江桂斌院士、赵进才院士以及环境化学领域知名专家在化学进展发表封面文章：新污染物

文摘 2025-01-16 12:41 广东

近期，江桂斌院士、赵进才院士以及环境化学领域知名研究者王亚韡、刘建国、潘丙才、韦斯、杨瑞强、张干、戴家银、祝凌燕、刘国瑞、蔡亚岐、史建波、方明亮、应光国、张全、陈达、陈景文、周炳升、盛南、裘文慧、廖春阳等共同撰写了综述文章”新污染物”（“Emerging Pollutants”），详细总结了新污染物的种类特征、生产使用与排放、识别与鉴定、环境赋存、迁移转化、生态毒理效应、人体暴露与健康风险、治理策略等内容，并展望未来研究方向,以期为我国新污染物治理提供科学依据和决策支持。相关综述作为封面文章发表于化学进展第11期。论文《新污染物》系统全面地探讨了新污染物相关问题，包括其种类特征、生产排放、识别鉴定、环境行为、生态毒理、健康风险、治理策略等方面，为新污染物治理提供科学依据与决策支持。

新污染物概述

1.定义及特征：新污染物通常是能引起毒性和健康危害的人工或自然化学品及微生物，来源广泛，包括工业生产、农业活动等，具有来源复杂、赋存多样、危害隐蔽等特点，给环境和健康带来潜在风险。

2. 典型新污染物

- 全氟化合物（PFAS）：具有良好化学稳定性和表面活性，广泛应用于多领域。其在环境中普遍存在，可在生物体内蓄积并产生毒性，如影响生殖发育、内分泌和免疫功能等。部分 PFAS 已被列入公约管控，替代品研发也在进行中。

- 溴系阻燃剂（BFRs）：用于降低产品易燃性，在大气、水等环境介质及生物体内广泛检出。具有内分泌干扰效应，会对水生和陆生生物繁殖发育产生负面影响，部分传统 BFRs 已被淘汰，新型 BFRs 的环境影响需持续关注。

- 氯化石蜡（CPs）：大规模应用于多种工业产品，全球产量高。在环境中分布广泛，具有持久性、生物蓄积性和生态毒性，但部分相关研究尚不完善，如毒性及动力学机制不清晰，其全球产量和排放问题也需进一步研究。

- 环境内分泌干扰物（EDCs）：可干扰内分泌系统，影响生物生殖发育等功能，种类繁多，来源广泛。已在多环境介质中检出，对野生动物和人类健康均有潜在危害，各国开展了相关筛查和研究工作。

- 药品和个人护理品（PPCPs）：使用量大，排放途径多样，在水环境、土壤、室内灰尘和空气等环境介质中均有检出，可通过生物累积和食物链传递对生物和人类产生危害，其生态环境风险和分析去除方法是研究重点。

- 微塑料：粒径小于 5mm，分为原生和次生来源，在多生态系统中广泛存在。具有独特性质，可吸附其他污染物，进入生物体内产生毒性，影响生态系统碳循环，但真实环境中的生态效应和健康风险还需深入研究。

- 抗生素及抗性基因：抗生素使用广泛，部分会随污水等排放进入环境，在环境中频繁检出，且不同国家和地区的污染浓度存在差异。抗生素抗性基因可在细菌间转移传播，其环境持久性和扩散风险引发关注。

新污染物的生产、使用与排放

1. POPs

- 有机氯 POPs：如 SCCPs 和 MCCPs 是主要的生产和使用量大的 POPs，应用于多个行业，在全球和我国的生产、使用及排放情况各有特点，部分已被公约管控，一些仍在使用但产量呈下降趋势。

- 有机溴 POPs：包括 PBDEs 和 HBCD 等，在全球有一定生产和使用历史，主要应用于电子等行业，已被逐步纳入公约管控，其替代品的环境影响也受到关注。

- 有机氟 POPs：PFAS 是研究热点，部分如 PFOS 和 PFOA 已被列入公约，其生产、使用和排放研究不断深入，但仍存在信息不足问题，尤其是长链 PFAS。

