佛山地区土壤中三氯生(TCS)与三氯卡班(TCC)的含量分布特征及生态风险初步评价

陈 敏，陈 莉，钟真宜

(1.广东环境保护工程职业学院环境工程学院，广东 佛山 528216；2.北京市农林科学院植物保护研究所，北京 100097)

三氯生(triclosan, TCS)和三氯卡班(triclocarban, TCC)是常见的医药品和个人护理用品 (pharmaceuticals and personal care products，PPCPs)类新兴环境有机污染物，与皮肤有极好的相容性，脂溶性强，易穿过细胞膜，对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌、酵母菌、病毒等都具有高效抑杀作用，作为广谱性抗菌剂已被广泛添加在日用品中(如肥皂、洗面奶、洗发水、洗洁精、护手乳、牙膏、化妆品以及玩具等)长达几十年[1-2]。这些TCS和TCC污染物会随着人类活动如洗漱、淋浴、卫生、消毒等进入固废或水体中，最终大部分进入污水处理厂，而污水处理厂的出水及底泥可能会被再次用于农业生产，造成TCS和TCC污染物进入土壤，并通过淋溶渗滤的方式再次进入水体环境[3]。随着TCS和TCC年消耗量的不断增加和化学分析检测技术的日益进步，近年来TCS和TCC相继在多种环境介质(地表水[4]、地下水[5]、底泥[6]、沉积物[7]、土壤[8-9])及生物体[10]中被检出，且检出率和检出含量越来越高。毒理研究显示，环境中残留的TCS和TCC对生物体具有明显的细胞毒性、神经毒性、遗传毒性等毒性效应，可通过食物链的方式在生物体内富集，可能会引发包括癌症、生殖功能障碍和发育异常等病症在内的诸多问题[11-13]，其对生态环境及人体健康存在潜在威胁，已引起广泛关注。

相对于水体和生物体，土壤和沉积物是新兴环境有机污染物更为重要的储存场所[14]，尤其是0～30 cm深度的表层土壤。当前关于土壤TCC和TCS污染的研究较少，已有研究主要关注再生水灌溉区及污泥农用区土壤的污染状况[15]。针对区域不同土地利用类型土壤中TCC和TCS的污染特征及生态风险的研究鲜见报道。因此，在当前PPCPs类污染物环境安全问题受到日益关注的背景下，开展代表性区域土壤中TCC和TCS的污染特征及生态风险研究，对土壤TCC和TCS的污染分析与防治具有重要意义。

佛山是粤港澳大湾区重要节点城市，在广东省经济发展中处于领先地位。该地区以PPCPs为生产原料的日用化学品及工业产业比重较高，人口密度大，TCS与TCC使用范围广泛。然而，当前针对佛山地区土壤中TCS与TCC的污染特征、污染来源及潜在风险的研究还比较缺乏。笔者以佛山不同土地利用类型区(工业用地、农业用地、绿化用地、河道两侧土壤)表层土壤为研究对象，旨在分析土壤中TCS与TCC污染特征、影响因素及其来源，并运用风险熵值(risk quotients，RQ)法评估其生态风险，以期为当地环保部门制定合理的土壤污染总量控制方案及TCS和TCC污染风险管理提供基础理论数据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与预处理

根据HJ/T 166—2004《土壤环境监测技术规范》，于2020年11—12月在佛山地区采集21个0～20 cm表层土壤样品，根据不同土地利用类型设置采样点，并用GPS定位。设置的典型区域为绿化用地(1#～3#)、工业用地(4#～8#)、农业用地(9#～17#)、河道两侧土壤(18#～21#)。采样点地理坐标为22°57′40″～23°05′12″ N，112°51′21″～113°15′18″ E，具体分布见图1。

图1 佛山地与表层土壤样品采样点示意Fig.1 Spatial distribution of soil samples of the study area

采集前先去除地表砾石及动植物残体，每个采样点区域大约为100 m2。采用五点法进行采样，将5点土样均匀混合，然后用四分法去除多余土样，每个土样采集量约500 g。土壤样品在室温下风干，并拣出小石子和植物根，研磨过100 mm孔径筛，低温保存待分析。

