关键词： 微塑料   暴露途径   毒理效应   分子机制   健康风险  

摘要： 微塑料污染不仅是一个环境问题,更是一个社会问题.目前针对环境微塑料来源、丰度和分布,已开展了大量研究,但对人体微塑料暴露水平和潜在健康风险的认识仍非常有限.基于文献计量学方法,系统地梳理总结了当前人体微塑料的暴露途径,揭示了人体微塑料污染的赋存特征及潜在健康危害.结果表明,人体内微塑料主要以粒径小于50μm的聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等人工合成聚合物为主.环境微塑料主要通过食物和呼吸途径进入人体,并在肺部和肠胃组织累积,其中小粒径微塑料可通过循环系统分布于各组织器官.基于实验的毒理学实验结果表明,微塑料不仅影响细胞膜完整性、免疫应激、肠道菌群和能量代谢,对生殖系统也具有潜在危害.为科学评估微塑料污染的健康风险,还需进一步加强微塑料毒理效应及其发生机制研究,构建微塑料健康风险评估框架,以科学依据支撑微塑料污染防治.

关键词： 水体微塑料污染   检测方法   监控   先进技术   机器学习  

摘要： 本研究旨在开发一种高效的水体微塑料污染监测方法。通过综合运用先进技术和分析手段,建立了高效、准确的微塑料颗粒检测体系。方法包括样品采集、颗粒提取与富集、表征与鉴定等步骤,并优化了仪器参数。基于机器学习算法建立了分类模型,实现了快速可靠的微塑料污染监控。验证结果显示:该方法具有高灵敏度、选择性和稳定性,在微塑料颗粒鉴定与监测方面表现出良好性能。

关键词： 大气微塑料   保定市   空间分布   污染特征   影响因素   风险评估  

摘要： 大气微塑料（Atmospheric Microplastics,AMPs）是指在大气环境介质中存在的尺寸<5 mm的塑料颗粒。受自身重力以及气象因子等影响,AMPs可以通过沉降的方式迁移至其他环境介质中,在城市环境中赋存,进而对人体产生危害。因此大气沉降微塑料（Deposited Atmospheric Microplastics,DAMPs）是AMPs从大气环境介质沉降并沉积在地面的主要贡献者,但有关DAMPs的基础研究较少,保定市AMPs的沉降通量及影响因素研究还处于空白阶段。因此本研究选取保定市某高校楼顶作为DAMPs沉降采样点,保定市主城区内不同功能区的降尘沉积点作为沉积采样点,开展保定市主城区范围内沉降与沉积AMPs的监测,研究沉降与沉积AMPs的时空污染特征,根据气象数据及人类活动探讨影响AMPs沉降与沉积的自然或人为因素,主要结果如下: ***的污染特征研究及其影响因素。使用被动采样法并对采样条件优化后进行持续1年的采样。采样丰度结果为冬季>春季≈秋季>夏季,DAMPs丰度总范围为510-2184 n·m-2·d-1,平均丰度为1141±436 n·m-2·d-1。使用光学显微镜观察和ATR-FTIR鉴定分析,发现DAMPs形态以纤维状为主,颜色以透明色为主,聚合物类型以PET、PA6和PE为主。降雨、严重天气污染以及强风等自然因素均会促进DAMPs的沉降。通过对比DAMPs的丰度与当天气象因子(AQI、PM2.5、PM10)之间的关系发现,不同季节的DAMPs沉降通量与气象因子之间均呈现正相关的线性关系。 2.不同功能区沉积AMPs的污染特征及其影响因素。不同功能区之间的沉积AMPs丰度存在明显差异,高人流量的高速公路的平均丰度高达313699±53263 n·m-2,远远大于其他功能区。不同功能区之间的形态均以纤维状为主,颜色均以透明色为主,尺寸大多集中在<200μm的范围内,聚合物类型以PP和PET为主,部分点位的轮胎磨损颗粒较多。沉积AMPs受人类因素影响较大,大部分功能区在假期前后沉积通量变化较大且在假期结束时达到最高值,小部分功能区如郊区,由于远离人类活动范围,其前后丰度变化不大。受地形空旷及风力等自然因素影响,高速铁路的AMPs沉积通量要远低于其他功能区。 3.保定市AMPs的生态风险评估。使用污染负荷指数模型（PLI）评估保定市主城区内AMPs的污染负荷情况,研究发现保定市DAMPs属于中度污染,功能区沉积AMPs主要以中度污染为主,高速铁路、公园和居住区存在轻度污染,高速公路出入口处存在重度污染;使用潜在生态风险指数模型（PERI）评估保定市AMPs的单一与综合聚合物的潜在风险,从单一聚合物来看,因其毒性系数不同,PVC、PMMA以及部分功能区内轮胎颗粒的潜在风险较高,综合来看,城区内有较危险的DAMPs的潜在风险;不同功能区中郊区的潜在风险最为严重。