- 无卤素 POPs：如 UV - 328 是首个列入公约的无卤素 POPs，在多行业应用，其排放估算研究有限。

2. 抗生素

- 生产和使用：种类繁多，全球和我国的生产使用量都较大，且使用量呈增长趋势，不同国家和地区的使用分布有差异，我国在相关管控政策下使用量有所下降。

- 排放与污染浓度：排放量估算困难，不同研究结果差异大。在全球水环境中广泛检出，污染浓度在不同国家和地区不同，且各类抗生素的环境浓度与使用量大小关系不一致。

3. 内分泌干扰物

- 使用情况：广泛应用于多种产品，在不同产品中具有不同功能，如增塑剂、加工助剂、添加剂等。

- 生产情况：部分在我国产量较高，一些发达国家已禁止生产部分 EDCs。

- 释放情况：在产品生产、使用和处置阶段通过多种途径释放，释放量数据有限，不同 EDCs 的释放情况各有特点。

新污染物的识别与鉴定

1. 非靶向分析技术

- 前处理技术：非靶向分析注重化合物覆盖广泛化，液体样品常用液液萃取和 SPE 等方法，土壤等样品用溶剂提取，部分方法会考虑生物有效性。

- 仪器分析技术：高分辨质谱是关键，其分辨率和准确度影响分析结果，不同类型的高分辨质谱各有优缺点。扫描方式多样，可与多种色谱技术联用。

2. 数据处理与分析策略

- 清单筛查策略：包括监管数据库、毒性物质和历史研究数据清单筛查，也可用于筛查未知转化产物，但存在覆盖度有限的问题。

- 结构特征导向分析策略：如同系物法、特征碎片离子法、同位素分布法等，可用于识别特定结构的污染物，但适用范围有限，分子网络技术可拓展其适用范围。

- 知识导向分析策略：包括数据特征导向和实验设计导向分析，可筛选相关物质，常与其他方法结合使用。

- 质谱数据的结构鉴定：采用 5 级置信水平注释物质结构，多种软件平台可预测物质结构，但仍存在不足，多平台预测可提高准确性。

3. 技术应用

- 污染物新结构的发现：非靶向研究可发现新污染物结构，如在 PAHs、PFAS、OPEs 等污染物研究中取得进展。

- 新污染物分子转化过程解析：有助于了解新污染物转化过程，非靶向分析耦合分子网络技术可提高识别通量，但转化途径和产物需进一步验证。

- 基于效应导向分析的新污染物识别与诊断：可直接发现关键毒物，但目前存在目标毒性选择随意等问题，新方法有望提高筛查精准度。

4. 展望：非靶向分析技术面临结果差异、数据处理等挑战，需标准化、开发新方法和模型，同时要关注其他类型新污染物的识别与鉴定技术发展。

环境水平与分布特征

1. 区域分布特征

- 呈现明显的区域聚集性：新污染物分布与人类活动密切相关，如 PFAS、溴系阻燃剂、CPs 等在垃圾填埋场、电子垃圾拆解地等场地有明显聚集，且部分污染物人体暴露具有区域特征。

- 与行业类型分布密切相关：不同新污染物与特定行业紧密相连，如 PFAS 与氟化工等行业、溴系阻燃剂与阻燃剂生产和电子废弃物拆解行业、CPs 与相关加工行业的分布关系明显。

2. 环境介质赋存特征：PFAS、EDCs、PPCPs 等新污染物在大气、土壤、水等环境介质中频繁检出，水环境是主要“汇”，不同污染物在各介质中的赋存情况不同，且部分污染物在地下水中污染具有隐蔽性和持久性。

3. 生物富集和累积效应：PFAS 和 CPs 与传统 POPs 的生物富集和累积机制有差异，其生物富集因子与化合物结构和生物种类等有关，在食物链上的放大效应也因化合物和食物链不同而不同，相关研究仍需深入。

环境迁移转化、源汇机制

1. 水环境中新污染物的多介质过程与归趋

- 水中新污染物的来源：PPCPs、EDCs、PFAS 等的广泛使用及污水排放是主要来源，还有多种其他途径使污染物进入水环境。

- 水中新污染物的迁移与分配：受水动力条件（平流、扩散、弥散）和吸附分配（受 $K_{oc}$、$K_{ow}$、$K_{d}$ 等系数影响）等因素影响，这些因素决定了新污染物在水环境中的时空分布和迁移情况。

