石文瑄，陳美娜，席培恒，谷義杰，李娟英

上海海洋大學水產動物遺傳育種中心 上海市協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 201306

基于Tenax脫附技術評價沉積物中不同碳質對菊酯類農藥生物有效性的影響研究

石文瑄，陳美娜，席培恒，谷義杰，李娟英*

上海海洋大學水產動物遺傳育種中心 上海市協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 201306

本文選取泥炭、生物質炭、木炭和活性炭4種含碳材料，結合以經濟底棲生物菲律賓蛤仔(Venerupis philippinarum)為受試生物的生物累積實驗和Tenax連續(xù)萃取法，闡述不同碳質對沉積物中4種菊酯類農藥生物有效性的影響，并將Tenax萃取結果與底棲生物的累積結果進行了相關分析。結果表明，碳質的添加導致沉積物中菊酯類農藥的快速脫附組分(Frap)降低，極慢速脫附組分(Fvs)增大，生物有效性降低，且4種碳質對Frap的影響有所不同，然而因為菊酯類農藥的理化性質，Frap的差異并不顯著。Tenax 6 h和24 h的單點萃取組分與快速脫附組分相關性顯著(P<0.0001)，基本可以代替完整的脫附動力學評價生物有效性，但是對于組成復雜，有機碳(OC)和黑炭(BC)含量高的沉積物進行研究評價時仍應注意由此產生的偏離。Tenax快速脫附組分與2種底棲生物累積結果之間具有顯著的相關性(R2=0.38, P<0.0001)，表明在OC和BC含量不同的沉積物中，Tenax萃取技術也可以預測菊酯類農藥在經濟底棲生物菲律賓蛤仔體內的累積量，進而為沉積物中HOCs的環(huán)境質量和相關水產品的質量評估提供更為快捷、有效的參考依據。

菊酯類農藥；碳質；Tenax萃?。簧镉行?；沉積物

Received12 January 2017accepted18 April 2017

Abstract: Pyrethroids are a group of widely used synthetic insecticides with high hydrophobicity and aquatic toxicity. Previous studies have indicated that organic carbon (OC) especially black carbon (BC) plays an important role in the bioavailability of hydrophobic organic contaminants (HOCs) in sediments. However, the effect of OC on the bioavailability of pyrethroids in sediments is less konwn. In this study, the effect of four different types of carbon sorbents (peat soils, biochar, charcoal and activated carbon) on the bioavailability of sediment-associated pyrethroids was studied based on the bioaccumulation in Venerupis philippinarum and the Tenax desorption kinetics. The results showed that the carbon sorbents could decrease the fraction of rapid desorption (Frap) and increase the fraction of very slow desorption (Fvs) of pyrethroids in sediment. The sequestration capacity of four sobents were similar except for peat soils as the sorption capacity to HOCs of BC sorbents (biochar, charcoal and activated carbon) was found much stronger than that of humic substances (peat soils). Although the three BC sorbents have different specific surface area (SSA) and pore volumes, they still had a similar sequestration capacity to the bioavailability of pyrethroids, mainly due to the large molecular sizes and the nonplanar structure of pyrethroids. In addition, the efficiency of the carbon sorbent treatment was found to increase had the activated carbon in sediments increased. After 672 h Tenax extraction, about 77.5%-91.6%, 71.9%-87.4%, 68.7%-82.6%, 65.6%-78.0%, and 47.8%-70.5% pyrethroids was desorbed for the 0, 0.7%, 2%, 3%, and 5% activated carbon amended sediments, respectively. Significant correlations were observed between the Frapof pyrethroids with Tenax 6 h and with 24 h (P<0.0001) in sediment (F6/Frap=0.95, F24/Frap=1.18). Abnormal points were found when the sediments were amended with 5% activated carbon. It demonstrated that the single time-point Tenax 6 h or 24 h, instead of the whole desorption kinetics can be used to evaluate the bioavailability of sediment-associated pyrethroids. However a large amendment of BC might make the method instability. Further, the relationship between the OC-normalized concentration of rapid desorption (Cs,rap) and the lipid-normalized concentration of pyrethroids in Venerupis philippinarum (Cb,lip) was analyzed. There was a siginificant correlation between Cs,rapand Cb,lip(log Cs,rap=1.5 log Cb,lip-0.49，R2=0.38, P<0.0001), indicating that Tenax extraction not only can predict the concentrations of prethroids in benthic organisms in complex matrix, but also can provide the basis for evaluating the bioavailability of sediment-associated HOCs in aquaculture pond and the quality of aquatic products.

