首次针对青藏高原陆地食物链中多氯萘和多氯联苯的发生情况、营养动态及其风险影响的调查

【字体: 时间:2026年02月27日 来源:Environmental Pollution 7.3

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  本研究系统调查了青藏高原 Nam Co 湖流域陆地食物链(植物-岩羊-鹰)中多氯萘(PCNs)和多氯联苯(PCBs)的分布及传递行为。发现PCBs呈现显著的生物放大效应(TMF=1.95),而PCNs具有稀释效应(TMF=0.363)。其中CN-54、CN-52/60和CN-66/67等PCN congeners具有生物放大潜力,其量子电子效应起关键作用。模型显示生物转化半衰期是影响传递行为的主因。鹰类PCB毒性当量(TEQ)超过中国鸟类安全阈值,而PCNs TEQ相对较低。这是首次全面揭示高原陆地生态系统PCBs/PCNs传递特征,为持久性有机污染物生态风险评估提供新依据。

  
熊思远|潘文晓|杜布|黄凯|胡博远|沈水一|张强英|曾丹|崔小梅|李英明|刘国瑞|张清华|张爱倩|傅建杰|蒋贵斌
中国科学院生态环境科学研究院环境化学与毒理学国家重点实验室,北京,100085,中国

摘要

关于多氯萘(PCNs)和多氯联苯(PCBs)在陆地生物中的营养级转移研究仍处于初步阶段。由于它们的结构相似,因此假设PCNs和PCBs表现出相似的营养级转移行为。本研究调查了PCBs和PCNs在青藏高原内陆地区陆地食物链(植物-高原鼠兔-鹰)中的存在情况及其营养级转移过程。PCBs和PCNs的浓度范围分别为9.92至114 ng/g脂质重量(lw)和4.93至37.3 ng/g脂质重量。值得注意的是,两者表现出不同的营养级转移特征:PCBs的营养级放大因子(TMF)为1.95,而PCNs的营养级稀释因子(TMF)为0.363。与大多数PCN同系物不同,CN-54、CN-52/60和CN-66/67具有生物放大潜力,理论计算表明其结构中的量子电子效应起到了重要作用。模型显示,生物转化半衰期(HLbio)是影响该陆地食物链中营养级转移的主要因素。鹰体内PCBs的最大估计毒性当量(TEQ)超过了中国鸟类的毒性参考值,而PCNs的TEQ相对较低。这是首次对青藏高原陆地生态系统中PCBs和PCNs的营养级转移进行全面的研究,突出了其生态风险,并为未来的研究提供了基础。

