高度城市化大都市地表水中新兴污染物的生态风险评估与多维度优先级排序

《Environmental Pollution》：Ecological risks assessment and multi-dimensional prioritization of emerging contaminants in surface waters of a highly urbanized megacity

北京地表水中145种新兴污染物分布及生态风险评价，构建包含检出频率、浓度、生物富集性、持久性、生态风险及体外毒性六指标的多维优先控制框架。结果显示吡虫啉、毒死蜱、六氯环丙胺和敌百虫生态风险突出，其中吡虫啉和TiBP被列为一级优先控制污染物，城市河道如白河、清河污染最严重。研究为高城市化地区新污染物靶向监测和管控提供科学依据。

　　

Xunhai Zhang|Wenping Deng|Jianyi Wu|Miao Chen|Wenqing Tu

中国农业农村事务部鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室，江西农业大学国土资源与环境学院，南昌330045，中国

摘要

城市化大都市水系统中新兴污染物（ECs）的分布和风险引起了全球的广泛关注。然而，在数百甚至数千种污染物中识别出需要重点控制的污染物仍然是一个重大挑战。本研究系统评估了北京地表水中145种ECs的出现模式和生态风险。通过使用包括检测频率、浓度、生物累积潜力、持久性、生态风险和体外毒性在内的六个指标，构建了一个多维优先级框架。结果显示，新烟碱类农药、有机磷酸酯类和三嗪类除草剂是最突出的污染物类别，其平均浓度分别为470 ng·L^-1、298 ng·L^-1和251 ng·L^-1。空间分布分析显示，不同类型的水体污染程度存在差异，其中巴河和清河等城市河流的污染程度最高。生态风险评估表明，吡虫啉、敌敌畏、hexazinone和diazinon具有较高的风险。基于联合概率曲线的进一步分析表明，吡虫啉对0.3%-30%的水生生物构成中等风险。根据环境健康优先指数（EHPi）得分，吡虫啉和TiBP被归类为一级优先污染物，需要立即采取监管措施。总体而言，本研究为高度城市化地区ECs的针对性监测和优先管理提供了科学依据，有助于识别关键风险区域和关键污染物，从而支持后续的污染源追踪调查和污染控制政策的完善。

引言

随着全球城市化的快速扩张，一系列具有潜在生物毒性的新兴污染物（ECs）已成为水生态安全和公共卫生的关键问题（Guo et al., 2022; Wang et al., 2022; Yadav et al., 2021）。这些ECs包括有机磷酸酯类（OPEs）、抗病毒药物（ANVIs）、非法药物（IDs）、农药和抗生素，它们通过多种途径不断进入地表水，导致北京-天津-河北城市聚集区出现“低浓度”、“广泛分布”和“长期持久性”的特征（Santos et al., 2024; Vanden Heuvel et al., 2024）。分析技术的进步以及对它们生态和毒理效应的更好理解进一步加剧了科学界对这些物质环境行为的关注（Puri et al., 2023）。近年来，关于ECs的研究迅速增加，强调了它们在不同环境介质中的存在、毒性和去除方法，这突显了改进监测策略、完善风险评估和先进水处理技术的必要性（Bell et al., 2011; Nishmitha et al., 2025）。

由于人类活动的密集，大都市水环境中ECs的出现特征和生态风险引起了研究人员的广泛关注（Zhang et al., 2022）。作为中国的首都，北京是一个人口密集且高度城市化的城市，其水体中的ECs已被广泛研究（Bell et al., 2011; Yang et al., 2025）。先前的研究表明，北京居民（Han et al., 2023）和大学生（Li et al., 2019）体内经常检测到ECs，其浓度往往超过早期研究的结果。此外，甚至在密云水库和怀柔水库等饮用水源中也检测到了多种ECs，地表水中ECs的空间分布与人类活动、土地利用类型和水文条件密切相关（Chen et al., 2023b）。这些ECs的生态和人类健康风险已被证实，许多ECs会抑制水生生物的繁殖能力，在食物网中造成营养级失衡，甚至导致生态群落崩溃（Xie et al., 2025）。同时，长期低剂量暴露于ECs显著增加了人类患慢性消化系统和神经系统疾病的风险（Guo et al., 2023）。然而，受当前分析能力和经济限制的制约，全面检测水环境中的所有ECs仍然不可行，因此识别需要优先控制的污染物尤为重要。