Keywords: pyrethroids; carbon sorbents; Tenax extraction; bioavailability; sediment

菊酯類農藥是繼有機氯、有機磷農藥之后的一種新型殺蟲劑，因其廣譜、高效、對人畜低毒而廣泛用于農業(yè)、衛(wèi)生和漁業(yè)等領域[1]。菊酯類農藥對防治魚類體表甲殼類內寄生蟲、滅殺敵害生物有良好的效果，于水產養(yǎng)殖業(yè)中得到了廣泛的應用[2]。殘留在環(huán)境中的菊酯類農藥不但對水生生物具有高毒性，可能會通過食物鏈生物放大而對人類健康產生潛在威脅，因此在世界范圍內引起了來越來越廣泛的關注[1]。

菊酯類農藥的疏水性較強，進入環(huán)境中后更容易沉積在底泥中[3]。研究表明，當沉積物或土壤中有機碳含量大于0.01%～0.2%時，疏水性有機污染物(HOCs)在沉積物中的吸附主要由沉積物中的碳質控制[4]，而沉積物碳質由性質各異的不同組分構成，它們對HOCs的吸附能力并不均一，其中黑碳(BC)被認為對HOCs有著極強的吸附作用，它是生物質或化石燃料不完全燃燒所形成的一類特殊產物，具有較大的比表面積、孔隙率和離子交換能力[5]，可以吸附有機污染物和重金屬[6-7]，這種吸附作用會直接影響到HOCs在環(huán)境中的遷移轉化、生物有效性和生物毒性[8-10]。目前對于黑碳影響污染物生物有效性的研究多集中在多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、含溴阻燃劑、氯苯類等污染物[11-12]，但是有關碳質對沉積物中一些殺蟲劑如擬除蟲菊酯類農藥的生物有效性的影響鮮見報道。

傳統(tǒng)方法對沉積物中HOCs進行風險評估通常采用污染物總量測定的方法。但沉積物中的HOCs通過與碳質相互作用后，很大部分較難脫附和被生物利用[13]，因此導致總量評估的方法可能會高估這部分污染物的環(huán)境風險[14-15]。因此生物有效性問題成為近年來沉積物中HOCs評價研究的熱點。目前，主要的評價方法有基于熱力學平衡(如固相微萃取技術)和基于脫附動力學過程(如Tenax萃取)等評價方法[16]。Tenax萃取技術能夠完整地描述沉積物中HOCs的脫附過程，提供非熱力學平衡狀態(tài)下污染物的生物有效性，尤其對濾食性的底棲生物，可以大幅度提高評價的準確性[17-18]。

本研究以菊酯類農藥為研究對象，在海洋經濟雙殼類底棲生物菲律賓蛤仔為受試生物的生物累積實驗的基礎上，結合基于脫附動力學的Tenax萃取技術分析了4種碳質，泥炭、木炭、生物質炭和活性炭對沉積物中菊酯農藥生物有效性及生物富集的影響，進而驗證Tenax萃取技術用于評價不同特性沉積物中HOCs生物有效性和預測生物累積的可靠性和準確性，以期在評價沉積物中菊酯類農藥生物有效性時提供更為簡單可行的方法，同時也為沉積物修復治理提供有力參考依據。

1 實驗材料與方法(Materials and methods)

1.1 藥品與試劑

甲醇、丙酮、正己烷和二氯甲烷等有機溶劑均為色譜純，購自美國Sigma公司；無水硫酸鈉、Florisil硅土(60～100目)和銅片均為分析純，購自國藥集團。無水硫酸鈉、Florisil硅土在使用前置于馬弗爐中在650 ℃下灼燒6 h，冷卻后轉移到干燥器備用；銅片在使用前，用5 mol·L-1鹽酸活化5 h后再用丙酮超聲清洗2次備用。Tenax-TA(60～80目)購自美國Supelco公司，使用前分別用丙酮和正己烷超聲清洗3次，75 ℃條件下烘干備用。4種菊酯類農藥標準品高效氯氟氰菊酯(LCY)、聯(lián)苯菊酯(BF)、氯菊酯(PERM)和甲氰菊酯(FN)購自國家標準物質研究中心，用丙酮溶解并配成濃度為1 000 mg·L-1的標準儲備液，置-18 ℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 實驗設計與方法1.2.1 沉積物的采集、分析及加標老化

本實驗中所用沉積物采自上海洋山港潮間帶表層底泥，泥炭購自荷蘭Pindstrup Mosebrug公司，活性炭購自上海展云化工有限公司，木炭由中國安徽的蘋果木燃燒而成，生物質炭是用花生殼在實驗室馬弗爐中于400 ℃下不完全燃燒而成，所有材料均經酸洗去除灰分。為研究不同碳質對沉積物中菊酯類農藥生物有效性的影響，分別向沉積物中加入等量泥炭、生物質炭、木炭和活性炭，使4種碳質都占沉積物干重的3%；另外，為研究不同碳質含量對農藥生物有效性的影響，分別以0.7%、1.5%、3%和5%的濃度將活性炭加入沉積物中，并向所有添加碳質的沉積物中加入4種菊酯類農藥丙酮溶液，使沉積物中農藥的濃度均為100 μg·kg-1(干重，dw)，混勻，于4 ℃冰箱內避光條件下老化28 d后用于Tenax萃取實驗和生物累積實驗。

