全氟/多氟化合物(per-and polyfluoroalkyl substances,PFASs)是一类分子中氟原子全部或部分取代了与碳连接的氢原子的人工合成化合物,因其具有良好的化学稳定性、热稳定性和高表面活性而被广泛应用于灭火剂泡沫、食品包装、表面活性剂、铬雾抑制剂等产品当中。由于PFASs在全球范围内大量生产和使用,导致其在不同环境介质中(水、大气、土壤、动植物和人体等)均被检出。毒理学研究表明全氟辛烷磺酸(perfluorooctane sulfonate,PFOS)和全氟辛烷羧酸(perfluorooctanoate,PFOA)以及长碳链全氟烷基酸类(PFAAs)物质会对人体生长发育产生不良影响,因此在欧美等国家被限制生产和使用。巨大的市场需求驱使生产厂家寻求新的产品替代PFOS和PFOA,其中包括短碳链PFAAs和一些新型PFASs,如多氟烷基醚羧酸和醚磺酸(perfluoroethercarboxylic acids,PFECAs、polyfluoroalkyl ether sulfonic acid,PFESAs)、全氟烷基膦酸和次膦酸(perfluorophosphonates,PFPAs、perfluorophosphinates,PFPi As)和多氟烷基磷酸酯(polyfluoroalkyl phosphate mono-and diesters,PAPs)等作为替代品被广泛的生产和使用。少量研究发现这些新型PFASs同样具有一定的生物毒性效应,甚至有些替代品的毒性要强于PFOS和PFOA。然而,目前对于这些新型PFASs的环境污染特征研究却十分匮乏。本论文对我国黄土高原地区地表水和地下水中典型新型PFASs的污染特征、污染来源和新型PFASs替代水平等进行了系统的调查研究。由于PFASs具有一定的水溶性,势必会通过地表水和地下水灌溉进入到土壤环境中被植物富集而进入食物链。因此,在全面掌握新型PFASs环境污染特征的基础上,系统探究了新型PFASs在土壤中的生物有效性和在植物中富集、迁移和转化特征及相关机制,为科学评估新型PFASs的生态风险提供理论基础。本论文的主要研究结果包括:(1)为了探讨新型PFASs在黄土高原地区环境介质中的污染特征、来源和替代特征,调查了我国黄土高原地区地表水(汾河和渭河)中典型新型PFASs的浓度水平和空间分布规律,探讨了其可能的污染来源和新型PFASs的替代特征。结果表明,汾河和渭河地表水中,PFASs污染水平呈现出中、下游地区高于上游地区的空间分布特征,其中工业生产和人口密集的城市对地表水中PFASs具有较大的贡献。在汾河和渭河流域,全氟己烷磺酸(perfluorohexane sulfonate,PFHx S)均是PFOS的主要替代品,而其他新型PFASs则呈现出不同的替代特征。渭河流域短碳链全氟羧酸(perfluoroalkyl carboxylic acids,PFCAs)和4,8-双氧基-3-氢-多氟壬酸铵(4,8-dioxa-3H-per-fluorononanoate,ADONA)等作为PFOA的替代品被广泛使用。而在汾河流域,6:2氟调聚磺酸(fluorotelomer sulfonate,FTS)、6:2Cl-PFESA等则作为PFOS的替代品被广泛使用。通过羟基氧化法处理地表水的结果表明,地表水中除目前已知典型新型PFASs外,仍存在较高浓度水平的PFAA前体物质。通过对PFOA和PFOS异构体组成特征分析发现两个流域地表水中PFOA主要来源于调聚合成法,而PFOS则主要来源于电化学氟化法(electrochemical fluorination,ECF)。渭河和汾河作为黄河第一和第二大支流对黄河中PFASs的年贡献量分别为239和62.6 kg。(2)为了揭示新型PFASs在黄土高原地下水环境中的分布归趋,对地下水样品中34种PFASs进行了系统的检测与分析。结果表明,在黄土高原地区地下水中检出了多种传统和新型PFASs,PFASs总浓度在2.78-115 ng/L,其中PFOA是地下水中主要的PFASs,而PFOS被新型PFASs替代趋势更为显著,这可能与PFOS在全球的严格管制有关。其中6:2 FTS、6:2 Cl-PFESA、ADONA和2,3,3,3-四氟-2-(七氟丙氧基)(HFPO-DA)的检出率达到了96.7-100%。通过羟基氧化法处理地下水后发现地下水中仍存在一定浓度水平基于C4和C8的未知PFAA前体物质。经过对地下水中PFASs的来源解析发现地下水中的PFASs主要来源于工业生产和农业活动。此外,由于不饱和含水层吸附、稀释等作用,PFASs总浓度随着地下水深度的增加而降低,而PFAA前体物质的浓度则呈现出与之相反的变化趋势,这可能是由于地下水中前体物质的微生物转化过程受到一定程度的限制。通过对饮用地下水所产生的PFASs人体暴露风险进行估算,结果表明黄土高原地区地下水PFASs人体暴露风险总体较低。(3)作为一类具有代表性的新型PFASs,全氟烷基膦酸(PFPAs)和次膦酸(PFPi As)被广泛应用于工业和农业活动中。这类物质会进入到土壤中并具有较强的持久性,进而会在植物中富集产生一定的生态风险。为了探究新型PFASs在植物中的行为特征,本研究采用水培试验,系统探究了全氟烷基膦酸(PFPAs)和次膦酸(PFPi As)在植物中的吸收、迁移和转化特征及相关机制。试验结果表明C6/C6 PFPi A、C8/C8 PFPi A、全氟辛烷膦酸(PFOPA)、全氟己烷膦酸(PFHx PA)主要通过疏水作用下吸附在小麦根表皮,其中只有小部分会在质膜H+-ATP酶的调控下通过主动运输被植物根部吸收。对于分子量较小且具有中等疏水性的PFHx PA来说,离子通道和水通道均参与其在小麦根部的吸收,并更容易向小麦茎叶迁移。C6/C6 PFPi A和C8/C8 PFPi A可以在细胞色素450酶(CYP450)的介导下在小麦根部发生相Ⅰ转化,生成更为持久的PFHx PA和PFOPA以及1H-己烷羧酸(1H-PFHx)和1H-辛烷磺酸(1H-PFO)。因此说明小麦根部暴露于PFPi As可以导致植物地上部位积累更多持久性的PFPAs,可能会导致潜在的生态风险。(4)作为PFOS的替代品,6:2 FTS、6:2 Cl-PFESA、C6/C6 PFPi A和C8/C8 PFPi A的广泛生产和使用势必会导致其进入到土壤环境中。而植物对新型PFASs的吸收是其进入食物链的潜在途径。本研究采用盆栽试验系统研究了这四种新型PFASs在土壤中的生物有效性和在小麦、玉米、黄豆和南瓜中的富集特征。结果表明,利用甲醇提取土壤中的PFASs部分能较好反映土壤中新型PFASs的生物有效性,疏水性较强的新型PFASs更容易在土壤中发生不可逆吸附进而降低其生物有效性。而根际土壤中植物分泌的小分子有机酸则有助于提高其在在土壤中的生物有效性。四种新型PFASs在植物根部的生物富集系数(root-soil concentration factors,RSCFs)和向地上部位迁移系数(translocation factors,TF)均与PFASs的疏水性呈现负相关,说明疏水性强的PFASs在土壤—植物系统中的生物有效性相对较低。而它们在植物中的富集迁移规程则主要受到植物组织脂质和蛋白质含量的调控。