关于三氟乙酸（TFA）在农业土壤-植物系统中的迁移机制：已知与未知之处——明确基础研究的需求

《Environmental Science & Technology》：Knowns and (mostly) Unknowns of Trifluoroacetic Acid (TFA) Transfers within Agricultural Soil–Plant Systems: Identifying Fundamental Research Needs

三氟乙酸（TFA）作为超短链PFAS，近年环境浓度激增引发健康风险关注。研究揭示其土壤-植物传递效率显著高于长链PFAS，生物富集因子（BAF）达80-34000，根-茎转运因子（TF）高达40.7，亟需系统研究支撑健康标准制定。

　　

作为数千种全氟烷基物质（PFAS）中的一种，超短链三氟乙酸（TFA）在过去几年中重新引起了人们的关注。尽管20世纪90年代的研究表明，由于在土壤中的滞留性较差，TFA在环境中的迁移性很强，但对其对人类健康的威胁被认为较低。然而，最近的研究估计显示，TFA在各种环境介质中的积累量（例如水（包括地下水、饮用水和再生水）、土壤（包括施用生物固体的农业土壤）和空气中）远高于其他PFAS，这表明TFA实际上可能对人类构成相当大的风险。(1) 与其他PFAS一样，普通人群接触TFA的主要途径是通过饮食；因此，了解TFA在土壤和植物之间的转移过程尤为重要，因为这一途径既可以通过作物-人类途径直接影响人类，也可以通过饲料-动物-人类途径间接影响人类。然而，目前关于TFA在土壤-植物途径中转移的知之甚少，这是一个亟需关注的知识空白，有助于更好地评估人类接触TFA的总体风险。(1) 尽管分析技术的限制长期以来阻碍了TFA在环境介质中的定量研究，但最近的分析进展将有助于进一步开展这方面的研究。

TFA是一种含有羧基（CF₃COOH）的C2全氟化合物，具有最短的碳链。最重要的是，TFA是许多PFAS转化途径的最终产物，这可能是其浓度在环境中逐渐增加的原因。TFA（或其前体）进入农业系统的主要来源包括生物固体、灌溉水、农药以及降雨/大气沉降物（图1）。一旦进入土壤，TFA的超短链和亲水性使其更倾向于分配到土壤溶液中。事实上，在最近的研究中(2)，开发了一种机器学习方法来生成TFA（及其他PFAS）的空间土壤-液体分配（K_d）图，欧洲地区的预测图显示TFA的log K_d值较低，约为0 l kg^–1。在受TFA污染的土壤中，固相吸附量较低，这增加了植物通过吸收含有TFA的土壤溶液而吸收TFA的可能性。

图1

图1. 收割后的农业系统中TFA的来源（蓝色箭头）和转移过程（红色箭头）。(A) 土壤固体（棕色圆圈）与土壤溶液（蓝色椭圆）之间的分配。(B) 根部吸收。(C) 从根部到茎部的转移。更好地理解这些过程对于评估TFA对人类健康的影响至关重要。图片来自Shutterstock。

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为了评估人类通过食物作物接触TFA的情况，必须了解：(i) 植物根部从土壤环境中吸收TFA的程度（生物积累）；(ii) TFA从根部转移到茎部的程度（转移）。然而，关于TFA和其他超短链PFAS的此类数据非常有限(1,3,4)，尽管考虑到C4–C8链长范围内已知的负相关关系，可以合理预期这些物质的积累量较高。超短链PFAS的分子尺寸较小，使其更有可能穿过植物膜并在维管组织中积累。因此，在多种植物物种的根部和茎部以及超过1600种植物源性食品样本中都检测到了TFA，尤其是干豆类和叶类蔬菜。然而，很少有研究提供TFA的植物生物积累系数（BAFs）或TFA的根部-茎部转移系数（TFs），而这些参数对于风险评估模型至关重要，因为它们描述了转移过程（而不仅仅是浓度），因此具有更广泛的应用性。

在已发表的相关研究中，有一项研究(3)表明，在80天的水培实验中，小麦（Triticum aestivum L.）对TFA的吸收速度很快且量很大，根部BAF约为1625（而C3–C8 PFAS的BAF约为20–600），茎部BAF约为1070（C3–C8 PFAS的BAF约为4–90）。这些研究者还发现TFA的根部-茎部转移系数（TF）为0.66，高于他们研究的大多数其他（长链）化合物（C4 PFBA除外）。这些发现表明，与长链PFAS相比，TFA在水培条件下更容易被小麦吸收并在其体内转移。在另一项研究中(4)，在温室条件下种植于沙质土壤中的芝麻菜（Eruca sativa var. “Speedy”）的TFA BAF为294，这一数值处于所研究的57种持久性和迁移性化学物质中的最高范围。同一研究还发现TFA的TF为40.7，也处于所有化合物中的最高范围，与另一种超短链PFAS PFPrA（C3）的TF相似。在田间条件下，中国某氟化物污染地区的柳树（Salix babylonica）叶片、玉米（Zea mays）叶片和刺柏（Sabina chinensis）针叶的TFA BAF平均值高达13,000（范围为80–34,000），这可能是由于长时间暴露所致(5)。这一平均BAF接近PFPrA的数值，约为PFBA、PFOA、PFBS和PFOS的3000倍。据作者所知，目前尚未有其他研究报道TFA的BAFs或TFs。

在这些有限的条件下，TFA在植物中的积累和转移程度似乎比长链PFAS更高，这在农业环境中对人类健康风险是一个关键问题。正如Arp等人(1)指出的，TFA在全球范围内的存在及其不断增加，加上未来对人类健康影响的确定性，表明随着更多关于TFA的研究出现，未来几年可能会出台新的TFA健康建议和/或限制措施。为了帮助制定这些建议从而保护人类健康，现在迫切需要更多针对各种农作物、土壤类型和环境条件的实证研究，以准确量化农业系统通过土壤-作物-人类这一关键途径对人类TFA暴露的贡献程度。基于实证得出的植物根部吸收和根部-茎部转移的TFA转移参数将是预测和传输模型的关键输入，这些模型将帮助全球监管机构确定TFA的风险并设定健康保护阈值。