空白沉積物和4種碳質的有機碳(OC)和黑碳(BC)含量采用元素分析儀(Elementar vario MAX CNS)測定，比表面積和孔容采用Tristar II 3020比表面積分析儀測定，測定結果見表1。

1.2.2 生物累積實驗

菲律賓蛤仔(Venerupis philippinarum)購自上海市蘆潮港菜市場，選取殼長(32±2) mm、殼高(12±2) mm的健壯成年蛤仔在實驗室條件下馴養(yǎng)3周以上。馴養(yǎng)過程中使用人工海水(ISO-10253)進行養(yǎng)殖，鹽度為25±2，水溫控制為(20±1) ℃，連續(xù)曝氣，日換水量1/2，每天定時定量投加實驗純培養(yǎng)微藻餌料(三角褐指藻和青島大扁藻)。生物樣品中脂肪的測定采用索氏抽提法，具體操作步驟參考GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的測定》，脂肪含量為0.51%±0.16%。

累積實驗參照EPA方法(EPA 600/R-99/064)，稱取2 kg (濕重)左右的加標老化沉積物，放入8 L玻璃缸中，加入6 L左右上覆水。靜置1 d后，向盛裝底泥的玻璃缸中放入馴養(yǎng)后的菲律賓蛤仔30只，采用半靜水式方法(日換水量1/2)進行累積實驗，條件同馴養(yǎng)，暴露期間不喂食。2種生物的累積實驗分別設置1個空白，每個濃度設置3個平行，持續(xù)28 d。實驗結束后，將生物和沉積物取出，冷凍干燥磨碎后備用。

表1 沉積物、泥炭、生物質炭、木炭和活性炭的性質Table 1 Properties of sediment, peat soils, biochar, charcoal and activated carbon

1.2.3 Tenax脫附動力學實驗

取4 g(濕重)老化沉積物置于40 mL棕色樣品瓶中，加入0.3 g Tenax和35 mL去離子水，再加入約3 mg的HgCl2(相當于沉積物干重的0.15%)，搖勻后置于振蕩器上連續(xù)振蕩。在合適的時間點(1、6、24、48、96、168、312、480和672 h)分離Tenax，重新加入0.3 g新鮮Tenax，繼續(xù)振蕩。將上述步驟中每次分離出的Tenax用10 mL丙酮/正己烷(V/V=1∶1)混合液超聲萃取2次，每次10 min，將2次萃取液合并，按3 000 r·min-1離心5 min，輕柔氮氣吹干，用正己烷定容至1 mL，待氣相色譜-質譜聯(lián)用儀(GC-MS)測定，試驗設置3個平行。

1.3 樣品處理及測定1.3.1 樣品的萃取和凈化

稱取冷凍干燥后的沉積物樣品2 g放入微波萃取管中，加入15 mL丙酮/正己烷(V/V=1∶1)混合液，進行微波萃取，提取溫度90 ℃，運行萃取40 min，萃取結束后，放入銅片并避光放置1 d，濃縮萃取液至1 mL左右進行凈化。凈化柱從下至上依次填充1 cm無水硫酸鈉、3～5 g Florisil硅土和1 cm活性炭粉末，凈化之前需用20 mL正己烷預淋洗凈化柱，然后將濃縮后的萃取液移入凈化柱中，用50 mL正己烷/二氯甲烷(V/V=7∶3)混合液淋洗，收集淋洗液，輕柔氮氣吹干，用正己烷定容至1 mL，GC-MS待測。

稱取冷凍干燥后的生物樣品0.5 g放入微波萃取管中，加入15 mL丙酮/正己烷(V/V=1∶1)混合液，進行微波萃取，提取溫度90 ℃，運行萃取40 min，萃取結束后，萃取液用輕柔氮氣吹至近，將溶劑置換為4 mL乙腈，再加入4 mL乙腈飽和的石油醚，漩渦振蕩1 min，使其充分混合。于3 000 r·min-1離心5 min，棄去上層石油醚，將乙腈層氮氣吹干。(乙腈飽和的石油醚的配制：參考GB/T5009.132—2003，向100 mL石油醚中加入20 mL乙腈，振蕩1 min，待靜置分層后，上層即為乙腈飽和的石油醚，取其保存?zhèn)溆肹19])。將上述氮氣吹干的生物樣品用1 mL正己烷/二氯甲烷(V/V=1∶1)混合液溶解殘留物移入已經預淋洗好的凈化柱中，凈化柱從下至上依次為1 cm無水硫酸鈉和3～5 g Florisil硅土，用50 mL正己烷/二氯甲烷(V/V=7∶3)混合液淋洗，收集淋洗液，輕柔氮氣吹干，用正己烷定容至1 mL，GC-MS待測。

