我国15种典型土壤中菲对白符跳的毒性阈值及其预测模型.pdf

我国 15 种典型土壤中菲对白符跳的毒性阈值及其预测模型冯献捷1,2，王冕2，韩东锦2，侯红2，赵龙2*，左晓俊1*1.南京信息工程大学，江苏 南京2100442.中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京100012摘要：为了确定我国土壤中菲(Phe)对白符跳(Folsomia candida)的毒性阈值并建立其预测模型，以外源添加的方式研究了我国15 种典型土壤中 Phe 对白符跳存活率与繁殖率的影响.结果表明：白符跳繁殖率对 Phe 毒害的敏感性远高于存活率，基于混合有机溶剂(正己烷与丙酮的体积比为 11)提取的 Phe 实测值推导的繁殖率的 EC50(半数效应浓度)范围为 21.0999.50 mg/kg，不同土壤中的 EC50最大值是最小值的 4.72 倍；基于 HPCD(羟丙基-环糊精)提取的 Phe 实测值推导的繁殖率的 EC50范围为18.3148.26 mg/kg，不同土壤中的 EC50最大值是最小值的 2.63 倍.对白符跳繁殖的 EC50与土壤理化性质进行 Pearson 相关性分析表明，EC50与土壤有机质含量、黏土颗粒占比均呈显著正相关，相关系数分别为 0.923、0.656；与土壤 pH 呈显著负相关，相关系数为0.590.利用多元逐步回归分析方法对白符跳繁殖的 EC50及土壤理化性质进行分析，发现土壤有机质含量可以很好地解释不同土壤中白符跳繁殖的 EC50值之间的差异，故利用土壤有机质含量建立了白符跳繁殖的 EC50值预测模型lg(EC50)=1.436+0.012OM(OM 表示土壤有机质含量).该毒性预测模型显示，土壤有机质含量是影响不同土壤中 Phe 对白符跳繁殖的 EC50毒性差异的最重要的单一因素，可解释不同土壤中 EC50值 84.0%的差异.关键词：白符跳；菲(Phe)；土壤理化性质；外源添加；毒性预测模型中图分类号：X53文章编号：1001-6929（2023）08-1625-09文献标志码：ADOI：10.13198/j.issn.1001-6929.2023.06.06Toxicity Threshold and Prediction Model of Phenanthrene to Folsomia candida in15 Typical Soils in ChinaFENG Xianjie1,2，WANG Mian2，HAN Dongjin2，HOU Hong2，ZHAO Long2*，ZUO Xiaojun1*1.Nanjing University of information Science and Technology,Nanjing 210044,China2.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment,Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing100012,ChinaAbstract：In order to determine the toxicity threshold of phenanthrene(Phe)to Folsomia canadida in Chinese soils and to establish aprediction model for Phe toxicity,we investigated the effects of exogenous Phe on the survival and reproduction of the model organismFolsomia candida in 15 typical soils.The results showed that the sensitivity of survival to Phe toxicity was much lower than that ofreproduction.The EC50(half effect concentration)of the reproduction rate derived from the Phe value of mixed organic solvent(1:1volume mixture of n-hexane and acetone)extraction