- 水中新污染物的生物与非生物转化：包括生物降解、光降解和水解等过程，会产生不同代谢产物，部分产物毒性可能更强，需关注其环境危害特征。

2. 新污染物在土壤 - 植物系统中的迁移转化

- 吸附与解吸：受新污染物性质和土壤理化特征影响，涉及多种作用方式，如疏水作用、氢键、静电作用等，植物残体和根系分泌物也会影响该过程。

- 植物吸收：主要有质外体和共质体途径，受污染物浓度、结构、植物品种和生长阶段等因素影响，MPs 的植物吸收研究有一定进展但仍存在难点。

- 植物转化：分为直接降解矿化和修饰增加水溶性两类，植物体内多种酶参与降解过程。

- 根际降解：植物根际微生物可降解部分新污染物，如磺胺、DOP、OPEs 等，但 PFAS 和 MPs 微生物降解难度大，植物在其降解过程中的作用有待研究。

- 植物介导新污染物的非生物降解转化：植物可通过泌氧和根系分泌物等方式介导非生物降解转化过程，但新污染物在土壤 - 植物系统中的研究存在普适性结论难形成等难点。

3. 新污染物的大气环境过程

- 气 - 粒分配：对新污染物大气环境过程有重要影响，传统理论有一定局限性，部分污染物存在超富集现象，湿度等因素对分配有影响，不同粒径颗粒物的气 - 粒分配研究存在差异。

- 大气转化：主要通过与羟基自由基反应转化，产物会成为大气中 SOA 的一部分，目前对其反应速率等了解较少，转化产物毒性受关注。

- 大气长距离迁移：大气是迁移主要载体，温度和环流是主要动力，通过多种方法研究其迁移，南北极和青藏高原等的监测提供了迁移证据。

- 干 - 湿沉降：是大气环境命运的最后环节，对新污染物尤其是转化产物有清除作用，PFAS 和微塑料的大气沉降是研究热点。

4. 新污染物区域环境归趋的数值模拟

- 多介质模型：可描述污染物在不同环境介质中的行为，分为逸度、浓度和活度模型，各有特点和应用范围，SESAMe 模型在可解离有机物研究方面有优势。

- 大气和海洋模式：大气模式如 CMAQ、CanMETOP 等可用于模拟新污染物大气传输，海洋模式用于污染物海洋迁移模拟起步较晚但发展较快，部分模式还可用于微塑料迁移研究。

