系。而探究原因中的亲水官能团和碳链长度是不同种类的全氟化合物的特征，与前一篇单一污染物PFOA的研究不同，具有不同全氟化合物的普遍性。

综合上述国内外的研究现状发现，全氟化合物与浮游细菌群落的响应关系研究是欠缺的。

三、结论

结合我国各大流域体系，珠江、长江等研究发现全氟化合物普遍存在且主要全氟污染物为PFOA和PFOS。综合国内外对环境水体中全氟化合物浓度与分布特征的调查与研究发现PFOA与PFOS检出最为频繁，检出浓度也相对较高。故河流水体全氟化合物污染主要以PFOA和PFOS为主。

全氟化合物对微生物活性的毒性相关会影响到微生物的生长，土壤环境的细菌群落和水环境的浮游细菌群落物种组成上具有一定的相似性，故全氟化合物对浮游细菌群落存在一定的活性毒性，也因此可能存在多样性响应关系。