关键词： 苹果园   微塑料污染   土壤酶活性   温室气体排放   微生物群落  

摘要： 微塑料作为一种新型环境持久性污染物,已在农业生态系统中被广泛检测到。目前,关于农田中微塑料的研究主要集中在典型农作物土壤中,然而关于果园生态系统中微塑料的污染问题知之甚少。因此,本研究以陕西省的苹果园土壤为研究对象,展开实地调研与采样,采用密度分离法提取土壤中的微塑料,分析其丰度、形状、颜色、粒径以及聚合物类型,明确了陕西苹果园土壤中微塑料的分布特征及其污染风险;通过根盒试验,结合土壤原位酶谱技术和酶动力学方法,探究了传统聚乙烯微塑料（PE）和可生物降解微塑料（PBAT）与农药多种污染物共同作用对苹果砧木生长、根际土壤养分以及根际土壤酶活性的影响;基于室内土培试验,进一步研究两种微塑料配施生物炭对土壤理化性质、碳氮排放以及微生物群落的影响,探讨了生物炭改良对土壤微塑料污染的缓解效应,为揭示果园土壤微塑料污染的生态风险及有效防控塑料制品的使用提供参考依据。主要结论如下: （1）陕西苹果园表层土壤中微塑料的丰度范围为1280～5986.24 n·kg-1,平均丰度为3785.71±128.61 n·kg-1,各县区微塑料丰度的大小排序为:旬邑县>洛川县>白水县>米脂县>千阳县>绥德县>乾县。土壤中微塑料的形状有薄膜、纤维、碎片、泡沫和颗粒五种形状,其中占比较多的是薄膜状和纤维状;微塑料的颜色有黑色、透明色、红色、棕色、蓝色、绿色等,其中以透明色和黑色居多;微塑料的粒径主要分布在四个范围:0.1～0.5 mm、0.5～1.0 mm、1.0～3.0 mm和3.0～5.0 mm,其中0.1～0.5 mm粒径的微塑料占比最高;微塑料的类型包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）。此外,研究区果园土壤微塑料污染负荷指数（PLI）在1～2.22之间,属于I级较低水平,为轻微污染,暂未对果园生态系统造成很大的威胁。 （2）PE和PBAT微塑料单一污染及其与农药复合污染,均使苹果砧木苗的地上部、地下部生物量、总根长、根系直径、根表面积和根体积较CK（空白对照）显著降低。此外,微塑料与农药复合污染较单独污染对根际土壤养分的影响更大,与CK相比,使土壤有机质（SOM）、溶解性有机碳（DOC）、速效磷（AP）和速效钾（AK）的含量分别显著下降了29.44%～42.74%、23.49%～44.55%、40.25%～51.75%和19.60%～31.27%,但土壤碱解氮（AN）含量却显著增加了37.64%～48.78%。土壤原位酶谱的结果表明,添加PE、PBAT微塑料均显著增加了β-葡萄糖苷酶（BG）、亮氨酸氨基肽酶（LAP）的根际酶活性热点面积,且PE对LAP酶热点面积的增加幅度显著高于PBAT。但与单独添加微塑料相比,微塑料与农药复合添加下BG和LAP酶的热点面积分别显著减少了5.36%～35.8%和8.90%～45.08%。不同微塑料对根际土壤酶活性的影响有差异,PE和PBAT分别显著增加了LAP酶和BG酶的最大反应速率(Vmax)和米氏常数（Km）,提高了根际土壤的酶活性,但降低了酶与底物的亲和能力。 （3）单独添加微塑料（PE、PBAT）相较于CK显著提升了土壤的酸碱度（p H）、DOC、微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）和土壤硝态氮（NO3--N）含量,但显著降低了铵态氮（NH4+-N）含量,在配施生物炭（BC）后,NO3--N和NH4+-N含量的变化幅度减少。在土壤碳氮排放方面,PE和PBAT微塑料均促进了土壤CO2和N2O的排放,其中PE对N2O排放的影响更显著,而PBAT对CO2排放的影响更突出。生物炭促进了CO2的排放,但抑制了N2O排放。与单独添加微塑料相比,微塑料与生物炭配施减少了土壤CO2和N2O的排放量,生物炭在一定程度上缓解了微塑料对温室气体排放的加剧效应。在微生物群落方面,微塑料降低了细菌群落的Shannon和Simpson指数,而生物炭显著提高了细菌群落的Chao1指数。当微塑料与生物炭配施时,细菌群落的丰富度和多样性有所增加。在细菌门水平上,添加微塑料增加了变形菌门、放线菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、绿弯菌门、硝化螺旋菌门的相对丰度;在真菌门水平上,添加微塑料增加了子囊菌门、被孢霉门和壶菌门的相对丰度。 综上所述,微塑料在陕西苹果园土壤中分布广泛,污染水平较低,但进一步研究表明,微塑料与果园常见污染物农药共同污染或其单独污染对土壤环境构成的潜在风险不容忽视。因此,需高度关注其长期影响,并采取相应措施加以防控,以保障果园生态系统的健康与安全。