1.3.2 色譜分析

采用Agilent7890A/5975C氣相色譜-質譜聯(lián)用儀，DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)色譜柱進行分離分析。選用EI離子源，選擇離子監(jiān)測模式，脈沖不分流方式進樣，進樣量為2 μL，載氣流量為1.2 mL·min-1。氣相條件：進樣口溫度為280 ℃；色譜柱初始溫度100 ℃，保持0 min；以15 ℃·min-1升到190 ℃，保持0 min；6 ℃·min-1升到215 ℃，保持0 min；20 ℃·min-1升到280 ℃，保存10 min；20 ℃·min-1升到310 ℃，保持2 min。質譜條件：離子源溫度為230 ℃，傳輸線溫度為300 ℃，四級桿溫度為150 ℃。

1.4 質量保證與質量控制

生物累積試驗期間生物的死亡率控制在15%以內，均無急性毒性，滿足生物累積試驗的要求。沉積物和生物樣品提取前，進行加標3個濃度梯度菊酯類農藥的樣品回收率實驗，其回收率在62%～104%之間，相對標準偏差為8%～13%，方法檢出限為1.14～2.04 μg·kg-1。

2 結果與討論(Results and discussion)

2.1 碳質對Tenax脫附動力學的作用

Tenax作為一種顆粒狀多孔膜材料，具有孔隙多、比表面積大、吸收容量大等特點，可以源源不斷地提取孔隙水中的污染物，從而使得沉積物中的污染物向孔隙水中轉移，最終達到完全提取的目的[15]。沉積物中的HOCs據碳質對其吸附能力的不同可以分為快速、慢速和極慢速解吸部分，這3部分所占比例可以用Tenax連續(xù)萃取結果擬合的三相脫附方程獲得[20](式1和2)，且多項研究表明，快速脫附組分(Frap)因容易脫附下來進入到水相中，易于被生物吸收富集，因此能夠很好地表征HOCs的生物有效性[21-22]，其他2部分不易脫附因此不容易被生物吸收利用。

(1)

Frap+Fslow+Fvs=1

(2)

其中S0和St分別表示初始點和t(h)時間點測得的沉積物中HOCs的含量(ng·g-1)；Frap，Fslow和Fvs分別表示快速、慢速和極慢速脫附組分所占的比例；krap，kslow和kvs則分別為快速、慢速和極慢速脫附速率常數(h-1)。

本文結合了生物累積實驗時間以及前人的研究方法，使用Tenax樹脂對添加不同碳質沉積物上的菊酯類農藥進行672 h連續(xù)萃取[21, 23-24]，研究不同碳質影響下沉積物中菊酯類農藥的脫附動力學，得出各脫附動力學參數(表2)。

表2 4種碳質影響下菊酯類農藥的快速、慢速和極慢速脫附比例及相應脫附速率常數Table 2 Desorption rate constants and fractions for three compartments (fast, slow and very slow) with 4 carbon sorbents amended

注：Frap、Fslow和Fvs分別為快速、慢速和極慢速脫附組分的量占總量的比例(%)；krap、kslow和kvs分別為快速、慢速和極慢速脫附組分的脫附速率常數(h-1)；R2為決定系數；Kow為辛醇-水分配系數。LCY, BF, PERM, FN表示高效氯氟氰菊酯、聯(lián)苯菊酯、氯菊酯和甲氰菊酯。

Note: Frap, Fslowand Fvs(%) are fraction of pyrethroids for the rapidly, slowly and very slowly desorbing compartments, respectively; krap, kslowand kvs(h-1) are the rate constants describing rapid, slow and very slow desorption; R2is the coefficient of determination; Kowis octanol-water partition coefficient. LCY, BF, PERM, FN are lambda-cyhalothrin, bifenthrin, permethrin and fenpropathrin.

由表2可知，未添加碳質的洋山港沉積物中4種菊酯類農藥的快速脫附組分(Frap)占到接近一半，范圍處于49.83%～60.10%之間，極慢速脫附組分(Fvs)占13.33%～30.14%。添在加碳質后，沉積物中菊酯類農藥的Frap減少至25.96%～46.04%，而Fvs增加至21.75%～45.69%，說明沉積物中OC和BC含量的增加可以顯著降低菊酯類農藥的生物有效性。雖4種碳質的添加量相同(3%)，但對菊酯解吸的影響略有不同，泥炭的影響最弱，木炭和生物質炭影響作用次之，活性炭最強。這是因為泥炭屬于腐殖質，而另外3種皆為不完全燃燒的熱解產物，即黑碳。研究表明[25]，黑碳對HOCs有著極強的吸附作用，因為它兼有無機碳的物理結構和有機碳的吸收能力。純無機碳吸附劑，如碳納米管，是憑借其多孔結構來吸附污染物的，而對于有機質，如腐殖酸等，則憑借分配作用吸收污染物，吸附強度較弱，而黑碳則是結合了兩者的特性，所以黑碳對HOCs的吸附既有表面有機質的分配作用，又可以有內部的孔隙填充[26]，因此，黑碳對菊酯類農藥解吸的影響效果更強。對于黑碳來說，不同來源、不同燃燒條件下得到的黑碳理化性質(如比表面積、微孔數量、元素組成及表面官能團等)不同[27-29]，而這些理化性質與HOCs的吸附能力密切相關[30-31]，本研究所用3種黑碳中活性炭的比表面積和孔容均最大(表1)，菊酯農藥更容易進入微孔而被強吸附于黑碳內部，因此活性炭的吸附效果最強，使得沉積物中菊酯農藥難以脫附，最有效地降低生物有效性。

