基于化学/同位素指纹联合研究土壤中多卤代咔唑类化合物的生物有效性

Because of their persistence, toxicities, and long range transportation, polyhalogenated carbazoles (PHCZs) are considered as one kind of persistent organic pollutants. Previous studies have suggest that PHCZs in soils is liable to enter into the organisms and then transfer through the terrestrial food chain. However, studies with respect to bioavailabilities of PHCZs in soils are scarce. In the present project, residues and composition profiles of 12 PHCZs in soils, plants, herbivorus animals, and soil animals were analyzed to evaluate the bioaccumulation capacities of PHCZs in the fields. Moreover, ecological (soil pH value, total organic carbon, and particle size distribution, and concentrations of analytes) and biological factors (life habit, food composition, and trophic level), which may influence the bioavialabilities of these chemicals in soils were discussed. In a meanwhile, a soil-lettuce-snail-earthworm system was established to study transfer processes and input pathways of PHCZs from soil to low terrestrial food chain. Then, compound-specific stable carbon isotopes (δ13C) of main PHCZs in both field and lab samples will be analyzed to trace the metabolism of PHCZs in soil animals. Finally, the bioavialabilities and the possible mechanisms of PHCZs in soils will be comprehensive discussed considering both chemical (concentrations, and composition profiles) and isotope (δ13C) fingerprints.

卤代咔唑类化合物（polyhalogenated carbazoles，PHCZs）具有典型持久性有机物的特征，是近期环境领域的研究热点之一。做为PHCZs的重要储库，土壤中PHCZs的生物有效性对预测该类化合物的健康风险至关重要，但相关研究尚未开展。本课题拟测定土壤、植物、植食性动物、土壤动物等样品中12种PHCZs的浓度水平和组成特征，研究土壤PHCZs的生物积累能力，分析生态、生物因素对土壤PHCZs生物有效性的影响；同时，建立土壤-生菜-蜗牛-蚯蚓四元生态系统，计算土壤PHCZs在被试生物体内的传递因子，研究各生物单元PHCZs输入途径及相互影响，推导土壤PHCZs在低等陆生食物链中的传递过程；测定野外和实验室样品中主要单体PHCZs的δ13C值，示踪PHCZs的生物转化过程；最终，总结化学（浓度及组成）和同位素指纹（代谢）信息，综合评价土壤中PHCZs的生物有效性及可能机制。

本项目结合实地调查和实验室研究，对多卤代咔唑类化合物（PHCZs）在陆生环境中的污染现状和环境行为进行探索，评价了土壤中PHCZs进入陆生食物链的能力、输入途径和毒性效应。主要研究结果如下：①以QuEChES法联合GC-MS/MS或GC-MS实现多种环境和动、植物样品中PHCZs的测定，该方法快速、绿色、经济，是QuEChES法在环境领域应用的一个拓展，可在常规实验室推广使用。②PHCZs在陆生环境和生物样品中普遍残留，浓度水平为水生环境（生物）的1-2个数量级，部分PHCZs存在工业源。这些结果证实了PHCZs在陆生食物链（网）中的生物传递过程研究的必要性。③PHCZs可通过土壤-蚯蚓、土壤-生菜、生菜-蜗牛、土壤-蜗牛等多个途径进入陆生食物链（网），脱附实验、野外数据及实验模拟均证实了土壤中部分PHCZs的生物可利用性。与土壤-蚯蚓途径相比，PHCZs较难从土壤-植物途径进入食物链，但PHCZ在植物、蜗牛间的生物积累效率很高，PHCZs由土壤、植物途径进入蜗牛的相对贡献为7：3。此外，PHCZs的生物积累能力与其在土壤中的残留浓度、KOW值、KOC值及土壤TOC等多种因素有关。④野外实测BAF值与实验室模拟条件的数据具有差异，指明暴露浓度、暴露时间的设置是生物积累实验能否模拟实际环境的关键因素，此外，对实验条件BAF的解析应考虑生长稀释效应。⑤四元动态的生物模型与静态的二元模型相比，更好的模拟实际环境，能够提供输入途径和相对贡献等信息。该动态模型可成为评价土壤中污染物残留水平、生物可利用性及生态风险的综合性方法。. 本项目综合多项实验完成了对土壤PHCZs生物可利用性的判断以及相关原因解析，达到了研究目的。