1.2 土壤有机质与pH值的测定

土壤有机质含量采用低温外热重铬酸钾氧化-比色法测定，pH值采用PHS-1型酸度计(美国Orion奥立龙公司，±0.1%)[16]测定。

1.3 土壤TCS与TCC含量测定

1.3.1实验材料

药剂：三氯生、三氯卡班标准品(纯度w=100%)，购自百灵威科技有限公司(AccuStandard产品)，C18净化剂购自博纳艾杰尔科技有限公司，实验用水均为Milli-Q超纯水，甲醇、乙腈、甲酸为色谱纯。

主要仪器：Waters Acquity UPLC串联Xevo TQD超高效液相色谱-质谱联用仪，UMV-2多管漩涡混合器，ME155DU梅特勒电子分析天平，TDZ5-WS台式低速离心机，H1650-W台式高速离心机。

1.3.2检测方法

样品前处理：取均匀样品10.0 g(精确至0.01 g)于 50 mL离心管中，加入 10 mL体积比1∶1的乙腈水，剧烈振摇混匀，高速涡旋5 min后，加入3 g氯化钠，剧烈振摇混匀，高速涡旋5 min后，以5 000 r·min-1离心5 min(离心半径15.7 cm)，移取1.5 mL离心上清液于 2 mL离心管中，并加入200 mg C18进行净化，涡旋2 min后，以12 000 r·min-1离心2 min(离心半径8.6 cm)，离心上清液过0.22 μm孔径有机相滤膜，待上机测定。

超高效液相色谱条件：色谱柱Waters Acquity TM HSS T3(2.1 mm×100 mm，1.8 μm)；流动相为甲醇(A)和φ=0.1%的甲酸水溶液(B)，流速为0.2 mL·min-1，进样体积3 μL，柱温40 ℃。梯度洗脱程序：试验初始，为70%A；0～3.0 min时，由70% A线性增加至80% A；3.0～4.0 min时，由80% A线性增加至90% A；4.0 ～5.0 min时，由90% A线性回落到起始的70% A；5.0～6.5 min时，保持起始的70% A 0.1 min。

质谱：电离源为电喷雾电离源(ESI)，检测方式为多反应监测(MRM)离子模式，正离子检测；去溶剂气和锥孔反吹气流速分别为700和5 L·h-1，气体均为高纯氮气；碰撞气流速为0.08 mL·min-1，维持碰撞池压力约为330 Pa，气体为氦气；去溶剂辅助加热温度为400 ℃；源温度为350 ℃；毛细管电压为3.5 kV。

1.4 质量控制

采用美国环保局(USEPA)推荐的质量控制方法，包括方法空白、加标空白、溶剂空白或仪器空白和样品平行样，所有空白和样品都进行相同处理。结果显示，空白样品中无待测化合物或是低于检测限，样品平行样相对标准偏差在10%以内；TCS和TCC组分的加标回收率为70.2%～126.3%，检测限均为0.01 mg·kg-1。

1.5 生态风险评估方法

TCS和TCC属于PPCPs类新兴污染物，其生态毒理数据相对缺乏，采用欧盟2003年颁布的风险评价导则中介绍的风险熵值评估模型进行风险表征[17]。该方法是将实际检测或由模型估算出来的环境暴露含量与表征该物质危害程度的毒性数据相比较，从而得到RQ值，计算方法为土壤中定量检测出的环境暴露含量(environmental exposure concentration,EEC)与预测无观察效应含量(predicted noeffect concentration，PNEC)的比值，由慢性毒性测试结果(NOEC/LOEC/EC10)除以评价因子(assessment factor，AF)取值10或急性毒性测试结果(LC50)除以1 000获得[18]。生态毒理数据来自公开发表的文献，数据筛选遵循可靠性、相关性和精确性原则，当缺乏慢性毒理数据时，用急性毒性毒理数据半致死含量(median lethal concentration，LC50)代替，如果同一物种的一个测试终点有多个数据时，取所有数据的几何平均值，如出现异常值则将其去除。RQ值<0.1时，表明污染物对环境存在低风险，对环境影响小，相对安全；RQ值为0.1～<1时，表明污染物对环境存在中等风险，需进行观察；RQ值≥1时，表明污染物对环境风险较高，对土壤环境有危害性，需要采取相应的风险削减措施[19]。