4種碳質對菊酯類農藥的生物有效性的影響與其他研究結果基本一致，例如Fang等[11]發(fā)現活性炭對PBDEs的吸附作用遠遠強于木炭和生物質炭。Mcleod等[12]用了7種含碳材料并研究了它們對沉積物中苯并芘和四氯聯(lián)苯生物有效性的影響，發(fā)現活性炭對它們生物有效性的抑制作用為泥炭的40倍。但本實驗中4種碳質對菊酯類農藥生物有效性的影響差別并非如此顯著(Frap接近)，這可能是因為菊酯類農藥較大的分子量和非平面結構所造成的，這種特性使得菊酯類農藥相對較難進入黑碳的微孔中，使不同有機碳類型對其影響差別不顯著[10]。另外，從脫附速率常數中也可看出快速、慢速和極慢速解吸組分的脫附速率常數數量級均分別為10-1、10-2和10-4，與其他文獻報道出的數量級基本一致[24]，由于脫附速率常數可以用來表示化合物的結合強度[32]，這也說明了4種碳質對菊酯的吸附能力相仿，對生物有效性的影響差別不明顯。

由于活性炭對沉積物上菊酯類農藥的解吸影響最強，因此選取活性炭為代表研究不同濃度黑碳對菊酯類農藥Tenax脫附動力學的影響，脫附曲線如圖1所示，發(fā)現活性炭的影響隨著含量的增加而升高，在用不同含量活性炭修正(0%、0.7%、2%、3%、5%)的沉積物中，經過672 h的萃取后，分別有77.5%～91.6%、71.9%～87.4%、68.7%～82.6%、65.6%～78.0%、47.8%～70.5%的菊酯類農藥被解吸。說明活性炭添加量越多對菊酯類農藥的脫附影響越大，但添加3%的活性炭后的Frap值(25.96%～36.48%)和添加5%的活性炭后的Frap值(14.82%～32.87%)差別已較小，且Frap表征的是生物有效性，所以再增加添加量可能并不會對生物有效性有更好的抑制效果，且BC含量過高也會影響Tenax評價生物有效性的效果，考慮到成本和實際操作問題，我們認為添加3%左右的活性炭對沉積物的修復效果最佳。

2.2 Tenax單點萃取技術評價沉積物中菊酯類農藥的生物有效性

由上述脫附動力學可知，快速脫附組分(Frap)是基于完整的脫附動力學擬合而來，且實驗耗費時間較長，所以許多研究認為Tenax單點萃取6 h和24 h時所獲得的組分所占比例(F6和F24)也可以用來表征Frap，能夠較好地評價沉積物中HOCs的生物有效性[33]。本研究通過對Frap與F6和F24的相關性分析發(fā)現，Frap與F6和F24呈顯著相關(圖2，P<0.0001)其中F6、F24與Frap的比值分別為0.95和1.18，與之前本課題組的研究結果類似[11]。通過比較F6/Frap和F24/Frap可知，Tenax單點萃取比例(F6和F24)可以用于菊酯類農藥生物有效性評價，但需要注意的是，圖2中有異常離散值，這幾個值是在添加了5%活性炭時出現的，此時高效氯氟氰菊酯的F6/Frap和F24/Frap值分別為0.16和0.84，F6/Frap與上述相關性分析所得到的比值相差較大，這可能是因為沉積物中高BC含量所引起，且高效氯氟氰菊酯的疏水性最強(log Kow=7.00)，最容易受到BC吸附的影響。有研究顯示，當用Tenax萃取6 h和24 h所獲得的組分評價污染物的生物有效性時，F6幾乎是Frap的一半[20]，F24與Frap的值幾乎相同[21]，如Liu等[21]的研究中PBDE的F6/Frap的比值為0.6±0.02，F24/Frap的比值為1.0±0.02，Yang等[34]的研究發(fā)現DDT的F6/Frap的比值范圍在0.47～0.54之間，均低于本實驗的結果，說明沉積物的特性尤其是OC的組成特性對Frap有影響。因此，在用Tenax單點萃取法對組成復雜，OC和BC含量高的沉積物進行研究評價時，應注意由此產生的預測偏離。

圖1 活性炭含量對Tenax脫附動力學的影響Fig. 1 The effect of activated carbon content on Tenax desportion kinetics of four pyrethroids

