南极菲尔德斯半岛地表水及其周围海水中有机磷酸酯的存在、来源及风险评估

《Marine Environmental Research》：Occurrence, Sources, and Risk Assessment of Organophosphate Esters in Surface Water and Surrounding Seawater of Fildes Peninsula, Antarctica

　　

李瑞静|高慧|杨建波|徐波|刘星|姚子伟

中国大连国家海洋环境监测中心，116023

摘要：

本研究调查了南极菲尔德斯半岛及其沿海地区海水和地表水中的20种有机磷酸酯（OPEs）。在海水中，20种有机磷酸酯的浓度范围为8.66-97.29 ng/L（平均值：37.96 ng/L），其中TCEP的比例最高。在地表水（湖水）中，20种有机磷酸酯的浓度范围为9.93-40.16 ng/L（平均值：23.72 ng/L），其中三(1-氯-2-丙基)磷酸酯（TCIPP）的比例最高。主成分分析和相关性分析表明，地表水中的有机磷酸酯主要来源于远距离传输，而海水中的有机磷酸酯则主要受人类活动影响，当地码头的船舶交通被认为是主要来源之一。生态风险评估显示，地表水中有机磷酸酯的总体风险低于海水中。具体而言，麦克斯韦尔湾和长城湾的海水中的有机磷酸酯风险略高于其他地区，其中中等风险区域分别占采样点的78%和60%。在所有目标有机磷酸酯中，三(2-乙基己基)磷酸酯（TEHP）的风险最高，通常属于低至中等风险类别（0.01 < 风险商数 < 1）。鉴于菲尔德斯半岛水域中有机磷酸酯的丰富存在，本研究指出这些物质值得引起区域关注，并需要进一步进行科学评估，以考虑将其纳入《斯德哥尔摩持久性有机污染物公约》。

引言

有机磷酸酯（OPEs）因其优异的阻燃性能和低成本而被广泛用作阻燃剂、增塑剂和消泡剂。2009年，四溴至七溴联苯醚（PBDEs）被列入《斯德哥尔摩公约》。此后，由于有机磷酸酯也具有优异的阻燃性能和低成本，它们成为PBDEs的主要替代品。随着溴化阻燃剂的逐步淘汰，有机磷酸酯的全球生产和应用量激增，到2023年可能达到310万吨（Gao等人，2024年）。这种有机磷酸酯消费量的快速增长引发了类似PBDEs的环境问题，引起了广泛关注。目前，全球多个国家和地区，甚至极地环境中都检测到了有机磷酸酯的存在（Castro-Jiménez等人，2016年）。先前的研究证实，有机磷酸酯具有持久性有机污染物（POPs）的核心特征，包括远距离传输潜力（Fu等人，2021年），并且已在生物体内积累（Choi等人，2020年；Hallanger等人，2015年），对人类健康和生态安全构成潜在威胁。

有机磷酸酯是一类具有不同物理化学性质和应用的化合物（van der Veen和de Boer，2012年）。根据其组成、结构和功能，有机磷酸酯通常分为三类：氯化有机磷酸酯（Cl-OPEs）、烷基有机磷酸酯和芳基有机磷酸酯（Yao等人，2021年）。氯化有机磷酸酯主要用作阻燃剂，而烷基有机磷酸酯和芳基有机磷酸酯则具有多种用途（例如，增塑剂和润滑剂）（Mendelsohn等人，2016年）。这些物理化学性质的差异导致了不同的环境存在模式，例如，氯化有机磷酸酯和烷基有机磷酸酯在各种环境介质中的浓度通常高于芳基有机磷酸酯，而芳基有机磷酸酯在生物体内的生物累积潜力更强（Huang等人，2024年）。现有研究在南极的空气、水体、土壤、沉积物甚至生物体内都检测到了有机磷酸酯的存在，并有证据表明它们沿着南极食物链发生了生物放大作用（Fu等人，2020年）。因此，有机磷酸酯可以通过多种途径进入南极环境，包括大气扩散、海洋 currents传输和动物迁徙。然而，不同类别的有机磷酸酯在南极各种环境介质中的存在特征和影响因素仍不清楚，南极有机磷酸酯的主要来源需要进一步研究。

与人口密集的北半球不同，南极环境历史上受人为活动的影响较小。因此，长期以来人们认为有机磷酸酯主要是通过低纬度地区的远距离大气传输进入南极的。然而，近年来南极地区的人类活动（如科学考察和旅游业）的增加引入了新的本地有机磷酸酯来源，可能改变了南极的生态环境。先前的研究报道了南极冰雪覆盖范围的减少和温度的上升（Zhu等人，2024年），冰川融水成为陆地污染物进入湖泊和沿海海洋的关键途径（Sun等人，2020年），可能改变了当地的生物活动分布（Dong等人，2025年）。

基于上述背景，本研究是在第41次中国南极科学考察期间进行的。我们重点研究了菲尔德斯半岛的海水和地表水（湖水）中有机磷酸酯的存在情况，分析了不同地区有机磷酸酯的组成特征以确定其来源，评估了各种有机磷酸酯同系物的生态风险水平，并旨在阐明人类活动对南极环境的影响。

章节片段

采样地点和样本收集

采样区域集中在菲尔德斯半岛、阿德利岛及其周围水域，这些地方位于南极半岛北部南设得兰群岛最大的乔治王岛西海岸（图1）。采样工作是在2024年南极夏季（2024年12月21日至2025年1月15日）进行的，对象是海水和地表水。

海水采样地点分为三个核心区域：

(1)

近岸海湾:

海水中有机磷酸酯的存在

在长城站周围共收集了20个海水样本和6个地表水（湖水）样本。在20种目标有机磷酸酯中，有14种在海水中被检测到，其中TEP、TiBP、TnBP、TCEP、TCIPP、TPhP、TBOEP和DnBP的检测频率达到100%，表明南极沿海水域中有机磷酸酯污染普遍存在。海水中20种有机磷酸酯的总浓度范围为8.66至530.00 ng/L（平均值：61.39 ng/L）。最高浓度出现在码头附近

结论

海水中20种有机磷酸酯的平均浓度（37.96 ng/L，8.66-97.29 ng/L）略高于地表水（23.72 ng/L，9.93-40.16 ng/L），表明陆地淡水输入（如冰川融水）不是海水有机磷酸酯的主要来源。海水中有机磷酸酯以氯化有机磷酸酯（65%）和烷基有机磷酸酯（30%）为主，而地表水中则以烷基有机磷酸酯（56%）和氯化有机磷酸酯（39%）为主。TCEP、TCIPP和TEP是所有水体类型中最丰富的同系物。

CRediT作者贡献声明

李瑞静：撰写——初稿，调查工作。刘星：概念构思。姚子伟：项目管理。高慧：数据整理。杨建波：正式分析。徐波：监督

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了海南省重点研发项目（ZDYF2024SHFZ085）的支持。

我们感谢中国极地研究所的南极长城生态国家观测与研究站提供的实验场地和相关支持，以及海南热带海洋大学的Na Guangshui教授在第41次中国南极科考期间的宝贵帮助。