1.6 数据处理

主要采用Excel 2010、SPSS 18.0、Photoshop、ArcGIS 10.0等软件进行数据分析。

2 结果与讨论

2.1 TCS与TCC的含量分布特征

分析测试结果(图2、表1)表明，在佛山不同土地利用类型区21个表层土壤采样点中，有14个样点检出TCS，检出率为66.67%，有18个采样点检出TCC，检出率为85.71%，检出率较高。应对其来源及使用方式进行深入调查分析，加强区域TCS与TCC污染防控管理，保障区域生态系统及居民健康安全。

由表1可知，表层土壤中TCS含量为未检出(ND)～6.62 μg·kg-1，其中19#、18#、5#以及7#样点含量较高，分别为6.62、1.64、0.86、0.35 μg·kg-1，其中19#、18#样点分布在河道两侧土壤，5#、7#样点为工业用地；TCC含量范围为ND～9.11 μg·kg-1，河道两侧土壤18#、19#样点含量较高，分别为9.11、4.36 μg·kg-1，其次为位于农业用地的13#样点(0.77 μg·kg-1)和位于工业用地的5#样点(0.61 μg·kg-1)。

图2 佛山表层土壤中TCS和TCC含量空间分布情况Fig.2 Spatial distribution of TCC and TCS concentrations in topsoils of the study area

表1 佛山各土地利用类型区表层土壤TCS和TCC含量

佛山市区不同区域表层土壤中TCS与TCC含量差异明显，其中TCC含量在9#、11#、16#样点较低；TCS含量在1#、2#、3#、12#样点较低，4#、10#、14# 样点TCS与TCC均未检出，这些样点主要集中在佛山市西北和东南区域，说明上述区域土壤TCC与TCS污染较轻，土壤相对安全。而佛山北部地区TCS和TCC含量均较高，主要集中在南海区，该区为佛山工业发展的主要区域，人口相对密集，此区域表层土壤中TCS和TCC含量较高可能与该区大量人口使用个人洗护用品有关。从整体情况来看，所有样点中TCC含量占61.18%，TCS含量占38.82%，可知TCC污染物含量更高、分布更广。

不同土地利用类型区表层土壤中TCS和TCC含量存在一定差异，研究区内TCS和TCC含量水平与其他地区土壤处于同一数量级[20-26]。对比(表2)可知，研究区内土壤TCS 和TCC含量高于中国盆地未用污水灌溉区域，略小于广州、河北的污水农用土壤；与美国大急流域附近农田土壤、污水灌溉区土壤，墨西哥Tula Valley地区再生水灌溉区以及西班牙格拉纳达平原污泥农用区土壤相比，含量相差不大，而TCC含量低于美国弗吉尼亚地区农田土壤。

表2 不同地区表层土壤中TCS 和TCC含量比较

2.2 土壤理化性质与TCS和TCC含量的相关性分析

TCS和TCC在土壤中的残留受多种因素影响，包括土壤类型、土壤环境条件、土壤中生物固体存在状况以及栽培植物种类等。TCS和TCC的辛醇-水分配系数为4.8，具有强亲脂性，极易溶于非极性介质以及被生物体细胞吸收[27]。土壤有机质与TCS、TCC的Pearson相关性分析(表3)表明，土壤中TCS、TCC与有机质含量存在显著正相关关系(P<0.01)，相关系数分别为0.745、0.716，根据相似相容原理，有机质含量越高，其固定具有疏水基团的能力也越强[28]，由此可知该区域土壤有机质含量是决定TCS和TCC分布的主要因素。

