EST | 蚯蚓中氟烷基磺酰胺基共聚物的赋存和归趋：污泥应用是生物利用性、转化和潜在影响

迄今为止，关于聚合全氟及多氟烷基物质（PFAS）的赋存、环境水平和归趋存在相当大的知识和数据空白。本研究在实验室培养的蚯蚓（Eisenia fetida，暴露实验和对照一式三份）中评估了C4-和C8-氟烷基磺酰胺基（FASA）共聚物的可用性、积累和转化。此外，还对污泥改良土壤中的蚯蚓（18个混合样品）进行了实地研究，以评估污泥改良土壤、所施用污泥（n = 3）以及在此期间田间土壤（n = 4）中FASA基共聚物的环境影响。在实验室研究中，蚯蚓吸收的C8-FASA基共聚物的干重浓度为19~33 ng/g，C4-FASA基共聚物的干重浓度为767~1735 ng/g。与具有较短侧链长度的共聚物（C4，平均BAF值为0.02）相比，具有较长全氟化侧链长度的共聚物（C8，平均BAF值为0.7）具有更高的土壤生物群积累系数（BAFs）。在暴露于C8-FASA基共聚物后的蚯蚓中检测到了全氟辛烷磺酰胺乙酸（FOSAAs）和全氟辛烷磺酰胺（FOSA），包括支链和直链异构体。在暴露于C4-FASA基共聚物的蚯蚓中检测到全氟丁烷磺酰胺（FBSA）和全氟丁烷磺酸（PFBS）两种代谢物。虽然不能排除共聚物配方中存在其他单体或杂质，但目前的实验室研究表明，FASA基共聚物可能通过转化成为环境中较低分子量PFAS的间接来源。研究表明，田间污泥改良土壤比未处理土壤中C8-FASA基共聚物的干重浓度更高（分别为32 ng/g和11 ng/g），并且在污泥改良土壤中生活的蚯蚓比在未处理土壤中生活的蚯蚓的PFAS干重浓度更高（分别为566 ng/g和103 ng/g）。这些发现表明污泥的应用是PFAS进入环境的潜在途径。

全氟和多氟烷基物质（PFAS）一直是环境、野生生物和人类健康的担忧。由于全氟烷基酸（PFAAs）具有持久性、毒性、生物累积潜力以及在环境中普遍存在，对PFAS的环境研究主要集中在PFAAs上。生物群中检测到的PFAAs可能是历史上广泛应用的结果，或由其他前体化合物的转化和生物累积潜力作为间接来源。关于新发现的PFAS，在其赋存、环境水平和归趋方面存在相当大的知识和数据空白，特别是在生物利用度、生物累积和生物转化方面，几种新发现的PFAS如具有叔胺或季铵基团的PFAS、多氟甜菜碱和侧链氟化聚合物等是环境中PFAAs的潜在前体。

目前氟化聚合物是全球市场上PFAS最大的份额之一，但对其环境影响的研究仍然有限。其中侧链氟化聚合物是指非氟化聚合物主链上连接有全氟/多氟化侧链。3M公司（PFAS的主要生产商之一）的Scotchgard品牌于2000年初逐步用较短链的同系物取代基于全氟辛烷基（C8）成分的产品。检测表明Scotchgard在2002年前后的配方中使用的可疑侧链氟化共聚物的氟化侧链长度存在差异，2002年之前的配方中为C8-FASA基共聚物（CAS号：21055-88-9），具有两个乙基全氟辛烷磺酰胺（EtFOSA）侧链，2002年之后的配方中为C4-FASA基共聚物（确切分子结构尚未确定），具有甲基全氟丁烷磺酰胺（MeFBSA）侧链。

C4-和C8-FASA基共聚物已在生物固体增强土壤、沉积物、生物固体和污泥等不同基质中被发现。已有研究表明这些FASA基共聚物很容易被土壤颗粒吸附，且蚯蚓在生物固体改良土壤中能够吸收其他类型的PFAS，我们想检验上述共聚物在污泥改良农业土壤中能否被陆地生物（如蚯蚓）所利用。因此了解这些FASA基共聚物的潜在环境行为和生物利用度非常重要。本研究旨在加深对土壤-蚯蚓系统中两种FASA基共聚物的赋存和归趋的了解。本研究将实验室培养的蚯蚓（Eisenia fetida）暴露于FASA基共聚物强化土壤中，以评估其生物利用度、生物累积性和生物转化性。此外，还研究了FASA基共聚物在污泥改良农田中的环境归趋，以了解它们作为PFAA污染间接来源的潜力。

1.实验室研究

暴露期后，暴露于C4-和C8-FASA基共聚物的蚯蚓生长分别减少-24%和-26%，繁殖分别减少-29%和-27%，表明暴露于该共聚物和/或其转化产物可能会影响蚯蚓生长，但由于该实验重复次数少且具有明显的变异性，还需进一步研究。