ranged from 21.09 mg/kg to 99.50 mg/kg with a difference of 4.72 times.The EC50 ofthe reproduction rate derived from the Phe value of mild HPCD(Hydroxypropyl-Cyclodextrin)extraction ranged from 18.31 mg/kg to48.26 mg/kg with a difference of 2.63 times.Furthermore,pearson correlation analysis revealed that the EC50 values based on the Phevalues of organic solvent extraction were significantly correlated with soil organic matter and soil clay,with the correlation coefficients of0.923 and 0.656,respectively.The EC50 values were significantly negatively correlated with soil pH,with the correlation coefficients of0.590.For the Phe toxicity thresholds for reproduction,we developed a prediction model lg(EC50)=1.436+0.012OM based on soilorganic matter using multiple stepwise regression analysis.The toxicity prediction model shows that the content of Soil organic matter isthe most important single factor affecting the difference in the toxicity of Phe to the EC50 in different soils,which can explain 84.0%of thedifference in the EC50 value in different soils.收稿日期：2023-02-28修订日期：2023-04-20作者简介：冯献捷（1998-），男，山西侯马人，.*责任作者：左晓俊(1985-)，男，江苏淮安人，教授，博士，博导，主要从事面源污染控制及雨水资源化技术研究，；赵龙(1983-)，男，山西太原人，研究员，博士，主要从事土壤环境化学研究，基金项目：国家重点研发计划项目(No.2019YFC1804603)Supported by National Key Research and Development Program of China(No.2019YFC1804603)第 36 卷第 8 期环境科学研究Vol.36，No.82023 年 8 月Research of Environmental SciencesAug.，2023Keywords：Folsomia candida；phenanthrene(Phe)；physical and chemical properties of soil；exogenous addition；toxicity prediction model 多环芳烃(PAHs)是一种典型的持久性有机污染物，广泛分布在环境中，由于其“三致”效应受到广泛关注1.环境中的 PAHs 来源广泛，其中燃煤和石油等化石燃料的焚烧是其主要来源2-3.PAHs 在各种环境介质中长期累积，其中土壤承担了环境中 90%以上的 PAHs 负荷4.16 种优先控制黑名单中的 PAHs 在我国农用地和工业用地土壤中均有检出，其中菲(Phe)和荧蒽的检出率最高5-6.Phe 是 3 个苯环以弯接的方式排列组成的稠环芳烃，在我国耕层土中的含量介于 n.d.(未检出)782 ng/g 之间7，是 PAHs 的主要成分之一.Phe 拥有稳定的化学结构和高辛醇-水分配系数等特性，易在环境中富集，进入土壤环境后会破坏土壤结构，从而降低农作物品质8；如果 Phe进入动植物和人类的体内，将导致生物体中的自由基和超氧化阴离子增加，进而损伤动植物的抗氧化防护结构，最终造成 DNA 损伤，并为人体带来致癌风险9-11.