表3 土壤有机质含量、pH值与TCS和TCC含量的相关性分析

一般来说，pH值越低，土壤对有机污染物的吸附能力越强。其主要原因有二，一是对土壤中微生物群落产生影响，从而影响微生物对有机污染物的降解作用；二是通过改变污染物和土壤组分的电荷特性，从而改变两者的吸附、络合、沉淀特性，导致污染物含量发生改变[29]。pH值与TCS和TCC含量呈正相关，但相关性不显著，表明该研究中土壤pH值不是影响土壤TCS和TCC含量分布的重要因素。同时发现，TCS与TCC含量具有显著相关性(r=0.625，P<0.01)，它们之间可能具有相同或相近的源。

2.3 生态风险评估结果

生态风险评估可定量预测各种环境危害对生态系统产生不利影响的可能性，评估该影响的可接受程度，可作为生态环境风险管理与决策的定量依据[30]。该研究利用生态风险熵值法，对佛山不同土地利用类型表层土壤中TCS和TCC生态风险进行初步分析。通过文献资料收集整理TCS和TCC的生态毒性数据，发现当土壤中TCS和TCC含量达到一定值后，会抑制植物或动物的生长。有资料(表4)显示，TCS对水稻的EC10值为27 mg·kg-1，且当TCS含量达10 mg·kg-1时，土壤呼吸作用在前4 d会受到严重抑制，之后会渐渐恢复。当前，对于TCC的陆生生态毒性数据较为缺乏，仅知其对于蚯蚓(Eiseniafetida)的LC50值为40 mg·kg-1，由此可利用评价因子法计算PNEC值。选择平均含量和最大含量这2种环境实测含量，分别计算TCS和TCC的RQ值，根据平均暴露含量(表4)可知，土壤中TCC的RQ值大于TCS。土壤中TCC对蚯蚓的最大暴露含量RQ值为0.228，在0.1～<1之间，表明其对于蚯蚓的生长可造成中等风险，需引起关注。TCS对水稻的最大暴露含量RQ值为0.002 45，小于0.1，表明此区域土壤对水稻生长产生的生态风险较小，土壤环境相对安全。

表4 佛山地区表层土壤中TCS和TCC的生态风险评估结果

2.4 生态风险空间分布特征

由图3可见，4#、10#、16#样点RQ值为0，说明这些样点所在区域不存在TCC与TCS风险。所有样点TCS的RQ值<0.1；对于TCC，有2个采样点的RQ值在0.1～<1之间，存在中等风险，主要分布在18#、19#采样点，均为南海工业区河道附近土壤，需重点关注。分析原因，该区域经济发达，人口密集，属于PPCPs类污染物易污染区域。其他样点中TCC的RQ值均小于0.1，生态风险较小，土壤环境相对安全。对于TCC含量较高的2个采样点区域需开展进一步调查与分析。

图3 土壤各采样点TCS和TCC的生态风险熵值Fig.3 TCS and TCC ecological risk quotient (RQ) of various soil sampling sites

3 结论

(1)对佛山不同土地利用类型土壤中TCS、TCC的污染调查及生态风险评估显示，TCS、TCC的检出率分别为66.67%、85.71%，含量范围分别为ND～6.62、ND～9.11 μg·kg-1。土壤有机质是影响TCS和TCC分布的重要因素，pH值对TCS和TCC含量分布影响较小。

(2)生态风险熵值(RQ)计算结果显示，土壤中TCC的生态风险略大于TCS。21个土壤采样点中TCS的RQ值均小于0.1，表明此区域内TCS的生态风险小，土壤环境相对安全；18#、19#样点TCC的RQ值分别为0.228、0.109，在0.1～<1之间，可知该区域土壤存在中等生态风险，其原因可能与当地经济发展、人口密度及废水排放途径有关，应对其来源及潜在生态风险进行深入研究。