土壤和水環境全氟及多氟化合物預測無效應濃度推導及生態風險評估

摘要：全氟及多氟化合物（PFASs）因其環境持久性與生物累積性受到廣泛關注。本研究通過對數據的收集與分析，建立了13種PFASs的生態毒理學數據庫，并采用物種敏感度分布法（SSD）、評估因子法及相平衡分配法推導PFASs在水環境與土壤中的預測無效應濃度（PNEC），從而開展危害評估。結果表明，雖然大部分PFASs在我國土壤和水環境中濃度均低于其PNEC 值，無不合理生態風險；但PFASs替代品6：2氯代多氟醚基磺酸（6：2 Cl-PFESA）在部分流域具有較高的慢性生態風險，全氟己酸（PFHxA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）在部分地區土壤中具有較高的生態環境風險。建議未來研究應加強對PFASs的環境監測與風險管理，同時探索更有效的污染物處理技術與安全的替代品，以降低生態環境風險。

關鍵詞：全氟及多氟化合物；新污染物；地表水；土壤；生態風險評估

中圖分類號：X592；X820.4 文獻標志碼：A 文章編號：1672-2043（2025）03-0708-12 doi：10.11654/jaes.2025-0041

全氟和多氟化合物（Per and PolyfluoroalkylSubstances，簡稱PFASs）是一類人工合成的有機氟化合物，其碳氫鏈中的氫原子被氟原子全部或部分取代，已知種類超過10 000 種[1]，主要分為全氟羧酸類（PFCAs）、全氟磺酸類（PFSAs）、全氟烷基磺酰胺類（FOSAs）等[2]。PFASs 被廣泛用于電鍍、紡織等多個行業[3-4]。PFASs 因C F 鍵極為穩定（鍵能高達460kJ·mol-1[5]），所以具有環境持久性、生物累積性和長距離遷移能力。全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）是目前被廣泛關注的兩種PFASs，已被《斯德哥爾摩公約》嚴格管控。PFASs的替代品開發也越來越受到重視。全氟己基磺酸鹽（PFHxS）曾作為一種替代品在電鍍行業中使用，但因具有持久性和生物累積性，最終也被列入《重點管控新污染物清單（2023年版）》[6]。

PFASs在全球環境中普遍存在，如水體、土壤和空氣等，甚至在偏遠的北極地區也能檢測到它們的存在[7]。研究顯示，許多污水處理廠的進出水中PFASs含量較高[8]，說明傳統污水處理工藝難以徹底降解PFASs[9]。土壤中PFASs 的來源多樣，包括氟化工園區和垃圾填埋場，PFASs可通過食物鏈傳遞，威脅人類健康[10]。PFASs在環境中的遷移涉及大氣傳輸、水體擴散、土壤滲透、生物體富集和沉積物轉移等多種途徑[11]，研究人員在斯洛伐克的高塔特拉山、意大利的錫比利尼山和瑞士的艾伯塔斯山監測到PFASs的存在，反映出PFASs的高遷移性和全球性的環境循環問題[12-13]。PFASs 在我國的污染主要集中在人口密集、工業聚集的環渤海、長三角和珠江三角洲地區[14]，且在水、土壤、大氣環境中的檢出量和檢出頻率均較高，我國目前缺乏PFASs在水環境和土壤環境中的基準標準，針對PFASs的管控措施也不夠全面。因此，有必要對PFASs開展生態風險評估，以便更好地理解其環境行為和生態效應。

2020年12月，生態環境部頒布的《化學物質環境與健康風險表征技術導則（試行）》[15]針對現有和新化學物質，提出以預測無效應濃度（Predicted no effectconcentration，PNEC）作為風險表征的生態安全閾值，PNEC 表示在特定環境介質（如水、土壤或沉積物）中，當某種化學物質的濃度低于該值時通常不會對環境生物產生不良效應的濃度，它是生態風險評估的關鍵指標之一。目前，PNEC 的推導已在多個領域中得到廣泛應用，其推導方法與水質基準的定值方法基本一致[16]，主要包括評價因子法（Evaluation factor）、物種敏感度分布法（Species sensitivity distribution，SSD）[17]和相平衡分配法[18]。

1 生態風險評估方法

1.1 數據收集

為避免單一數據來源導致結果差異，本研究參照《淡水生物水質基準推導技術指南》（HJ 831—2022）[19]中的相關要求開展數據收集、處理與分析。針對13 種開展環境監測較多的PFASs，分別為全氟己酸（PFHxA）、全氟庚酸（PFHpA）、全氟辛酸（PFOA）、全氟壬酸（PFNA）、全氟癸酸（PFDA）、全氟十一酸（PFUdA）、全氟十二酸（PFDoA）、全氟十三酸（PFTrDA）、全氟十四酸（PFTeDA）、全氟丁烷磺酸（PFBS）、全氟己烷磺酸（PFHxS）、全氟辛烷磺酸（PFOS）和6：2氯代多氟烷基醚磺酸鹽（6：2 Cl-PFE?SA），本研究從美國環境保護署的ECOTOX 數據庫（http：//cfpub.epagov/ecotox/）和已發表的文獻獲取其在水環境和土壤環境中的急/慢性毒性數據及其理化性質數據，用于水環境危害評估和土壤環境危害評估，其中50%效應濃度（EC50）終點數據和半數致死濃度（LC50）終點數據用于表征急性毒性，最大容許毒物濃度（MATC）終點數據、20% 效應濃度（EC20）終點數據、10% 效應濃度（EC10）終點數據、無觀察效應濃度（NOEC）終點數據和最低觀察效應濃度（LOEC）終點數據用于表征慢性毒性。采用實測數據和預測數據相結合的方式獲取目標化合物的理化性質參數，對于有實測數據來源的參數（如亨利常數和Koc等）采用Pubchem 和ECHA REACH 數據庫獲取，對于無實測數據的參數采用EPA的權威預測軟件EPISuite進行預測（https：//www.epa.gov/tsca-screening-tools/episuitetm-estimation-program-interface）。

1.2 危害評估

危害評估是為了獲得13種PFASs在環境介質中的PNEC，分為水環境危害評估與土壤環境危害評估。水環境危害評估主要包括統計外推法和評估系數法兩種，鑒于統計外推法依托于概率模型，可有效量化不同暴露條件下的風險概率，結果更具科學性和針對性，因此當水生生物毒性數據充足且滿足統計外推法對數據的要求時，優先采用統計外推法，當水生生物毒性較少且不滿足統計外推法對數據的要求時，可采用評估系數法。土壤環境危害評估包括評估系數法和相平衡分配法，當收集到的土壤生物數據滿足評估系數法對數據的要求時，優先采用評估系數法，當未收集到土壤生物數據時，可基于水環境預測無效應濃度（PNECwater），采用相平衡分配法計算土壤環境預測無效應濃度（PNECsoil）。PNEC 不同推導方法的適用情形及誤差來源見表3。

1.2.1 統計外推法

按照HJ 831—2022的要求，采用SSD法推導環境急性與慢性PNECwater。基于13 種PFASs 的EC50 和LC50 數據擬合急性SSD 曲線，基于MATC、EC10、EC20、NOEC 和LOEC 數據擬合慢性SSD曲線，選取對5%物種產生急性毒性或慢性毒性影響的濃度閾值作為參考劑量，結合評估因子，推導PNECwater，其推導過程如公式（1）和公式（2）所示：