圖2 Frap與F6和F24的相關性Fig. 2 The relationship between Frap and F6/F24

2.3 基于Tenax萃取的生物有效性與生物累積的關系

Tenax萃取技術不僅被廣泛應用于評價沉積物中HOCs的生物有效性，同時其快速脫附部分與生物累積量之間存在良好的相關性，并且污染物濃度經有機碳標化后其相關性更為顯著[15]。本文分析了快速脫附組分經有機碳標化后菊酯類農藥的濃度Cs,rap(ng·kg-1)與雙殼類經濟底棲生物菲律賓蛤仔體內經脂肪標化后菊酯類農藥濃度Cb,lip(ng·kg-1)之間的關系。結果表明，logCs,rap與logCb,lip之間的顯著相關(圖3，P<0.0001)。先前的研究也表明，Tenax萃取結果與生物累積結果之間具有良好的相關性，如Trimble等[35]研究了基于Tenax萃取的log Cs,rap與通過底棲無脊椎動物Lumbriculus variegates富集多氯聯(lián)苯(PCBs)得到的log Cb,lip之間的線性關系，即log Cs,rap=0.94log Cb,lip+ 0.83，R2=0.91。陳美娜等[36]使用Tenax萃取法評價沉積物中有機氯農藥(OCPs)的生物有效性時，發(fā)現菲律賓蛤仔和河蜆體內經脂肪標稱的OCPs濃度與Tenax快速萃取部分并經有機碳標稱的濃度之間存在明顯的相關性(P<0.0001)。本文在此基礎上在沉積物中加入不同的碳質，表明在OC和BC含量不同的沉積物中，Tenax萃取技術也可以預測菊酯類農藥在經濟底棲生物菲律賓蛤仔體內的累積量，進而為沉積物中HOCs的環(huán)境質量和相關水產品的質量評估提供更為快捷、有效的參考依據。

圖3 生物體內菊酯類農藥濃度(Cb,lip)和Tenax萃取 快速脫附濃度(Cs,rap)的關系Fig. 3 The relationship between concentrations of pyrethroids in Ruditapes philippinarum (Cb,lip ) and concentrations in rapidly desorbing fraction (Cs,rap) of sediment measured by Tenax extraction

綜上所述：

(1) Tenax脫附動力學的結果表明，添加碳質使沉積物中菊酯類農藥的快速脫附組分(Frap)減小，極慢速脫附組分(Fvs)增大，生物有效性降低，且4種碳質對Frap的影響有所不同，其中活性炭影響最大，泥炭影響最弱，然而因為菊酯類農藥的理化性質，Frap的差異并不顯著。另外活性炭添加量越多對菊酯類農藥的脫附影響越大，但考慮到成本和實際的影響效果，我們認為添加3%左右的活性炭對沉積物的修復效果最佳。

(2) Tenax 6 h和24 h的單點萃取技術基本可以代替完整的脫附動力學評價生物有效性，F6和F24使得在評價上更加簡單快速而有效，但是對于組成復雜，OC和BC含量高的沉積物進行研究評價時，應注意由此產生的偏離。

(3) Tenax快速脫附組分與底棲生物累積結果之間具有顯著的相關性，表明在OC和BC含量不同的沉積物中，Tenax萃取技術也可以預測菊酯類農藥在經濟底棲生物菲律賓蛤仔體內的累積量，進而為沉積物中HOCs的環(huán)境質量和相關水產品的質量評估提供更為快捷、有效的參考依據。

[1] 狄楠楠. 典型擬除蟲菊酯在渤海海岸帶環(huán)境中的遷移與轉化[D]. 秦皇島: 燕山大學, 2010: 1

Di N N. The migration and transformation of typical pyrethroids in Bohai costal environment [D]. Qinhuangdao: Yanshan University, 2010: 1 (in Chinese)

[2] 葉玫, 姜琳琳, 余穎, 等. 氣相色譜法測定水產養(yǎng)殖區(qū)表層沉積物中擬除蟲菊酯殘留量[J]. 漁業(yè)科學進展, 2012, 33(5): 109-115

Ye M, Jiang L L, Yu Y, et al. Determination of pyrethroids residue in surface sediment from aquaculture area by gas chromatography [J]. Progress in Fishery Sciences, 2012, 33(5): 109-115 (in Chinese)

[3] 趙李娜, 賴子尼, 李秀麗, 等. 珠江河口沉積物中擬除蟲菊酯類農藥污染及毒性評價[J]. 生態(tài)環(huán)境學報, 2013, 22(8): 1408-1413

Zhao L N, Lai Z N, Li X L, et al. Contamination and toxicity evaluation of pyrethroids in sediments of the Pearl River Estuary [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2013, 22(8): 1408-1413 (in Chinese)

[4] Chiou C T, Peters L J, Freed V H. A physical concept of soil-water equilibria for nonionic organic compounds [J]. Science, 1979, 206(4420): 831-832

[6] 劉建秋. 黑碳對乙草胺在土壤/沉積物中吸附/解吸行為的影響[D]. 大連: 大連理工大學, 2008: 4

Liu J Q. Impact of black carbon on the sorption/desorption behavior of acetochlor on soil/sediment [D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2008: 4 (in Chinese)