引言

持久性有机污染物(POPs)的特点是其在环境中的持久性、长距离大气传输(LRAT)、生物累积潜力以及毒性。[1]多氯联苯(PCBs)和多氯萘(PCNs)是两种具有相似化学结构和环境行为的POPs。[2],[3],[4],[5]几十年来,它们被广泛应用于各种工业和商业领域;[6],[7],[8]自20世纪70年代以来,PCBs受到限制,而PCNs则于2015年被列入《斯德哥尔摩公约》,此后在全球范围内受到监管。[9],[10]尽管有这些法规,PCBs仍在全球范围内保持高浓度,对海洋生态系统构成严重威胁[11],[12],[13],[14],[15],同时PCNs在偏远地区的多种生物样本中仍可检测到。[3],[16]接触这些化学物质与野生动物的发育障碍、免疫毒性、致癌性和内分泌干扰效应有关。[5],[17],[18]
除了持久性和毒性外,污染物的营养级转移行为对于评估其潜在生态风险至关重要。[19]具有营养级放大能力的污染物可以通过食物网在顶级捕食者体内累积,对其繁殖和生存产生负面影响,最终破坏生态系统平衡。[20]目前,关于PCBs和PCNs的营养级转移研究主要局限于水生生态系统。[2],[3],[21],[22],[23]先前的研究已经证明了PCBs在水生食物链中的营养级放大效应[21],[24],[25],[26],而关于PCNs的营养级转移结果在不同水生生态系统中的研究结果并不一致[2],[21],[27],[28],[29]少数研究报道了PCBs在陆地生态系统中的生物放大现象[30],[31],[32],[33],[34],但关于PCNs沿陆地食物链的营养级转移的数据明显不足。Kelly等人报告称,与水生食物链不同,β-六氯环己烷和1,2,4,5-四氯苯在加拿大中西部北极地区的地衣-驯鹿-狼食物链中可以显著生物放大[30]。我们之前的研究还发现,短链全氟和多氟烷基物质(PFAS)在青藏高原陆地食物链中具有较高的生物放大潜力,而短链PFAS在水生环境中不易累积[35]。鉴于水生和陆地生态系统之间的生物放大机制存在差异[24],[30],[35],不能简单地根据水生生态系统的结果来推断PCBs和PCNs在陆地食物链中的营养级转移行为,需要独立的研究。此外,现有研究主要依赖辛醇-水分配系数(KOW)来解释PCBs和PCNs的生物累积模式,这不足以解释具有相似KOW值的污染物的不同生物累积行为。因此,需要对陆地生态系统中PCBs和PCNs的营养级转移和生物放大机制进行综合研究。
青藏高原是全球最高最大的高原,平均海拔超过4000米,年平均温度低于0°C。[36]由于其独特的地理条件和较少的人为污染源,这一高海拔生态系统被认为是研究长距离传输污染物环境行为的理想地点。[37]实际上,PCBs和PCNs通常通过长距离大气传输进入青藏高原内陆地区,并沉积在这些高海拔的偏远环境中[36],[38]与极地地区(北极和南极洲)相比,青藏高原至今受到的关注相对较少[39]在青藏高原生态系统中,顶级捕食者(如鹰)的生存对于维持陆地食物网的稳定性至关重要。考虑到PCBs和PCNs的生物放大潜力和毒性,有必要关注它们对陆地生态系统,尤其是顶级捕食者所构成的生物风险。
本研究系统地收集了青藏高原内陆Nam Co盆地的一个典型陆地食物链,包括初级生产者(Kobresia pygmaea)、食草哺乳动物(Ochotona curzoniae)和顶级捕食者(Buteo hemilasius)。该地区的生物物种较为简单,捕食者-猎物关系清晰,因此这个重要的本地食物链(植物-高原鼠兔-鹰)非常适合研究PCBs和PCNs在陆地生态系统中的营养级转移。本研究的主要目的是:(1)调查青藏高原陆地物种中PCBs和PCNs的存在情况和分布特征;(2)评估PCBs和PCNs在植物-鼠兔-鹰食物链中的营养级转移能力;(3)分析影响PCBs和PCNs营养级转移的因素;(4)评估PCBs和PCNs对当地生态系统的生态风险,特别是对顶级捕食者的影响。本研究同时探讨了PCBs和PCNs在陆地生态系统中的营养级转移行为,为理解氯化有机化合物在陆地环境中的营养级转移机制提供了新的见解,并增强了对其生态风险的认识。

采样

采样区域包括位于青藏高原中心的Nam Co湖盆地。我们在2012年7月至2014年7月期间收集了7个土壤样本、8个Kobresia pygmaea植物样本、10个Ochotona curzoniae样本和14个Buteo hemilasius样本。这些样本具有参考价值,因为PCBs/PCNs是持久性有机污染物,而来自偏远高海拔高原生态系统的营养级转移数据仍然稀缺。

PCNs和PCBs的存在情况及分布特征

大多数PCN和PCB同系物在所有样本中均被频繁检测到(图1A,表S4和S5),表明它们在青藏高原内陆地区广泛存在。青藏高原土壤、植物和鼠兔中的PCNs浓度与PCBs相当,而在鹰体内的PCNs浓度显著低于PCBs(图1A和表S1)。我们汇总了先前报道的顶级捕食者体内PCBs和PCNs的浓度

结论

顶级捕食者特别容易受到具有生物放大潜力的污染物的影响。识别这类化学物质较为复杂,而关于新污染物在陆地食物网中的生物累积和/或放大作用的数据仍然有限。本研究揭示了陆地食物链中PCNs和PCBs之间不同的营养级转移模式,并指出生物转化半衰期(HLbio)是影响生物放大能力的关键因素。

作者贡献声明

李英明:方法学研究。崔小梅:数据整理。胡博远:撰写、审稿与编辑。蒋贵斌:监督。黄凯:撰写、审稿与编辑。张强英:数据整理。沈水一:撰写、审稿与编辑。张清华:方法学研究。熊思远:撰写、初稿撰写、概念构建。刘国瑞:方法学研究。傅建杰:撰写、审稿与编辑、资金获取、概念构建。杜布:数据整理。张爱倩:

未引用参考文献

[43], [56].

数据可用性

支持本研究结果的主要数据可在论文及其补充信息中找到。

利益冲突声明

? 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了中国科学院战略优先研究计划(XDB0750100)、国家自然科学基金(22022611、22566032、21677168)、第二次青藏高原科学考察与研究计划(2019QZKK0605)、中国科学院青年创新促进协会项目(2022020)以及基础研究青年科学家计划(YSBR-086)的支持。
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