跳虫是一种典型的土壤无脊椎动物，在土壤环境中广泛分布12.由于跳虫在土壤中的特殊地位和功能，其群落结构和种群特征多年来一直被作为土壤质量评估的指标，随着近些年各种环境污染问题的不断提出与重视，跳虫也逐步用于重金属、农药及污染物的毒性评估中13.跳虫分布广泛，种类繁多，其中白符跳(Folsomia candida)由于具有繁殖周期短、生长速度快的特性，在针对某些化学污染物时，相较于节跳(Isotomidae)具有更高的敏感度与耐受性14，近年来已在对污染环境的生态评估研究中得到越来越广泛的应用，并且已被国际标准化组织(ISO)规定为模式生物.PAHs 毒性阈值研究能够为土壤 PAHs 环境基准值的制定提供依据.目前，国内外学者基于 PAHs 对植物与土壤无脊椎动物开展了相关毒性阈值研究，例如，Henner 等15在外源添加 PAHs 的土壤中培养卢珊豆，以探究土壤中 PAHs 对卢珊豆生长及种子萌发的抑制作用；崔春燕等16研究发现，土壤外源添加Phe 对赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)7 d 和 14 d 的 LC50值分别为 88.01 和 60.96 mg/kg，但国内关于 Phe 对白符跳的毒性阈值研究非常缺乏，且已开展的研究仅限于单一土壤或人工土壤，忽略了不同类型土壤可能对 PAHs 毒性产生的差异17-18.已有相关研究19-21表明，土壤的理化性质(有机质含量、pH、CEC、黏粒等)会对其中 PAHs 的生物有效性及毒性产生影响.因此，在进行具体土壤生态风险评估或制定普适性土壤标准时，需综合考虑土壤理化性质的影响22.本研究以白符跳(Folsomia candida)为研究对象，参照 ISO 国际标准方法指南23，以个体水平的死亡率和繁殖率作为测试终点，选用我国 15 种具有一定代表性且理化性质差异明显的土壤作为供试土壤，以外源添加不同含量 Phe 的染毒方式，研究白符跳的毒性阈值并建立基于土壤理化性质的毒性预测模型，以积累和完善 PAHs 的毒性数据，为我国 PAHs 土壤生态基准和生态筛选值的制定提供依据和参考.1 材料与方法 1.1 供试土壤选取并采集了理化性质不同的 15 种表层(020cm)农田土壤作为供试土壤，分别为山东潮土(SDC)、宁夏灰钙土(NXH)、湖北水稻土(HBS)、山西大同栗钙土(SXL)、重庆紫色土(CQZ)、广东红壤(GDH)、河南潮土(HNC)、河北潮土(HBC)、云南黄红壤(YNH)、吉林黑土(JLH)、江苏水稻土(JSS)、海南砖红壤(HNH)、江西红壤(JXH)、黑龙江黑土(HLJH)、安徽黄棕壤(AHH).供试土壤在使用前进行预处理，自然风干后先剔除土壤中的石块与植物根系，过 2 mm 筛后再测定土壤理化性质(pH 以及土壤黏土含量、有机质、铁、锰、铝含量).具体测定方法：土壤 pH 是用 0.01 mol/L CaCl2按照土水比为 15 的条件振荡 0.5 h 后采用 pH 计(梅特勒-托利多 FE28-Standard)测定；土壤有机质(OM)含量采用重铬酸钾容量法测定24；碳酸钙含量采用气量法进行测定；阳离子交换量(CEC)采用 EDTA铵盐法测定；土壤中铁、锰、铝含量采用湿式消解法(HF-HClO4-HNO3)测定；经草酸铵和草酸缓冲溶液提取后使用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS，Agilent7500)测定土壤中非晶质氧化铁(Fe非晶质)、非晶质氧化铝(Al非晶质)、非晶质氧化锰(Mn非晶质)和晶质氧化铁(Fe晶质)的含量；土壤黏土含量使用吸管法测定.1.2 供试白符跳供试白符跳(Folsomia candida)由中国科学院南京土壤研究所提供，已在笔者所在课题组的实验室培养超过 5 年.参照 ISO 国际标准指南23，将白符跳饲养在特制的培养基(活性炭与熟石膏质量比为 19)中.制作培养基时应在石膏凝固前用刀在其表面划出划痕，便于跳虫产卵25.饲养条件使用人工气候箱(SPX-450 型，宁波赛福试验仪器有限公司)控制饲养温度为(201)，光照与黑暗比为 16 h8 h(光照强度为 400800 lx)，空气湿度为 75%.