- 水质和水文模式：主要用于模拟陆面介质中的新污染物，如 SWAT、HSPF 等模式在农药、抗生素等污染物流域模拟中较常用，分布式模式更具发展前景。

- 机器学习模式：可预测新污染物浓度和分布，但无法描述过程机制。

- 多圈层耦合模式：可研究污染物在多环境介质中的综合过程，但目前在新污染物研究中应用较少，是未来发展方向。

- 展望、局限和挑战：需发展耦合人类活动的模式，新污染物研究面临化学反应机理等多方面不清楚的问题，给数值模拟带来挑战。

新污染物的生态毒理效应

1. 全氟及多氟烷基化合物生态毒理

- 研究背景及意义：PFAS 应用广泛，在环境和生物体内普遍检出，具有多种毒性效应，世界各国已采取管控措施，对其研究有助于环境污染风险评估。

- 环境分布：在水体、大气、土壤、植物和野生动物等环境介质中广泛分布，包括传统和新型 PFAS，且陆地是主要污染源。

- 生物毒性：对植物、无脊椎动物和脊椎动物均有毒性，影响生长、发育、内分泌等生理过程，不同物种和性别对其毒性反应存在差异。

- 结论与展望：已开展较多研究，但在毒性物种和性别差异、自然环境干扰、替代品毒性研究等方面存在难点，需借助相关方法和模型深入研究。

2. 有机磷酸酯生态毒理学

- 有机磷酸酯概述：作为传统溴代阻燃剂替代品广泛应用，易释放到环境中，具有多种毒性效应，引起广泛关注。

- 环境污染现状：在室内粉尘、大气、水体、沉积物、野生生物和人体中均有检出，不同地区和环境介质中的污染情况有差异，部分新型 OPEs 含量呈上升趋势。

- 毒理学研究现状：具有生长发育毒性、内分泌干扰效应、肝毒性及脂代谢干扰效应、神经毒性等，且部分毒性存在性别差异。

- 展望：需关注新型 OPEs 的环境和健康风险、生物体内代谢过程及产物、借助机器学习评估环境健康风险等方面。

3. 蜜源作物中新型烟碱类农药的整合暴露评估

- 研究背景及意义：新型烟碱类农药使用广泛，对传粉媒介有潜在风险，评估其暴露风险对生态风险评估和合理施用有重要意义。

- 文献来源和数据提取流程：按系统综述指南检索文献，提取和转换数据，统一计算单位。

- 基于相对效能因子法（RPF）整合暴露评估：RPF 法可整合农药残留量评估暴露风险，花粉、蜂蜜和花蜜中新型烟碱类农药残留量不同，整合暴露浓度存在地区差异。

- 未来新型烟碱类农药对蜜蜂及其他生物的研究前景：需持续监测农药残留和归趋、选择合适生物标志物、全面评估联合残留风险。

4. PPCP 类污染物的生态毒理

- 分子水平：影响蛋白和基因表达合成，如降低酶活性、诱导蛋白合成、造成基因表达异常和 DNA 损伤等，还表现出多种其他毒理效应。

- 细胞及亚细胞水平：干扰细胞及亚细胞结构，如损害心肌细胞、改变细胞形态、诱导细胞凋亡、影响微藻细胞应激等。

新污染物的人体暴露与健康风险

1. 人体健康风险导向的环境污染物筛选：需综合考虑污染物毒性、暴露途径和程度等因素，多介质暴露评估模型可用于此，但新污染物相关数据缺乏，现有模型在应用于新污染物时存在局限性。

2. 新污染物在人体中的 ADME 过程及构效关系：新污染物在人体中的吸收、分布、代谢和排泄过程复杂，其化学结构影响这些过程，如 PFAS 因结构特点在体内有特殊的 ADME 过程，且部分新污染物可能产生毒性更强的代谢产物。

3. 新污染物的环境健康风险：新污染物可通过多种途径进入人体，在体内蓄积后可能影响多个器官和系统，引发癌症、生殖系统疾病、神经系统疾病等，其风险评估需考虑多种不确定因素，且不同人群对新污染物的敏感性存在差异。

新污染物的治理

1. 治理难点：新污染物种类繁多且不断增加，相关数据和研究不足，部分污染物缺乏有效治理技术，同时存在替代品安全性评估不足和国际协同治理困难等问题。

2. 治理技术

- 物理处理技术：如吸附、膜分离等技术可用于去除部分新污染物，但存在成本高、易产生二次污染等问题，新型吸附材料和膜技术的研发是改进方向。

- 化学处理技术：包括高级氧化、还原等方法，可降解一些新污染物，但对反应条件要求高，可能产生有害副产物，需优化反应条件和开发绿色化学处理技术。

- 生物处理技术：利用微生物或植物降解新污染物，具有环境友好等优点，但微生物降解效率受多种因素影响，基因工程技术可用于改造微生物提高降解能力。

3. 我国的新污染物环境管理政策：我国出台了一系列政策法规，如《新污染物治理行动方案》，推动新污染物治理工作，但在政策执行和监管方面仍面临挑战，需加强各部门协同和提高监管能力。

4. 国际环境管理经验：国际上通过签署公约、制定法规等方式管理新污染物，如《斯德哥尔摩公约》对 POPs 的管控，但在全球范围内仍存在新污染物管控范围和力度不足的问题，需加强国际合作与交流。

5. 我国环境管理存在的问题与建议：我国在新污染物管理方面存在底数不清、监测能力不足、技术支撑不够等问题，建议加强调查研究、完善监测体系、加大技术研发投入和促进公众参与。

关键科学问题与展望

1. 新污染物的底线问题：需明确新污染物的界定标准和风险阈值，目前相关研究不足，应加强多学科交叉研究，建立科学的评估体系。

2. 低剂量长期暴露的环境与生态毒理学效应：低剂量长期暴露可能产生累积和延迟效应，现有研究方法存在局限性，需开发新的研究模型和技术，关注对生态系统和人类健康的长期影响。

3. 新污染物的复合效应及人体暴露的组织学研究：新污染物常共同存在产生复合效应，且在人体不同组织中的作用机制复杂，应开展联合毒性研究和人体组织学研究，为风险评估提供准确依据。

4. 高风险化学品的管控与绿色发展策略：对于高风险新污染物，需制定严格管控措施，同时鼓励绿色化学技术研发，推动化工行业可持续发展，减少新污染物产生。

5. 基于机器学习的环境样本和人体暴露数据库建设：利用机器学习技术整合新污染物数据，建立数据库，可提高风险评估和管理效率，但需解决数据质量和模型可靠性问题。

6. 新污染物治理行动的科技支撑能力建设：加强科研投入，培养专业人才，建立产学研合作机制，提升我国新污染物治理的科技支撑能力。

7. 生态环境监测能力、新污染物管理精细支撑与靶向新污染物风险防控体系建设的协同发展：协同推进生态环境监测、管理和防控体系建设，实现对新污染物的全过程管理，保障生态环境安全。

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