污泥施用农田土壤中全氟化合物在土壤-农作物系统中的积累、迁移、转化研究

Land application of biosolids (treated sewage sludges) from municipal waste water treatment plants is a development direction of sludge management. Sewage sludge is widely recognized as an important sink of perfluoroalkyl substances (PFASs). Amendment of biosolids in agricultural soils may lead to the accumulation of PFASs in soils and crops. It is essential to understand the transport and transformation processes of PFASs in biosolids-amended agricultural soil-crop system in order to guarantee the agricultural products safety. So far, limited information is available on the environmental behavior and bioavailability of PFASs in terrestrial system. Therefore,the aim of this proposal are (1)to study the accumulation of PFASs in different agricultrual soils and corps due to long-term application of biosolids based on field experiments;(2)to explore key factors influencing the transport of PFASs between soil/plant interface;(3)to indentify the relevent mechanism responsible for PFASs accumulation, uptake and transport in different species of crops; (4)to reveal the effects of root exudates and activities and community structure of microbes in rhizosphere soil on the　degradation of PFASs; (5)to identify the degradation products and the degradation pathways.This study would help to comprehensively understand the transport, transformation and fate of PFASs in the environment, providing basis for the risk assessment of biosolids application to agricultural soils and the legislation of environmental managements.

污泥的土地利用是我国城市污泥处置的发展方向。污泥中普遍含有全氟化合物（PFASs），污泥农用可能导致PFASs在农田土壤及农作物中的积累。目前关于PFASs在陆生生态系统中的行为还缺乏认识，深入研究PFASs在土壤-作物系统中的迁移转化对于保障农产品安全具有重要的理论和现实意义。本项目拟通过大田实验并结合温室实验，利用分子环境科学、分子生物学手段，(1)研究污泥长期施用导致的PFASs在类型农田土壤、农作物中的积累；(2)探讨影响PFASs界面迁移的关键因素；(3)明确不同种属农作物对PFASs的积累、跨膜吸收与传输机制；(4)阐明根系分泌物、根际微生物对PFASs降解的影响；(5)鉴定植物PFASs降解产物分析降解途径。本研究有助于全面认识土壤中PFASs的迁移转化及最终归趋，为污泥农用的风险性评价及相关环境政策的制定提供科学依据。

作为新型持久性有机污染物，环境中全氟化合物（PFASs）的来源、迁移、转化和毒性等环境和生物效应已经而且会在相当长的时间里成为环境科学的研究热点。城市污泥的土地利用可能导致土壤中PFASs的积累，植物吸收是土壤中污染物进入食物链的关键。我们在污泥施用大田土壤、农作物的根、茎、叶及籽粒中均检测到PFASs。土壤有机质限制了PFASs的植物富集。植物籽粒中全氟羧酸类化合物（PFCAs）与土壤中含量呈对数正相关，而全氟磺酸类化合（PFSAs）含量与土壤含量呈线性正相关, 表明PFCAs和PFSAs的植物吸收、传输机制可能不同。植物对PFASs的吸收、传输机制研究结果表明，PFOS和PFOA的吸收都需要转运因子的介导，但二者的吸收通道不同。PFOA的吸收是需要能量的主动过程，而PFOS的吸收是不需要能量的被动异化扩散过程。PFOS和PFOA根富集因子正相关与根蛋白含量(p<0.05)；PFOS根富集因子负相关与根脂肪含量(p<0.05)，而PFOA根富集因子的对数负相关与根脂肪含量(p<0.05)。根到地上部分传输因子与地上部分蛋白质含量同根蛋白质的含量的比值呈线性正相关关系（p<0.05）。以上发现证明蛋白质是PFOS和PFOA在植物体中的主要结合位点，对二者的吸收、传输和分布起重要作用。环境中的PFASs不仅来源于生产和使用中的排放，而且来源于前体化合物的降解。我们在污泥施用大田土壤、农作物中均检测到氟调聚醇（FTOHs）及其降解产物，说明植物能够吸收、传输和降解FTOHs. 植物对8:2FTOH的I相降解生成8:2 FTCA、8:2 FTUCA、7:2 sFTOH、7:3 FTCA和PFOA。植物体内未检测到PFNA，说明植物对8:2FTOH只能进行β降解，而不能进行α降解。此外，首次在植物体内发现8:2 uFTOH- SCysNAcetyl和8:2 FTUCA-Scys，均为与GSH结合的降解产物，说明存在II相降解。降解过程中，植物根部的乙醇脱氢酶（ADH）、乙醛脱氢酶（ALDH）和谷胱甘肽硫转移酶（GSTs）的活性显著提高，表明这三种酶参与了8:2 FTOH的植物降解。在以上研究的基础上，提出8:2 FTOH的植物降解途径。本研究有助于全面认识土壤中PFASs的迁移转化及最终归趋，为污泥农用的风险性评价及相关环境政策的制定提供科学依据。