每周补充少量干1626环境科学研究第 36 卷酵母两次并添加蒸馏水以保持培养基的水分含量.正式试验中，不同白符跳的虫龄以及大小差异会对试验结果产生影响26，因此，正式试验前需对跳虫进行同龄化培养.将个体大小接近的成虫转移到新的培养基上产卵，幼虫孵化后移走成虫，得到 1012 d大的同龄幼虫用于毒性试验.1.3 土壤外源 Phe 添加将称量好的 Phe 标样(纯度 96%)溶解在适当的丙酮溶液中，待样品充分溶解后倒入土壤中并搅拌均匀，对照组只加入丙酮.Phe 的添加量设置为 10、20、50、100、200 mg/kg，外源添加 Phe 后的土壤放入通风橱中稳定 48 h，加入适量蒸馏水将土壤湿度调节至最大持水量的 60%.同时，以未添加 Phe 的土壤作为空白对照.1.4 白符跳毒性试验称取 30 g 外源添加 Phe 的潮湿土壤于有机玻璃杯(直径 8 cm，高 12 cm)中，加入 10 只同龄化培养的 1012 d 的跳虫，Phe 添加量范围为 10200 mg/kg，并添加一组空白对照，每个处理设置 4 个重复，加入约 2 mg 干酵母后加盖放入人工气候箱中培养 28 d，培养条件同跳虫饲养的条件.每 3 d 开盖换气并适当补充干酵母并清理发霉的酵母，利用称重法补充去离子水以保证土壤湿度.28 d 培养结束后将有机玻璃杯中的所有内容物倾倒于 500 mL 的烧杯中，在烧杯中加入 200 mL 自来水并滴入几滴蓝黑色墨水(白符跳体色偏浅色，滴入蓝黑色墨水后便于观察白符跳)，利用玻璃棒由下至上轻轻搅拌，由于存活的个体表面会分泌油脂，使其可以漂浮在水面上，搅拌后静置 12min，待存活的成虫与幼虫浮出水面，拍照后利用Image J 软件27对白符跳存活和繁殖数量进行计数.1.5 土壤中 Phe 的提取与测定基于混合有机溶剂(正己烷与丙酮的体积比为11，下同)提取土壤中的 Phe：土壤中 Phe 的提取方法参照 EPA 3545A 法28，称取 3 g 土壤样品与 10 g 石英砂，混合后加入到 20 mL 萃取池中.使用混合有机溶剂，在100、120 r/min 的条件下于快速萃取仪(E916，瑞士步琦公司)中萃取 10 min，每个样品萃取两次，萃取液浓缩至 1 mL，经硅胶柱(SPE，上海禹熠仪器有限公司)净化后，用旋转蒸发仪浓缩至 1 mL，待测.使用配备毛细管柱(30 m0.25 mm 内径，0.25 mm 膜厚)的 GC-MS(7890B-5977B 型，美国安捷伦公司)测定 Phe 添加量，载气为 He(纯度99.999%)，流量为1 mL/min；进样口温度为 290，接口温度 280，柱温为 80，以 6/min 的速率升温至 290，保持5 min.定性分析采用全扫描方式，质量扫描范围为15500 amu；定量分析采用选择性离子检测法(SIM).为保证数据质量，每 10 个样品进行重复样本分析，Phe 的标记回收率为 87%115%.基于羟丙基-环糊精(HPCD)提取土壤中的 Phe：HPCD 提取方法参照 Khan 等29的研究并略作修改.使用去离子水制备 50 mmol/L HPCD 溶液(纯度 98%，上海源叶生物科技有限公司).称取 2 g 土壤样品于离心管(n=3)中，并向每个离心管中加入 25 mL HPCD溶液.首先将离心管放置在恒温振荡器上于 25、150 r/min 的条件下振荡 20 h，然后以 3 000 r/min 的转速离心 10 min，上清液通过 0.45 m Whatman 过滤器.从 HPCD 提取物中重新提取 Phe，先将 10 mLHPCD 提取液与 10 mL 不混溶的溶剂正己烷混合，并快速振荡 30 s，然后在室温下离心.接着向混合液中添加无水 MgSO4干燥，并将干燥后获得的有机相通过 0.45 m Whatman 过滤器过滤.有机萃取溶液在通风橱中干燥以除去有机溶剂，残留物重新溶解在 1 mL甲醇中，并在 HPLC 定量分析之前用甲醇进一步稀释.HPLC 分析使用安捷伦 1100 系列液相色谱仪(美国)和 ODS 色谱柱(Hypersil 100 mm4.6 mm，5 m填料)；流动相为乙腈和水；进样量 10 L，柱温 35，流速 1 mL/min.HPLC 定量分析通过外标法定量浓度，用于色谱分析的溶剂为 HPLC 级，HPCD 萃取 Phe 的标记回收率为 80.8%102.6%.1.6 数据处理与分析本研究中 Phe 对白符跳繁殖的 EC50利用以下方程推导：y=a1+(xx0)b（1）式中：y 为不同处理浓度所对应的繁殖数量，只；x 为测得的 Phe 添加量，mg/kg；a 为不同浓度处理的对照组中白符跳繁殖数量，只；x0为 EC50值，mg/kg；b 为方程拟合过程中所产生的斜率参数.