[7] 王漢衛(wèi), 王玉軍, 陳杰華, 等. 改性納米黑碳用于重金屬污染土壤改良的研究[J]. 中國環(huán)境科學, 2009, 29(4): 431-436

Wang H W, Wang Y J, Chen J H, et al. Application of modified nano-particle black carbon for the remediation of soil heavy metal pollution [J]. China Environmental Science, 2009, 29(4): 431-436 (in Chinese)

[8] Cornelissen G, Gustafsson ?. Importance of unburned coal carbon, black carbon, and amorphous organic carbon to phenanthrene sorption in sediments [J]. Environmental Science & Technology, 2005, 39(3): 764-769

[9] Yang Y, Hunter W, Tao S, et al. Effects of activated carbon on microbial bioavailability of phenanthrene in soils [J]. Environmental Toxicology & Chemistry, 2009, 28(11): 2283-2288

[10] Yang Y, Hunter W, Tao S, et al. Effects of black carbon on pyrethroid availability in sediments [J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry, 2009, 57(1): 232-238

[11] Fang J, Gan J. Comparing black carbon types in sequestering polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) in sediments [J]. Environmental Pollution, 2013, 184(1): 131-137

[12] Mcleod P B, Heuvel-Greve M J V D, Allen-king R M, et al. Effects of particulate carbonaceous matter on the bioavailability of benzo[a]pyrene and 2,2,5,5-tetrachlorobiphenyl to the clam, Macoma balthica [J]. Environmental Science & Technology, 2004, 38(17): 4549-4556

[13] 段林, 張承東, 陳威. 土壤和沉積物中疏水性有機污染物的鎖定及其環(huán)境效應[J]. 環(huán)境化學, 2011, 30(1): 242-251

[14] 梁賢偉, 楊麗萍, 祝凌燕. Tenax萃取表征土壤中多溴聯(lián)苯醚(PBDEs)生物可利用性研究[J]. 農業(yè)環(huán)境科學學報, 2010, 29(9): 1712-1717

Liang X W, Yang L P, Zhu L Y. Tenax extraction as a tool to evaluate the bioavailability of polybrominated diphenyl ethers in soil [J]. Journal of Agro-Environment Science,2010, 29(9): 1712-1717 (in Chinese)

[15] 張吉營, 孟祥周, 段艷平, 等. Tenax提取法表征有機污染物生物有效性的研究進展[J]. 安徽農業(yè)科學, 2012, 40(20): 10573-10576

Zhang J Y, Meng X Z, Duan Y P, et al. Advance in the bioavailability of organic contaminants using Tenax extraction [J]. Journal of Anhui Agriculture, 2012, 40(20): 10573-10576 (in Chinese)

[16] Cui X Y, Mayer P, Gan J. Methods to assess bioavailability of hydrophobic organic contaminants: Principles, operations, and limitations [J]. Environmental Pollution, 2012, 172(1): 223-234

[17] Hawthorne S B, Azzolina N A, Neuhauser E F, et al. Predicting bioavailability of sediment polycyclic aromatic hydrocarbons to Hyalella Azteca using equilibrium partitioning, supercritical fluid extraction, and pore water concentrations [J]. Environmental Science & Technology, 2007, 41(17): 6297-6304

[18] Hawthorne S B, Miller D J, Kreitinger J P. Measurement of total polycyclic aromatic hydrocarbon concentrations in sediments and toxic units used for estimating risk to benthic invertebrates at manufactured gas plant sites [J]. Environmental Toxicology & Chemistry, 2006, 25(1): 287-296

[19] 母玉敏, 葉玫, 吳成業(yè), 等. 氣相色譜法測定南美對蝦中10種擬除蟲菊酯殘留方法的研究[J]. 上海海洋大學學報, 2011, 20(3): 399-404

Mu Y M, Ye M, Wu C Y, et al. Determination of 10 pyrethroids residues in Penaeus vannanmei by gas chromatography [J]. Journal of Shanghai Ocean University, 2011, 20(3): 399-404 (in Chinese)

[20] Cornelissen G, Rigterink H, Ten Hulscher D E M, et al. A simple Tenax extraction method to determine the availability of sediment-sorbed organic compounds [J]. Environmental Toxicology & Chemistry, 2001, 20(4): 706-711

[21] Liu M, Tian S Y, Chen P, et al. Predicting the bioavailability of sediment-associated polybrominated diphenyl ethers using a 45-d sequential Tenax extraction [J]. Chemosphere, 2011, 85(3): 424-431

[22] You J, Landrum P F, Trimble T A, et al. Availability of polychlorinated biphenyls in field-contaminated sediment [J]. Environmental Toxicology & Chemistry, 2007, 26(9): 1940-1948