2. 生物利用度

暴露28天后，在对照组蚯蚓和土壤中均未检测到FASA基共聚物。FASA基共聚物的累积水平可以氟化侧链当量（FSC eq）表示。蚯蚓中C8-FASA基共聚物浓度767~1735 ng/g dw（6.3~14 ng FSC eq/g dw），C4-FASA基共聚物浓度19~33 ng/g dw（0.58~1.0 ng FSC eq/g dw），蚯蚓体内C8比C4-FASA基共聚物浓度高出50倍，可能是由于C8-FASA基共聚物具有较高的积累潜力，或C4-FASA基共聚物具有更高的降解率/净化率/清除率，需要进一步研究来确定共聚物丰度差异的影响因素。

3.生物转化

提取并分析暴露实验中的蚯蚓和土壤的阴离子和中性PFAS，以评估转化产物。在对照组和暴露于C4-FASA基共聚物土壤中未发现可检测到的阴离子和中性PFAS，暴露于C8-FASA基共聚物土壤中发现的唯一潜在代谢产物是甲基全氟辛烷磺酰胺乙酸（MeFOSAA），直链和支链异构体平均浓度分别为0.36 ng/g dw和0.09 ng/g dw，表明土壤中发生了微生物代谢降解。某些情况下土壤中C8-FASA基共聚物的测量浓度高于理论值，表明其在土壤中分布不均匀，未对土壤中的PFAS进行质量平衡是本研究的局限性。

在对照组和空白蚯蚓中发现了两种PFAA（PFOA和PFOS），导致方法检测限（MDL）升高。除共聚物外，在暴露组的蚯蚓中还观察到了几种PFAS：在暴露于C4-FASA基共聚物的蚯蚓中检测到代谢物全氟丁烷磺酰胺（FBSA，3.2~3.7 ng/g dw）和全氟丁磺酸（PFBS，1.1~1.6 ng/g dw），在暴露于C4-FASA基共聚物的蚯蚓中检测到代谢物乙基全氟辛烷磺酰胺乙酸（EtFOSAA，直链和支链异构体的总浓度为 0.27~0.32 ng/g dw）、总MeFOSAA（11~9.8 ng/g dw）、总全氟辛烷磺酰胺（FOSA，2.9~3.7 ng/g dw) 和直链FOSAA (0.15~0.24 ng/g dw)。

图2显示了蚯蚓接触FASA基共聚物28天后发现的生物转化产物。C4-FASA基共聚物的主要产物是FBSA（71%）和PFBS（29%），C8-FASA基共聚物的产物中FOSA以直链（23%）和支链（4%）存在。此前已有关于FASA基共聚物的体外代谢研究报道过与直链FOSA和FBSA类似的生物转化产物，本研究中检测到的FOSA异构体可能是由C8-FASA基共聚物的异构体导致。

C8-FASA基共聚物具有两个EtFOSA侧链（图 S1），C4-FASA基共聚物具有MeFBSA侧链。已观察到EtFOSA在蚯蚓中的转化产物为FOSAA、FOSA和PFOS，预计MeFBSA也有类似生物转化途径，观察到暴露于C4-FASA基共聚物的蚯蚓体内PFBS水平提高，支持了这一途径。在暴露于C8-FASA基共聚物的蚯蚓体内发现了几种FOSAAs（FOSAA 1%、MeFOSAA 71%、EtFOSAA 2%），但PFOS浓度低于MDL，可能是由于一种缓慢转化或本实验的MDL较高。

MeFOSAA在C8-FASA基共聚物的转化产物中占最大比例，直链和支链异构体分别占比64%和7%。此前研究发现DiSAmPAP（具有EtFOSA侧链的PFOS前体）的生物转化产物为EtFOSE、EtFOSAA、FOSAA、EtFOSA、FOSA和PFOS。目前拟议的C8-FASA基共聚物的转化途径与DiSAmPAP不一致的原因可能由于几个假设：该共聚物和DiSAmPAP侧链的连接不同；被确定为MeFOSAA的转化产物可能有不同结构但有相同的m/z，在质谱上无法区分；样品制备（包括提取和净化过程）可能导致不太稳定的中间转化产物损失；由于酶促转化作用于分子多个位点，途径识别可能有误。

4. 生物积累

共聚物的累积潜力用BAF值表示，BAF值的估算采用两种方法：采用土壤中的理论浓度（理论BAF）和测量浓度（测量BAF）。对于C4-和C8-FASA基共聚物的理论BAF分别为0.009~0.012和0.38~0.87，测量BAF分别为0.009~0.015和0.24~0.46。C8-FASA基共聚物的BAF值与PFOA（C8）的范围相同。C4-FASA基共聚物的平均值比C8-FASA基共聚物低50倍，可能表明后者具有更高的生物利用度，其积累量较高的原因可能是由于氟化侧链较长，这与PFAAs在蚯蚓体内累积潜力的实验室研究一致。