该方程的拟合利用SigmaPlot14.0 软件进行，不同土壤理化性质与 Phe 毒性阈值间的相关关系利用 Pearson 相关性分析确定，且Pearson 相关性分析利用 IBM SPSS Statistics 软件确定.基于土壤理化性质的 PAHs 对白符跳毒性阈值的毒性预测模型利用多元逐步回归分析方法建立，使用OriginPro 2018 和Excel 2018 软件进行所有图表的制作.2 结果与分析 2.1 土壤理化性质15 种受试土壤的理化性质如表 1 所示.由表 1第 8 期冯献捷等：我国 15 种典型土壤中菲对白符跳的毒性阈值及其预测模型1627表 1 15 种供试土壤的理化性质Table 1 The basic physicochemical properties of tested soils土壤类型pH有机质含量/(g/kg)碳酸钙含量/(g/kg)阳离子交换量/(cmol/kg)Fe非晶质含量/(g/kg)Mn非晶质含量/(g/kg)Al非晶质含量/(g/kg)Fe晶质含量/(g/kg)颗粒组成0.052 mm0.0020.02 mm0.002 mm江西红壤5.230.019.610.230.790.173.980.113.450.510.140.212.120.1523.040.5219.72%0.23%41.72%0.22%38.56%0.24%安徽黄棕壤6.410.0214.700.170.730.316.280.241.980.030.440.201.300.2123.930.6119.70%0.18%50.66%0.21%29.64%0.58%海南砖红壤5.700.0324.400.110.760.023.610.051.780.010.550.021.320.0179.080.6026.72%0.40%36.84%0.41%36.44%0.11%广东红壤5.500.0542.500.230.800.088.450.037.870.270.120.211.030.2220.520.1314.98%0.020%45.08%0.21%39.94%0.14%黑龙江黑土5.770.0249.600.160.440.2420.600.154.350.120.590.121.920.027.420.1214.12%0.20%53.08%0.02%32.80%0.14%湖北水稻土5.250.0128.900.214.690.139.810.113.950.220.010.010.870.4111.290.299.86%0.10%65.70%0.01%24.44%0.10%云南黄红壤6.730.8012.000.145.770.138.070.175.990.120.190.110.780.2015.180.1039.06%0.02%36.20%.022%24.74%0.11%重庆紫色土7.820.121.960.120.760.115.120.122.950.300.270.110.570.119.090.3133.24%0.02%48.82%0.18%17.94%0.21%山东潮土7.960.038.040.227.350.275.230.210.350.300.090.110.290.143.180.2262.84%0.01%31.82%0.20%5.34%0.12%江苏水稻土6.960.0220.900.135.140.0315.600.045.060.040.22.0.100.870.0413.060.119.08%0.11%69.16%0.27%21.76%0.04%吉林黑土7.420.0233.800.135.950.2320.000.271.940.010.660.211.560.107.400.0213.84%0.11%49.99%0.03%36.18%0.27%河北潮土8.460.047.900.223.250.139.780.511.250.030.330.100.730.055.970.4026.83%0.06%58.83%0.15%14.35%0.62%河南潮土8.070.035.140.2384.860.168.560.300.930.110