多溴联苯醚BDE-47及其衍生物在沉积物中的环境归趋及颤蚓影响的 C-14示踪研究

The existence of polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) and their hydroxylated- (OH-) and methoxylated- (MeO-) analogs in the environment has attracted increasing attention. However, the studies on the environmental fate of these compounds in sediment and the bioavailability and fate of the target compounds under benthic organism are still on the initial stage. Using 2,2',4,4'-Tetrabromodiphenyl ether (BDE-47), 6-hydroxy-tetrabromodiphenyl ether (6-OH-BDE-47), and 6-methoxy-tetrabromodiphenyl ether (6-MeO-BDE-47) as target contaminants, Tubifex tubifex as representative of deposit feeder and C-14 isotope tracers, this application is intended to research: (1) The fate of the target compounds in the sediment and T. tubifex, such as degradation, transformation, formation of bound residues and bioavailability; (2) The possible role of abiotic factors and T. tubifex in the fate of the target compounds; (3) The impact of T. tubifex on the activation and bioavailability of aged pollutants in the sediment. The aim of the present research is to reveal the environmental fate of the target compounds, to study the impact of T. tubifex on the fate and to investigate the change of the stable state of aged pollutants, which provides the scientific evidence for the comprehensive interpretation of the environmental behavior of the pollutants and developing techniques for environmental protection.

多溴联苯醚（PBDEs）及其羟基/甲氧基化衍生物已成为备受关注的新型有机污染物，在沉积物中被频繁检出，但对其在沉积物中的环境归趋以及底栖动物活动对该归趋影响的报道相对较少。本申请拟以典型多溴联苯醚类污染物2,2’,4,4’-四溴联苯醚（BDE-47），6-羟基-四溴联苯醚（6-OH-BDE-47）及6-甲氧基-四溴联苯醚（6-MeO-BED-47）为代表，以颤蚓为典型底栖动物的代表，采用C-14放射性同位素示踪技术研究：（1）污染物在沉积物中和颤蚓体内的迁移、降解、转化、结合态残留和生物可利用性等环境过程；（2）非生物因素以及颤蚓活动对污染物在沉积物中环境归趋的影响机制；（3）颤蚓活动对固化在沉积物中污染物的激活作用及对其生物可利用性的影响。本申请拟阐明污染物在沉积物中的环境归趋以及非生物和生物因素对该归趋的影响，为系统性地评价PBDEs及其衍生物的环境行为和治理技术提供科学依据。

由于强疏水性，沉积物是BDE-47、6-OH-BDE-47和6-MeO-BDE-47重要的汇之一，本项目采用C-14同位素示踪技术，探究了在有氧条件下，BDE-47、6-OH-BDE-47和6-MeO-BDE-47在沉积物中环境行为及底栖动物的影响；分析厌氧条件下，电子受体对其在沉积物中归趋的影响。主要结果如下：（1）通过微量合成法，制备了C-14标记的BDE-47、6-OH-BDE-47和6-MeO-BDE-47，并对所合成的物质进行结构表征，用于后续研究。（2）三个污染物在有氧沉积物中经过60-80天的培养，活性组和灭菌组中矿化量极少，且颤蚓的加入对矿化量无显著影响。所有实验组中三个物质放射性量主要分布在沉积物中，少量分布于水相中。在沉积物中形成了不可提取态残留（NERs），其放射性主要是结合在腐殖质的胡敏素上，且以物理结合方式为主。（2）厌氧降解实验中，经过60-80天培养后三个污染物也仅发生了极少量的矿化，且电子受体的加入对矿化量影响较小。放射性量也主要存在于沉积物中，少量存在于水相。电子受体Fe(III)、硫酸盐和硝酸盐的添加均促进了污染物在沉积物中NERs的形成，而Mn(IV)的添加抑制了NERs的形成。同好氧降解一样，缺氧沉积物中污染物的NERs也主要结合在胡敏素上，且以物理结合方式为主。在完成项目预期内容之外，延伸探究了目标污染物对沉积物中微生物群落的影响。结果显示，相比于对照组，暴露于污染物可以使细菌群落多样性降低，同时，电子受体Mn(IV)添加降低了细菌群落多样性。微生物群落结构分析发现，在细菌门和属水平上，BDE-47和6-OH-BDE-47暴露影响了沉积物中微生物群落结构，且颤蚓和电子受体也对其存在一定的影响。研究结果为水体环境中持久性有机污染物BDE-47及其主要代谢产物的环境归趋及风险提供了理论和实践依据。已圆满完成各项任务，现实了预期目标。研究期间，发表论文17篇，申请并授权专利3项，培养6名硕博士，受到同行的广泛关注。