与其他PFAAs相比，FASA基共聚物的积累能力较低，可能是因为他们的分子量较大，或可降解为其他产物。影响FASA基共聚物生物利用度的其他因素可能是化合物的官能团、结构和暴露浓度，已观察到积累潜力随暴露水平的增加而减少。需要进一步研究其积累潜力是否具有浓度依赖性，评估其生物累积动力学、机制和影响陆地生物吸收率的因素。需要进一步研究PFAS的整体生物累积动力学和转化机制，其中关于PFSAs和PFCAs前体（例如其他类型的氟化聚合物）的部分存在主要知识空白。

5. 实地研究

根据实验室研究结果，陆地生物可能会吸收污泥中的这些共聚物并转化为其他PFAS。在农田施用的污泥中检测到C8-和C4-FASA基共聚物的含量分别为0.11~0.16和5.5~6.6 ng FSC eq/g dw。施用污泥前，在土壤中未检测到该共聚物，施用污泥后，在未施用和施用污泥的土壤中都发现了两种共聚物。与未处理的土壤（0.25 ng FSC eq/g dw）相比，经污泥改良的土壤（0.9 ng FSC eq/g dw）中C8-FASA基共聚物浓度显著升高，表明污泥的施用是C8-FASA基共聚物的一种暴露于环境的途径。在施用/未施用污泥的土壤中C4-FASA基共聚物水平无显著差异（0.040与0.043 ng FSC eq/g dw）。

在所有测试组的蚯蚓中均未检测到FASA基共聚物，可能是因为与暴露测试相比田间土壤中共聚物浓度范围较低，或蚯蚓已将其转化为其他PFAS，或其在自然气候条件下不稳定而转化为其他形式，还需要更多稳健性检验。

在未处理和污泥改良土壤中的蚯蚓中检测到了大量阴离子和中性PFAS，所有PFAS的总含量80~742 ng/g dw，其中PFSA占比最高（50~583 ng/g dw）。未处理土壤比污泥改良土壤中蚯蚓的浓度低五倍，表明污泥的应用是PFAS污染的来源之一。在两组采样时间点蚯蚓的PFAS水平升高，未处理土壤中由85到139 ng/g dw，污泥改良土壤中由434到742 ng/g dw，说明PFAS在蚯蚓体内随时间积累，或可由前体化合物转化。

在未处理和污泥改良土壤中的蚯蚓中均检测到所有FASA基共聚物的潜在转化产物，与未处理土壤相比，污泥改良土壤中蚯蚓的含量均显著更高（图3）。C4-FASA基共聚物的潜在转化产物（FBSA和PFBS）占PFAS总量的0.7%，C8-FASA基共聚物的潜在转化产物（FOSA和FOSAAs）占PFAS总量的1.4%。含量最高的PFAS是PFOS，占所有PFSAs的59~74%。根据实验室研究，PFOS可能是C8-FASA基共聚物的转化产物之一。然而，几种PFOS前体的存在会影响蚯蚓中PFOS的水平，且在蚯蚓中检测到其他几种PFAS，包括PFCAs前体（例如FTSAs），使得很难明确评估FASA基共聚物对污泥改良土壤蚯蚓中PFAS水平升高的贡献。

6. 环境影响

这是首个关于这些共聚物在蚯蚓中的生物利用度、生物积累和生物转化的研究，还需进一步研究土壤转化、积累和消除阶段的动力学数据、吸收过程是否达到稳态。

我们的研究结果表明，尽管这两种共聚物的体积大、疏水性高，他们均可在蚯蚓体内生物转化为其他低分子PFAS。实验结果表明，C4-和C8-FASA基共聚物对蚯蚓具有生物利用度，C8-FASA基共聚物可代谢为FOSAAs和FOSA，C4-FASA基共聚物可代谢为FBSA和PFBS，说明这两种共聚物可能是环境中其他PFAS的重要而被忽视的间接来源，强调了在监测研究中纳入这类化合物的重要性。然而，本研究存在一些局限性，例如，不能排除共聚物配方中存在其他单体或杂质可能会影响转化产物；提取和纯化也可能导致转化产物的损失。

此外，此前有报道称，污泥中含有高水平的PFSA和PFCAs前体，包括这些FASA基共聚物。蚯蚓在周围土壤中生活和取食，预计会受到施用于农业土壤的污泥影响。与未处理的土壤相比，污泥改性土壤中C8-FASA基共聚物的水平有所提高；与未处理土壤中的蚯蚓相比，污泥改良土壤中蚯蚓的PFAS水平显著增加，其中包括FASA基共聚物的转化产物。这些观察结果表明，污泥作为肥料是FASA基共聚物污染和暴露的潜在途径。由于已观察到前体化合物（例如diPAP）是污泥中PFAS含量的主要贡献者，因此可能还存在其他侧链氟化聚合物。一个常见和重要的讨论是关于侧链氟化聚合物的稳定性及其在环境中成为其他PFAS间接来源的可能性。本研究和数量有限的其他研究结果证实，侧链氟化聚合物可以被降解，并在环境中形成阴离子和中性低分子PFAS。本研究目前只研究了两种FASA基共聚物，由于氟化聚合物的产量很高，因此对这类被忽视的PFAS进行更多的生物利用度和降解的研究至关重要。