.280.020.470.017.380.1118.07%0.01%70.85%0.31%11.09%0.51%山西栗钙土8.060.0216.800.0396.560.3315.200.121.430.110.360.010.800.027.270.1727.64%0.11%55.67%0.11%16.69%0.17%宁夏灰钙土9.050.052.370.20118.160.344.090.300.200.030.070.010.210.104.110.1164.51%0.21%22.98%0.21%12.52%0.13%注：数据以平均值相对标准偏差表示(n=3).1628环境科学研究第 36 卷可见：15 种土壤中均未检出 Phe；土壤 pH 变化范围为 5.239.05，其中南方红壤土(广东红壤、江西红壤、海南砖红壤等)pH 较低，普遍呈酸性，北方潮土与灰钙土(山东潮土、河北潮土、宁夏灰钙土)pH 较高，普遍呈碱性；土壤有机质含量范围为 1.9649.6 g/kg，差异较大，其中黑土与水稻土(黑龙江黑土、吉林黑土、湖北水稻土)中土壤有机质含量较高，而在潮土与灰钙土(河北潮土、山东潮土、宁夏灰钙土)中土壤有机质含量偏低；阳离子交换量(CEC)为 3.6120.6cmol/kg；黏粒(粒径0.002 mm)占比为 5.34%39.94%；土壤晶质铁含量为 4.1179.08 g/kg，其中红壤(海南砖红壤、江西红壤)中土壤晶质铁含量显著高于潮土(河北潮土、河南潮土、山东潮土)；其他理化性质如碳酸钙含量、土壤非晶质铁(Fe非晶质)、土壤非晶质锰(Mn非晶质)、土壤非晶质铝(Al非晶质)与土壤晶质铁(Fe晶质)含量也有较大差异.2.2 不同土壤中 Phe 对白符跳毒性效应和阈值的差异对试验后存活成虫数量的统计发现，多数土壤中白符跳存活数量与 Phe 添加量之间的量效关系不显著.当 Phe 添加量为 200 mg/kg 时，白符跳成虫的存活与对照组差异显著的情况仅发生在有机质含量较低的土壤中，如河南潮土、河北潮土、江西红壤等，其余土壤中成虫存活数量与 Phe 添加量之间未呈现明显的规律性变化.试验 28 d 后白符跳成虫的整体存活率超过 50%，对照组成虫数量均超过 80%，数据符合 ISO 国际标准，但是数据之间变异性较大，且未呈现出显著的量效关系，无法计算 Phe 对白符跳存活的 LC50值，在此结果不做展示.对试验后存活幼虫的数量统计发现，不同土壤中白符跳的繁殖率与 Phe 添加量之间具有明显的量效关系(见图 1).对比不同土壤中 Phe 对白符跳的毒性效应结果可以发现：两种黑土的对照组幼虫数量显著高于红壤与黄棕壤的对照组幼虫数量，这可能与较低的土壤 pH 不适于跳虫生存有关.当土壤中 Phe 添加量较低时，大部分土壤中幼虫数量变幅较小；但当土壤中 Phe 添加量超过 50 mg/kg 时，几乎所有土壤都随着 Phe 添加量增加而呈现幼虫数量明显下降的趋势，其中在山东潮土、江苏水稻土、云南黄红壤和宁夏灰钙土中幼虫数量下降趋势更加显著；在 Phe 添加量达到最大值时，除黑龙江黑土、吉林黑土与广东红壤中还有部分白符跳幼虫存活外，其余土壤中只有极少量幼虫存活，且存活的幼虫也出现应激性减弱、活性差等现象.整体而言，经 28 d 的毒性试验后 15 种土壤中白符跳繁殖的幼虫数量与 Phe 添加量之间具有明显的量效关系，但变化趋势不同.通过计算得出，基于混合溶剂提取的 Phe 实测值推导的白符跳繁殖的 EC50值范围为 21.0999.50 mg/kg，其最高值是最低值的 4.72 倍(见表 2).050100150200050100150200250300350白符跳繁殖数量/只Phe添加量/(mg/kg)海南砖红壤湖北水稻土云南黄红壤重庆紫色土广东红壤山东潮土宁夏灰钙土山西栗钙土河北潮土河南潮土江苏水稻土吉林黑土江西红壤安徽黄棕壤黑龙江黑土图 1 暴露 28 d 后不同土壤中 Phe 对白符跳繁殖数量的差异Fig.1 The reproduction the number of Folsomiacandida after 28 days of exposure in different soils 表 2 基于混合有机溶剂提取的 Phe 实测值和基于 HPCD 提取的 Phe 实测值推导的白符跳繁殖的 EC50值Table 2 The EC50 values of Phe for the reproduction