談河流水體污染特征及與浮游細菌群落多樣性響應研究進展

南京大學環境規劃設計研究院南通有限公司南京分公司 張艷

隨著各國研究學者對全氟化合物的研究逐漸加深，人們了解到全氟化合物在生物體內具有富集效果以及生物積累性，并且全氟化合物具有遠距離傳輸性和持久性，使得全氟化合物的檢出范圍逐步擴大到全球。國內外學者針對全氟化合物這種持久性有機污染物對生物的潛在毒性進行了各方面的深入研究，但研究內容僅局限于動物以及人體的血液，以及時器官和代謝系統等方面的影響，而對于微生物的影響這個領域的深入研究工作開展較少，有關于全氟化合物與細菌群落的響應關系這方面的研究則更加欠缺。因此全氟化合物與細菌群落的響應關系這方面的研究具有一定緊迫性。

開展探究全氟化合物與細菌群落的響應關系的研究具有一定的科學意義，不僅能夠彌補國內外關于全氟化合物對生態系統影響在微生物方面的欠缺，也可以為全氟化合物對細菌群落的生態學效應提供一定的理論支持。本文通過研究部分典型河流中全氟化合物的濃度分布特征與浮游細菌群落的關系，屬于不同水平的微生物存在結構進行結合分析，從而得到全氟化合物分布與浮游細菌群落多樣性變化的關系，為全氟化合物與微生物多樣性之間的響應關系提供一定的理論支持。

一、國內外研究進展

（一）全氟化合物的產生

全氟化合物是指所有氫原子全部被氟取代的化合物，憑借其特殊的表面活性和穩定的化學性質而被廣泛用于生產以及生活用品當中，環境介質中的全氟化合物來自人工合成的全氟化合物。近二十年以來，隨著全氟化合物越來越廣泛地應用，研究人員在不同的環境介質中，例如水體、沉積物、植物體以及人體內都發現全氟化合物的存在。全氟化合物的累積性和生理毒性對自然生態系統以及人體健康構成了一定的威脅，全氟化合物的生產和使用因此受到全世界各國的抵制，全氟化合物的研究也因此成為世界的一個熱點問題。

越來越多的國家意識到全氟化合物的污染問題，開始對全氟化合物的生產進行限制，2006年歐洲提出了全球性減少全氟辛烷羧酸生產的倡議，計劃在2010年減少PFOA95%的產量，并擬在2015年全面停止全氟辛烷羧酸的生產。2009年聯合國也將全氟化合物作為一種新的持久性有機污染物被列入黑名單[1]。

（二）全氟化合物的分類

全氟化合物主要分為離子型全氟化合物和非離子型全氟化合物，根據連接的不同官能團，離子型全氟化合物又分為全氟羧酸類化合物和全氟辛烷磺酸類化合物；非離子型化合物主要以全氟酰胺類和氟調聚醇類這兩類化合物。

大部分全氟化合物產品中的碳鏈所含碳原子在4-14個，其中8個碳原子以上的產品占全部全氟化合物類產品總量的80%以上[2]，PFOA及其鹽類、PFOS及其鹽類是全氟化合物最典型的兩種化合物。PFOA是生產氟化乙醇的副產品，在其他生產過程中也有PFOA的生成，例如防水防污衣物的生產以及水成膜泡沫的生產。除PFOA、PFOS這兩種典型全氟化合物以外PFHxA、PFBS、PFpeA、PFBA等都在各環境體中檢出。

二、河流水體全氟化合物污染特征及浮游細菌群落多樣性響應

（一）水體中全氟化合物分布現狀

多年來，隨著全氟化合物及其相關產品的廣泛使用以及其積累性與遷移性，越來越多的環境介質中都發現全氟化合物的存在，目前研究人員已經在全球范圍內的水體[3]、土壤[4]、沉積物[5]、空氣中檢出不同的全氟化合物的分布。本文主要對水體這一環境介質的全氟化合物的分布進行研究。

由于全氟羧酸類化合物以及全氟磺酸類化合物都可以在水中電離，并且都具有一定的溶解度，故全氟化合物可以在環境水體中大量存在[6-7]。水環境是離子態全氟化合物分布的主要場所，而對于水體中的全氟化合物的研究國外要早于國內，目前有大量文獻研究闡述了國內外水體中全氟化合物的濃度以及分布情況。根據國內外研究數據統計可知，全球水環境中普遍存在的全氟化合物污染以PFOA及PFOS為主要污染物。

