多种污染物在水生环境中的季节性变化：来自长期扩散梯度（DGT）技术现场监测的见解

《Environmental Pollution》：Seasonal Dynamics of multiple pollutants Across a Spectrum of Aquatic Environments: Insights from long-Term Diffusive Gradients in Thin-films (DGT) technique Field Monitoring

本研究通过长期部署扩散梯度薄层（DGT）与抓样法对比，分析南京与盐城不同水体（河流、湖泊、海水）中痕量元素及新兴有机污染物（EOCs）的季节变化及污染来源，计算PNEC评估环境风险，验证DGT在长期监测中的精度与适用性。

　　

周芳|轩虎|于雅琴|尹秋来|邱琴

江苏省盐城市盐城工程技术学院土木工程学院，邮编224007，中华人民共和国

摘要

薄膜扩散梯度（DGT）技术可以作为水污染物监测的有效补充方法。然而，由于将DGT结果与现场采样结果进行比较需要耗费大量精力，因此在自然水体中长期应用和验证DGT技术一直受到限制。本研究通过长期野外实验，比较了使用DGT技术和现场采样方法测得的多种微量元素及新兴有机污染物（EOCs）的浓度。结果表明，DGT技术的精度和准确性能够满足技术要求。研究在多个城市的淡水系统（六条河流和两个湖泊）以及海水系统（盐城两个采样点）中，不同季节下测定了选定微量元素、EOCs和磷的浓度，并分析了这些污染物的来源及其季节变化。南京和盐城地表水中的微量元素浓度范围分别为0.010-8.97 μg L^-1和0.010-47.1 μg L^-1；而南京和盐城地表水中的EOCs浓度范围分别为0.111-390 ng L^-1和0.110-207 ng L^-1。除PFOA、PFOS和OPFRs外，盐城地表水中的EOCs浓度低于南京。夏季和秋季的污染物浓度低于春季和冬季（农药除外）。此外，还通过现场采样和DGT方法测定了NH₄-N、NO₃-N和磷的浓度，以评估水质。计算了目标微量元素和EOCs的预测无效应浓度（PNECs），以评估这些物质对水生生物的环境风险。本研究中检测到的大多数物质浓度似乎不会对水生生物构成风险，但少数物质显示出中等或高风险。

引言

水生环境中的微量元素和新兴有机污染物（EOCs）引起了全球范围内的广泛关注（Islam等人，2020年；Kck-Schulmeyer等人，2021年）。微量元素通过自然和人为来源释放到天然水中，其中工业和采矿活动是主要的人为来源，其在地下水中的浓度可达到μg L^-1至mg L^-1（Chai等人，2021年；Keefe等人，2019年）。已知这些物质会通过食物链生物累积和放大，从而导致健康问题（Kullar等人，2019年；Nath等人，2018年；Shil和Singh，2019年；Xiao等人，2018年）。同样，EOCs是一类主要来自城市、农业和制药行业的未受严格监管的有机微污染物，它们在水体中的浓度范围为ng L^-1至μg L^-1（Burns等人，2018年；Krafft和Riess，2015年；Moon等人，2016年）。许多EOCs缺乏监管限制，但由于其持久性、生物累积能力和内分泌干扰作用而日益受到关注。

准确监测这些污染物对于环境风险评估和管理至关重要。传统的现场采样方法只能提供瞬时浓度数据，且尤其在长时间内操作较为繁琐。相比之下，薄膜扩散梯度（DGT）技术采用被动采样方式，在足够流动条件下能够测量原位时间加权平均（TWA）浓度，受扩散边界层（DBL）的影响最小（Zhang和Davison，1995年）。DGT已成功应用于多种分析物，包括痕量金属（例如使用Chelex凝胶）（Huang等人，2021年；Menegário等人，2017年；Zhang和Davison，1995年）、营养物质（例如使用A520E凝胶）（Huang等人，2016年）、氧阴离子（例如通过氢氧化铁凝胶）（?Sterlund等人，2010年；Zhang等人，2017年）以及各种EOCs（使用HLB、XAD、MCX和WAX等结合凝胶）（Chen等人，2012年；Guibal等人，2019年）。尽管DGT具有诸多优势且适用范围广泛，但很少有研究系统地将其与长时间尺度和不同水生环境下的现场采样方法进行比较。此类比较对于验证DGT在长期监测中的可靠性以及理解采样方法在不同水文和季节条件下的污染物动态具有重要意义。

本研究的目的是比较在不同水生环境（包括城市河流、湖泊和沿海海域）中，使用DGT技术和现场采样方法在较长时间内测得的选定微量元素和EOCs的浓度。在季节性野外考察期间，DGT装置连续使用几天到一周（总计一个月），同时每2-3天收集一次补充的现场采样样本。考察期间涵盖了四个季节和一个洪水期。分析了每个地点选定污染物的来源及其季节性差异，并评估了这些污染物对水生生物的环境风险。值得注意的是，这是首次将DGT设备用于长期野外考察。研究结果强烈支持DGT技术在长期污染监测应用中的稳定性、准确性和实用性。

采样时间和采样地点

采样时间与采样地点

采样工作在中国南京和盐城的四个季节进行，涵盖了多种水生环境，包括城市河流、湖泊和沿海水域。具体采样时间如下：南京站点为2024年4月9日至5月3日、7月4日至28日、9月2日至14日、9月24日至30日、10月10日至11月3日以及2025年12月11日至1月4日；盐城站点针对微量元素、EOCs、NO₃-N和NH₄-N的采样时间分别为...

DGT技术性能

精度是反映DGT测量稳定性的重要参数，通常用相对标准偏差（RSD）表示。图2A和图S1A分别展示了每个采样周期内所有EOCs和微量元素的RSD值。EOCs的RSD值范围为0%至17.09%，平均值为6.26%；微量元素的RSD值范围为0%至21.17%，平均值为4.41%。所有RSD值均处于可接受范围内。

作者贡献声明

周芳：撰写初稿、开展研究、获取资金、进行正式分析、提出研究概念。尹秋来：开展研究。轩虎：撰写文本、审阅与编辑、验证数据。于雅琴：协调资源。邱琴：协助开展研究

未引用参考文献

Papageorgiou, 2016.

利益冲突声明

? 作者声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本项工作得到了国家自然科学基金（编号：42207417）、江苏省自然科学基金（编号：BK20220789）以及盐城工程技术学院校级研究项目（编号：xjr2024031）的资助。