[23] de la Cal A, Eljarrat E, Grotenhuis T, et al. Tenax?extraction as a tool to evaluate the availability of polybrominated diphenyl ethers, DDT, and DDT metabolites in sediments [J]. Environmental Toxicology & Chemistry, 2008, 27(6): 1250-1256

[24] 李娟英, 陳美娜, 李振華, 等. 基于Tenax脫附動力學的沉積物中菊酯類農藥生物有效性研究[J]. 生態(tài)與農村環(huán)境學報, 2015, 10(3): 406-413

Li J Y, Chen M N, Li Z H, et al. Research on bioavailability of pyrethroids in sediments based on Tenax desorption kinetics [J]. Journal of Ecology and Rural Environment, 2015, 10(3): 406-413 (in Chinese)

[25] Allenking R M, Grathwohl P, Ball W P, et al. New modeling paradigms for the sorption of hydrophobic organic chemicals to heterogeneous carbonaceous matter in soils, sediments, and rocks [J]. Advances in Water Resources, 2002, 25(8-12): 985-1016

[26] Xing B S, Pignatello J J. Dual-mode sorption of low-polarity compounds in glassy poly(vinyl chloride) and soil organic matter [J]. Environmental Science & Technology, 1997, 31(3): 792-799

[27] Yuan C, Sheng G, Chiou C T, et al. Compositions and sorptive properties of crop residue-derived chars [J]. Environmental Science & Technology, 2004, 38(17): 4649-4655

[28] Sun H W, Zhou Z L. Impacts of charcoal characteristics on sorption of polycyclic aromatic hydrocarbons [J]. Chemosphere, 2008, 71(11): 2113-2120

[29] Dickens A F, Gélinas Y, Hedges J I. Physical separation of combustion and rock sources of graphitic black carbon in sediments [J]. Marine Chemistry, 2004, 92(1-4): 215-223

[30] Yang Y N, Sheng G Y. Enhanced pesticide sorption by soils containing particulate matter from crop residue burns [J]. Environmental Science & Technology, 2003, 37(16): 3635-3639

[31] Sheng G Y, Yang Y N, Huang M S, et al. Influence of pH on pesticide sorption by soil containing wheat residue-derived char [J]. Environmental Pollution, 2005, 134(3): 457-463

[32] Greenberg M S, Jr B G, Landrum P F, et al. Desorption kinetics of fluoranthene and trifluralin from Lake Huron and Lake Erie, USA, sediments [J]. Environmental Toxicology & Chemistry, 2005, 24(1): 31-39

[33] You J, Harwood A D, Li H Z, et al. Chemical techniques for assessing bioavailability of sediment-associated contaminants: SPME versus Tenax extraction [J]. Journal Environmental Monitoring, 2011, 13: 792-800

[34] Yang X, Wang F, Gu C, et al. Tenax TA extraction to assess the bioavailability of DDTs in cotton field soils [J]. Journal of Hazardous Materials, 2010, 179(1-3): 676-683

[35] Trimble T A, You J, Lydy M J. Bioavailability of PCBs from field-collected sediments: Application of Tenax extraction and matrix-SPME techniques [J]. Chemosphere, 2008, 71(2): 337-344

[36] 陳美娜, 胡謙, 肖強, 等. Tenax萃取技術用于養(yǎng)殖底泥中有機氯農藥的生物有效性研究[J]. 生態(tài)毒理學報, 2016, 11(4): 79-89

Chen M N, Hu Q, Xiao Q, et al. Research on bioavailability of sediment-associated organochlorine pesticides of aquaculture zone based on their desorption kinetics with Tenax extraction [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2016, 11(4): 79-89 (in Chinese)

◆

StudyontheEffectofDifferentCarbonSorbentsontheBioavailabilityofSediment-associatedPyrethroidsBasedonTenaxDesorptionTechnology

Shi Wenxuan, Chen Meina, Xi Peiheng, Gu Yijie, Li Juanying*

Shanghai Collaborative Innovation Center for Aquatic Animal Genetics and Breeding, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China

10.7524/AJE.1673-5897.20170112007

2017-01-12錄用日期2017-04-18

1673-5897(2017)3-382-09

X171.5

A

李娟英(1978—)，女，環(huán)境化學博士，副教授，主要研究方向為環(huán)境化學。

養(yǎng)殖水中疏水性有機污染物的原位仿生監(jiān)測與去除(A1-2037-16-0001-12)

石文瑄(1992—)，女，碩士在讀，研究方向為環(huán)境化學，E-mail：421863785@qq.com

*通訊作者(Corresponding author)， E-mail: jyli@shou.edu.cn

石文瑄, 陳美娜, 席培恒, 等. 基于Tenax脫附技術評價沉積物中不同碳質對菊酯類農藥生物有效性的影響研究[J]. 生態(tài)毒理學報，2017, 12(3): 382-390

Shi W X, Chen M N, Xi P H, et al. Study on the effect of different carbon sorbents on the bioavailability of sediment-associated pyrethroids based on Tenax desorption technology [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2017, 12(3): 382-390 (in Chinese)