典型双酚污染物在土壤中降解、转化和残留以及蚯蚓体内富集的C-14示踪研究

Bisphenols are a group of typical endocrine disrupting compounds that receive increasing concerns. Bisphenol A (BPA) and its alternatives bisphenol S (BPS) and bisphenol F (BPF) are typical bisphenolic compounds and are frequently detected with increasing concentrations in the environment. However, the environmental fate and bioaccumulation of bisphenols, particularly BPA, BPS, and BPF, are unclear. Soil is an important ecosystem and is the major sink of organic pollutants in the environment. In the study, we will use C-14 radioactive tracer, after syntheses of C-14 labeled BPA, BPS, and BPF, to investigate the mineralization, degradation, transformation, and residue formation of bisphenols in soil under oxic and anoxic conditions, the chemical structure of major metabolites, distribution of bound residues in the soil, accumulation, elimination and bound-residue formation of bisphenols in earthworm. The results of the studies will provide important data for elucidation of environmental processes and assessment of environmental risks, and pollution control of bisphenols.

双酚化合物是一类日益受到关注的典型内分泌干扰性环境污染物，典型物质有双酚A（BPA）及其替代品双酚S（BPS）和双酚F（BPF）。由于使用量激增，这些化合物在环境中的检出率和检出浓度逐年增加，然而它们在环境中的降解、转化和残留等过程，以及生物富集能力尚不清楚。土壤是重要生态系统，也是污染物在环境中自我消除的主要场所。本申请拟针对当前双酚化合物土壤环境归趋和生物富集研究的缺乏，采用C-14放射性同位素示踪技术，在制备得到C-14标记BPA、BPS和BPF的基础上，研究这几种典型双酚化合物在土壤中有氧和缺氧条件下矿化、降解、转化和残留形成过程，主要代谢产物结构，结合态残留在土壤中分布，以及双酚化合物在蚯蚓体内的富集、吸收和排出动力学，蚯蚓组织中结合态残留对富集贡献等。研究结果对阐明双酚化合物的土壤环境过程、正确评价其环境风险以及控制其污染具有重要的理论和现实意义。

双酚化合物作为重要的工业原料被广泛生产使用，引发了环境问题，其环境风险受到了广泛的关注。本研究以BPA、BPS和BPF三种双酚化合物为研究对象，结合C-14示踪技术，研究了BPA、BPS和BPF在土壤中好氧和厌氧降解、转化和残留等过程及相关机理，并探究了典型类物质在蚯蚓体内的富集和残留等过程。主要研究结果包括：（1）设计并优化BPA、BPS、4,4’-BPF、2,4’-BPF和2,2’-BPF同位素标记物的微量合成方法，提高了所合成标记物的产率和纯度，对其结构进行了表征；.（2）BPA、BPS、4,4’-BPF、2,4’-BPF和2,2’-BPF在土壤中的好氧降解表明，BPA在土壤中进行22天好氧降解后，发现3个降解产物，降解速率较快且符合一级动力学方程，BPA主要以结合态残留形式固持在土壤中，以胡敏素上含量最大，主要形式为化学结合；BPS的降解速度较快，矿化量达53.6±0.2%，结合态残留以物理结合为主要形式，且具有可逆性；三种BPF异构体在好氧土壤中容易降解，经过59天的矿化培养，三种异构体均形成了约20%的矿化量；.（3）BPA、BPS、4,4’-BPF、2,4’-BPF和2,2’-BPF在土壤中的厌氧降解表明， BPA在土壤中厌氧培养200天未发现明显的降解；BPS经60天培养后，在水相与可提取态放射性量分别为14.3%和44.5%，说明BPS在进入厌氧环境后可能会形成一定的结合态残留； BPF的矿化速率顺序为2,4'-BPF > 4,4'-BPF > 2,2'-BPF，硫酸根和无定型铁的加入抑制了4,4'-BPF的矿化，BPF及其代谢产物形成的结合态残留主要分布在腐殖质中的胡敏素上，并且主要的结合形式为酯键和物理包裹，在实验起始阶段硫酸根和无定型铁促进了BPF结合态残留的形成；.（4）蚯蚓对双酚化合物在土壤中的环境行为的影响结果发现，蚯蚓对BPA在土壤中的可提取态及结合态残留的含量无显著影响，蚯蚓体内富集的14C-BPA占初始放射性量的6.9%，且富集在蚯蚓体内的BPA以结合态残留形式为主；蚯蚓的存在抑制了BPF在土壤中的矿化和结合态残留的形成，蚯蚓体内的放射性量约占初始值的5.6%，主要以结合态残留的形式存在，放射性量主要分布在蚯蚓的肠道内，且BPF在蚯蚓体内的消除比较缓慢。