近几十年来，人们投入了大量精力来识别和排序需要优先管理的环境污染物。传统的优先级方法，如基于体外暴露评估的毒性排名或生态风险的空间评估，可以反映污染物的局部特征（Cao et al., 2025; Tian et al., 2025）。然而，这些传统方法在评估复杂环境系统中污染物的整体威胁时存在显著局限性。多标准决策（MCDM）工具可以整合毒性、持久性等数据来对污染物进行优先排序，但其方法复杂且难以可视化（Alvarez et al., 2021; Rasinger et al., 2022）。相比之下，环境健康优先指数（EHPi）方法通过整合多个指标（包括检测特征、毒性和污染物的物理化学性质）实现了更全面的污染物优先排序（Cheng et al., 2024）。例如，EHPi方法已应用于污水处理厂（WWTPs）排放物的优先污染物排序，通过整合5个特征，确定乙炔基雌二醇为首要污染物（He et al., 2023）。Huang et al (2024)将EHPi方法应用于中国污水处理厂的ECs优先排序，发现三氯fon和全氟辛烷磺酸的EHPi得分最高。因此，一个综合风险指数，整合了个体化合物的出现、毒性和物理化学性质指标，对于准确识别地表水中的优先污染物至关重要，为环境风险评估提供了更前瞻性的框架。

本研究旨在建立一个优先级框架，整合ECs的出现、物理化学性质、生态风险和体外毒性，从而确定北京地表水中目标污染物的控制优先级。首先，初步筛选了12个类别中的145种典型污染物。随后，定量分析了这些污染物在城市化大都市中的出现、空间特征和生态风险。应用EHPi方法，结合检测频率、浓度、生物累积、持久性、生态风险和体外毒性六个指标对ECs进行排序。据我们所知，这是首次在像北京这样的城市化大都市中应用这种方法。此外，通过将分层风险评估与来源分配分析相结合，本研究有效克服了传统单一指标优先级方法的局限性，后者依赖于单一维度，因此在全面描述污染物整体风险特征方面存在局限。这项工作将为改善地表水中的污染物监管和运营管理提供有价值的指导。

材料与试剂

有机磷农药（OPPs）、三嗪类除草剂（THs）、氨基甲酸酯类农药（CAs）和抗病毒药物（ANVIs）的分析标准品来自Alta Scientific Co., Ltd.（天津，中国）。新烟碱类农药（NEOs）、有机磷酸酯类（OPEs）和抗生素（包括四环素类（TETs）、大环内酯类（MACs）、磺胺类（SULs）和喹诺酮类（QUINs）的标准品购自AccuStandard（美国康涅狄格州纽黑文）。非法药物（IDs）的来源未在文中提及

地表水中ECs的出现和组成

如图3a所示，在分析的145种ECs中，有136种至少被检测到一次。这12类ECs的总检测浓度范围从422 ng·L^-1到20675 ng·L^-1不等。其中，新烟碱类农药（NEOs）的平均浓度最高，为469 ng·L^-1，占总浓度的31.5%，其次是有机磷酸酯类（OPEs）、三嗪类除草剂（THs）和抗病毒药物（ANVIs），其平均浓度分别为298 ng·L^-1、251 ng·L^-1和136 ng·L^-1

结论

本研究全面评估了北京地表水中ECs的出现、分布和生态风险，并基于EHPi建立了综合优先级框架。研究结果表明，北京的河流、湖泊和水库受到新烟碱类农药（NEOs）、有机磷酸酯类（OPEs）和三嗪类除草剂（THs）的复合污染压力，其分布模式存在明显的空间异质性。巴河和清河等河流被确定为污染热点区域

作者贡献声明

Jianyi Wu：软件、方法论。Miao Chen：写作——审稿与编辑、监督、调查。Wenqing Tu：验证、正式分析。Xunhai Zhang：写作——初稿、方法论、调查。Wenping Deng：验证、数据管理

未引用参考文献

Wang et al., 2025; Wang et al., 2025; Wei et al., 2025.

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

本研究得到了江西省自然科学基金（20242BAB20151, 20252BAC240303）、江西省科学技术厅的研究项目（20244BCE52039）以及国家自然科学基金（42507391）的资助。