of Folsomiacnadida based on mixed organic solvent extracted Phe and HPCDertracted Phe土壤类型Phe对白符跳繁殖的EC50值/(mg/kg)基于混合有机溶剂提取的Phe实测值推导结果基于HPCD提取的Phe实测值推导结果海南砖红壤55.30(47.3963.21)33.60(16.2051.00)湖北水稻土61.71(36.8186.61)37.20(12.2462.16)云南黄红壤39.82(27.7651.88)27.16(8.4345.89)重庆紫色土30.61(19.8641.36)22.80(14.3730.73)广东红壤87.68(55.91119.45)42.36(27.5957.13)山东潮土36.80(21.8051.80)26.20(14.3838.02)宁夏灰钙土32.82(21.6743.97)23.40(7.2539.55)山西栗钙土40.32(12.6268.02)33.28(25.3141.25)河北潮土21.09(16.525.68)18.31(4.2532.37)河南潮土25.54(18.4832.60)18.74(7.3730.11)江苏水稻土56.81(45.4568.17)38.25(18.4858.02)吉林黑土74.22(57.5590.89)41.59(17.4165.77)江西红壤26.99(6.8447.14)22.36(11.2033.52)安徽黄棕壤31.26(10.1652.36)22.74(13.5331.95)黑龙江黑土99.50(85.38113.6)48.26(22.1374.39)注：括号内数值为毒性阈值的95%的置信区间.2.3 基于土壤理化性质的 Phe 对白符跳繁殖的 EC50预测模型第 8 期冯献捷等：我国 15 种典型土壤中菲对白符跳的毒性阈值及其预测模型1629将表 2 中基于混合有机溶剂提取的 Phe 实测值推导的 EC50值与土壤理化性质进行 Pearson 相关性分析，发现 Phe 对白符跳繁殖的毒性阈值与土壤有机质含量和土壤黏粒占比均呈显著正相关，相关系数分别为 0.923(P0.01)、0.656(P0.05)；与土壤 pH 呈显著负相关，相关系数为0.590(P10 g/kg 时，土壤有机质是疏水性有机污染物的主要吸附剂，对吸附起主要作用；而当土壤有机质含量10 g/kg 时，土壤黏粒对吸附会起到重要作用，对吸附污染物产生与土壤有机质类似的影响.本研究使用的 15 种典型土壤绝大部分土壤有机质含量远超过 10 g/kg，因此在本研究结果中不同土壤的 EC50值与土壤有机质含量展示出比土壤黏粒更高的相关性.此外，土壤 pH 也会对 Phe 在土壤中的生物有效性产生影响，这可能是在不同 pH 下，土壤腐殖质的组成(即胡敏酸、富里酸、胡敏素的含量)不同，进而导致其吸附性能不同43-44，并且 Phe 在土壤中主要与土壤有机质组分(腐殖质)结合，而腐殖质一般带负电，低 pH 有助于 Phe 吸附在腐殖酸等复合体上，从而降低 PAHs 在水溶液中的分配比，进而减少对跳虫的毒性影响.目前，虽然国外已有部分学者开展了关于 PAHs对土壤白符跳毒性阈值的研究27，并推导了相关生态基准：美国 EPA 针对超级基金场地风险评估要求，建立了以保护与土壤发生接触或以土壤中生物质为食的生态受体的土壤生态筛选值体系，其中低分子量 PAHs 生态筛选值为 29 mg/kg45；荷兰通过计算土壤污染对食品安全、生态风险和人体健康的环境风险值构建土壤质量标准，其中 Phe 基于生态学的风险干预值为 31 mg/kg46；澳大利亚国家环境保护委员会建立了以保护土壤动物为目的的土壤质量指导值，其中萘(NaP)的指导值为 68 mg/kg47.但由于土壤理化性质的巨大差异，导致基于国外土壤建立的毒性阈值数据和预测模型无法直接应用到我国.