我國有許多研究者對國內各大水系流域中的PFCs分布情況都有進行研究。So等[8]在2007年對我國珠江和長江流域的水樣中全氟化合物的種類及濃度進行分析發現，兩大水系中均以PFOS和PFOA為主要污染物，在兩大水體中檢出濃度分別為0.9-99ng/L、0.01-14ng/L和 0.85-13ng/L、2-260ng/L，長江以PFOA為主要全氟污染物，珠江以PFOS為主。Lu等[9]對長三角地區的全氟化合物的分布調查結果顯示，長三角地區河流地表水中檢出11種全氟化合物，PFCs濃度的均值在5.32ng/L，以PFOA和PFOS為主要檢出化合物。綜合以上對我國各大流域，珠江、長江等研究發現全氟化合物普遍存在且主要全氟污染物為PFOA和PFOS，在國外的地表河流以及湖泊水體的全氟化合物分布研究中發現，國外地表水也普遍存在全氟化合物污染，如Boulanger等[10]對北美五大湖水體中的全氟化合物污染水平進行調查研究發現全氟化合物分布范圍較廣，均有PFOA與PFOS檢出，且濃度較高。McLachlan等[11]對歐洲萊茵河、多瑙河等主要河流的全氟化合物濃度水平進行調查研究發現均有PFCs檢出，PFOA檢出濃度最高在200ng/L、PFHxA檢出濃度也較高，最高達到32ng/L。

綜合國內外對環境水體中全氟化合物濃度與分布特征的調查與研究發現，PFOA與PFOS檢出最為頻繁，檢出濃度也相對較高。

（二）浮游細菌群落及多樣性概述

通常情況下生物多樣性是指生物物種的多樣化以及其變異程度和廣度，是物種多樣性、生態多樣性以及遺傳多樣性的綜合表述。本文主要針對細菌群落的Alpha多樣性進行研究。Alpha多樣性是指一個特定區域或生態系統內的多樣性，是反映物種豐富度和均勻度的綜合指標。Alpha多樣性主要與兩個因素有關：一是種類數目，即豐富度；二是多樣性即群落中個體分配上的均勻性。群落豐富度的指數主要包括Chao指數和Ace指數；群落多樣性的指數包括Shannon指數和Simpson指數。

水體浮游細菌群落的物種組成在不同水體存在一定差異，門水平細菌群落主要有變形菌門（Proteobacteria），擬桿菌門（Bacteroidetes），藍細菌門（Cyanobacteria），放線菌門（Actinobacteria），疣微菌門（Verrucomicrobia），綠菌門（Chlorobi），浮霉菌門（Planctomycetes），厚壁菌門（Firmicutes）等。將珠江以及長江門水平主要細菌群落比較，珠江[12]主要細菌群落有變形菌門（Proteobacteria），放線菌門（Actinobacteria），擬桿菌門（Bacteroidetes），藍細菌門（Cyanobacteria）；而長江[13]的優勢菌門有變形菌門（Proteobacteria），放線菌門（Actinobacteria），厚壁菌門（Firmicutes），擬桿菌門（Bacteroidetes）和異常球菌-棲熱菌門。對比發現變形菌門，放線菌門以及擬桿菌門均為主要門類，而差異性體現在珠江的藍細菌門和長江的厚壁菌門。故不同水體之間的細菌群落組成具有相似性也具有差異性。

（三）水體細菌群落與全氟化合物污染特征的響應關系

國內外關于全氟化合物與水體中浮游細菌群落的響應關系研究很少，但是對全氟化合物與土壤、沉積物中的細菌群落效應關系存在一定的研究。在國內有關全氟化合物與微生物的生態效應研究中，孫雅君[14]研究了全氟辛酸與底泥細菌群落結構影響及指示特性的研究，研究發現硫桿菌屬（Thiobacillus）在PFOA濃度較低時數量較少，在PFOA濃度偏高時數量較高且成為優勢菌種，初步證明了硫桿菌屬是PFOA污染響應的敏感菌種或抗性菌種。PFOA也是影響其取樣水體4月細菌群落結構的主要因子，與細菌群落的豐富度和均勻度呈顯著負相關關系。該研究發現全氟化合物與細菌群落的響應關系是存在的，既表現在與具體菌種的響應關系上，也表現在與細菌群落多樣性的響應關系上，從而為本文研究的主體內容提供一定的理論支持。

在全氟化合物對土壤微生物活性的毒性：碳鏈長度、官能團和土壤性質的影響[15]文章中，文章結論表明 PFCs對土壤微生物的毒性作用可能與親水性官能團，碳鏈長度相關。首先全氟化合物對微生物活性具有毒性，會影響到微生物的生長，土壤環境的細菌群落和水環境的浮游細菌群落在物種組成上具有一定的相似性，故全氟化合物對浮游細菌群落同樣存在一定的活性毒性，也因此可能存在多樣性響應關系。而探究原因中的親水官能團和碳鏈長度是不同種類的全氟化合物的特征，與前一篇單一污染物PFOA的研究不同，具有不同全氟化合物的普遍性。

綜合上述國內外的研究現狀發現，全氟化合物與浮游細菌群落的響應關系研究是欠缺的。

三、結論

結合我國各大流域體系，珠江、長江等研究發現全氟化合物普遍存在且主要全氟污染物為PFOA和PFOS。綜合國內外對環境水體中全氟化合物濃度與分布特征的調查與研究發現PFOA與PFOS檢出最為頻繁，檢出濃度也相對較高。故河流水體全氟化合物污染主要以PFOA和PFOS為主。

全氟化合物對微生物活性的毒性相關會影響到微生物的生長，土壤環境的細菌群落和水環境的浮游細菌群落物種組成上具有一定的相似性，故全氟化合物對浮游細菌群落存在一定的活性毒性，也因此可能存在多樣性響應關系。