农业蔬菜地中新型阻燃剂的环境行为及其吸收机理初探

The objectives of this project are to investigate the pollution, environmental behavior, and the crop absorption mechanisms of emerging flame retardants in vegetable field. 1) Peri-urban and background vegetable fields (zucchini and radish) of the Pearl River Delta Region are selected as the research area, through systematic field observation, sampling, and laboratory analysis, we can obtain the levels of “novel” brominated flame retardants (NBFRs) and phosphorus flame retardants (PFRs) in vegetables, farmland soil, surrounding atmosphere, and irrigation water, and their pollution patterns in the vegetable crops, and find out the main sources of NBFRs and PFRs in the vegetable fields. 2) Analyzing the concentrations, composition, distribution of NBFRs and PFRs in each part of zucchini and radish (e.g. root, shoot, and leaf etc.) in each growth period to explore the environmental processes of vegetables absorbing NBFRs and PFRs, and assess the possible pathways of each part of vegetables uptaking NBFRs and PFRs in the real vegetable fields. 3) We choose zucchini and radish as the subject crops and carry out the simulation experiments under hydroponics and soil culture, to reveal the primary influence factors of vegetables absorbing PFRs in each growth cycle, and preliminarily clarify the absorption mechanism of subject crops to PFRs. This project can also offer reference database and scientific foundation for correctly evaluating the pathways of vegetables absorbing emerging flame retardants and regional food safety.

本项目旨在研究新型阻燃剂在农田蔬菜地的污染状况、环境行为和作物吸收机理。其一，以珠江三角洲典型城郊和背景点蔬菜地（西葫芦和红萝卜）为研究区域，通过系统的野外观测、样品采集和室内分析，获得蔬菜、农田土、周边大气以及灌溉水中新型溴代阻燃剂（NBFRs）和磷系阻燃剂（PFRs）的污染水平及其在蔬菜作物中的污染特征，查明农田蔬菜地环境中新型阻燃剂的主要来源；其二，通过对典型蔬菜作物西葫芦和红萝卜在各个生长期内各形态（例如，根系、茎部、叶片等）中新型阻燃剂含量的变化进行分析，在真实蔬菜地环境中探索蔬菜吸收新型阻燃剂的环境过程，预测蔬菜吸收新型阻燃剂的可能途径；其三，选择西葫芦和红萝卜为受试作物，通过室内水培和土培模拟实验，揭示蔬菜在其生长周期内吸收PFRs的主要影响因素，初步阐明受试作物对PFRs的吸收机理。研究结果亦可为正确评估蔬菜吸收新型阻燃剂的途径与区域粮食作物食品安全提供参考数据和科学基础。

通过对新疆土壤、红柳和胡杨树叶、树皮样品中多溴联苯醚（PBDEs）和新型溴代阻燃剂（NBFRs）的含量进行分析，了解它们在各环境介质中的污染水平、空间分布特征及影响因素。实验结果显示，多溴联苯醚和新型溴代阻燃剂在新疆地区的含量普遍较低，以BDE-209和DBDPE为主。除了DBDPE，其他新型溴代阻燃剂的含量很低，有的甚至没有检出。新型溴代阻燃剂的替代作用在该地区尚不十分明显，只有在红柳样品中BDE-209与DBDPE之间呈显著正相关。此外，它们在环境中的空间分布受TOC的影响较小，可能与污染源和人口密度等环境因素关系更密切。通过室内模拟实验，分析磷系阻燃剂（OPEs）在农作物中的污染状况以及在各种农作物组织中的富集特征，研究OPEs在土壤-植物系统中的迁移转运机理。研究结果显示，①新型磷代阻燃剂（TCEP、EHDPP）和旧的卤代阻燃剂（BDE-17、BDE-209）对植物都有一定的毒害作用，但植物会通过改变自身的抗氧化酶活来缓解这种氧化损伤；②植物根系的脂质含量是影响OPEs从土壤富集到植物根部的关键因素：脂质含量越高，根系富集的OPEs浓度越高；而疏水性是控制OPEs从根系到植物地上部传输的重要因子：OPEs疏水性越低，越容易向地上部传输；重金属离子破坏了植物对化合物的主动运输和被动运输过程，整体上提升了OPEs在植物中的污染水平；③单一OPEs污染下，化合物本身疏水性是控制OPEs在植物中迁移转运的重要参数，疏水性越高，OPEs越容易富集在植物根部，但很难向植物地上部传输；在OPEs-重金属复合污染下，重金属对黑壤和红壤玉米中OPEs污染水平的影响不同。酸性的红壤条件下，重金属对植物根系的破坏作用更强，最终导致OPEs在红壤玉米中的增量更多。