因此，本研究建立的基于我国典型土壤中 Phe 对白符跳的毒性阈值和基于理化性质建立的毒性阈值预测模型将有助于健全与完善我国土壤 PAHs 的生态基准值.4 结论与展望a)15 种典型土壤中 Phe 对白符跳繁殖的 EC50值范围为 21.0999.50 mg/kg，平均值为 48.03 mg/kg，与美国等国家制定的筛选值相近.b)15 种典型土壤中 Phe 对白符跳繁殖的 EC50值差异明显，不同土壤中 EC50值最高值是最低值的4.72 倍，基于 HPCD 提取的土壤中的 Phe 实测值在一定程度上解释了不同受试土壤之间的毒性差异.c)根据毒性预测模型显示，土壤有机质含量是影响不同土壤中 Phe 对白符跳 EC50差异的最重要的单一因素，可解释不同土壤中 EC50值 84.0%的差异.d)本研究仅针对白符跳这一单一物种进行了Phe 的生态毒性阈值研究，后续可以结合针对蚯蚓、线虫等其他土壤无脊椎动物的研究，并结合土壤类型、环境因素、生态风险等指标，参照其他国家制定的生态筛选值，制定我国以保护土壤无脊椎动物为目标的 Phe 的生态筛选值.050100150200020406080100120140160180海南砖红壤湖北水稻土云南黄红壤重庆紫色土广东红壤山东潮土宁夏灰钙土山西栗钙土河北潮土河南潮土江苏水稻土吉林黑土江西红壤安徽黄棕壤黑龙江黑土基于HPCD提取的Phe实测值/(mg/kg)Phe添加量/(mg/kg)图 3 不同土壤中基于 HPCD 提取的 Phe 实测值与 Phe 添加量的关系Fig.3 Relationship between the measured values of Pheextracted from HPCD and the amount of Phe added indifferent soils第 8 期冯献捷等：我国 15 种典型土壤中菲对白符跳的毒性阈值及其预测模型1631参考文献(References)：李晓,范瀚允,吴兴贺,等.德州、北京重污染过程PM2.5中PAHs污染特征及来源分析J.环境科学研究,2021,34（1）:54-62.LI X,FAN H Y,WU X H,et al.Characteristics and sources of PAHsin PM2.5 during winter heavy pollution episodes in Dezhou andBeijingJ.Research of Environmental Sciences,2021,34（1）:54-62.1 HAN J,LIANG Y S,ZHAO B,et al.Polycyclic aromatichydrocarbon(PAHs)geographical distribution in China and theirsource,risk assessment analysisJ.Environmental Pollution,2019,251:312-327.2 屈雅静,魏海英,马瑾.基于BP神经网络的北京城区公园土壤PAHs含量预测J.环境科学研究,2020,33（12）:2864-2871.QU Y J,WEI H Y,MA J.Prediction of polycyclic aromatichydrocarbons (PAHs)content in soil of urban parks in Beijingbased on BP neural networkJ.Research of EnvironmentalSciences,2020,33（12）:2864-2871.3 ABDEL-SHAFY H I,MANSOUR M S M.A review on polycyclicaromatic hydrocarbons:source,environmental impact,effect onhuman health and remediationJ.Egyptian Journal of Petroleum,2016,25（1）:107-123.4 冉宗信,陈靖宇,王亚婷,等.典型工业区土壤多环芳烃污染特征及影响因素J.环境科学,2019,40（10）:4594-4603.RAN Z X,CHEN J Y,WANG Y T,et al.Characteristics andinfluencing factors of polycyclic aromatic hydrocarbons in surfacesoils from typical industrial areas of ChengduJ.EnvironmentalScience,2019,40（10）:4594-4603.5 尚庆彬,段永红,程荣.中国农业土壤多环芳烃污染现状及来源研究J.山东农业科学,2019,51（3）:62-67.SHANG Q B,DUAN Y H,CHENG R.Pollution status and sourc