关键词： 微塑料污染   微生物降解   聚乙烯微塑料   土壤环境   四环素  

摘要： 塑料制品的大肆使用,导致微塑料污染成为一个新出现的全球性问题。陆地环境中的微塑料输入量高,在土壤环境中的物质迁移能力较低。且由于微塑料具有粒径小、比表面积大、疏水性强的特点,可作为四环素（Tetracycline,TC）抗生素的传播载体,影响抗生素的降解。因此土壤环境中微塑料及其复合污染问题亟待解决。本研究选取聚乙烯（Polyethylene,PE）微塑料污染土壤,及PE微塑料与TC复合污染土壤作为污染物,探索不同环境下微生物对污染物的降解机制,通过不同碳源条件下微塑料分子结构、晶体结构、相对分子质量、微塑料表面特征和亲疏水性的变化,以及微生物数量和活性变化,确定微塑料的最适降解菌。通过降解前后土壤理化性质的变化,探究聚乙烯微塑料及四环素的添加对土壤环境的影响。主要结论如下: （1）在PE微塑料为唯一碳源的条件下,微生物可降解PE微塑料。经过32天的处理,微生物的数量和活性出现升高趋势,PE微塑料在红外波段为1200-1300 cm-1和1700-1800 cm-1处产生新的峰值,生成醚键、醛、酮、酸及酯基,这些官能团的变化,说明PE微塑料发生了氧化。衍射峰面积在21.545°和23.920°处分别降低了14.12%和17.14%,说明PE微塑料分子结晶度降低。数均分子量（Mn）降低了50%,相对分子质量多分散系数从1.1597升高至3.50162,表明PE微塑料聚合链发生解聚。水接触角从127.7±0.0升高至132.2±0.0,说明PE微塑料亲水性增加,降低微生物对微塑料的抵抗能力,加强PE微塑料微生物降解的敏感性。 （2）在PE微塑料污染土壤为碳源的条件下,经过32天微生物处理PE微塑料的衍射峰物相分析,表明微生物显著改变聚乙烯微塑料聚合物的分子排列结构。微生物处理前后PE微塑料的数均分子量（Mn）分别为41404和39091,降低了5%,相对分子质量多分散系数PD分别为1.15697和3.2914,表明在降解过程中大分子物质发生联结,低分子质量的物质发生解聚,PE微塑料发生强烈降解,并生成其他副产物。 （3）在PE微塑料及四环素污染土壤为碳源的条件下,经过32天微生物的处理,PE微塑料在红外波段为920 cm-1、1150 cm-1、2500-3300 cm-1、3400-3500 cm-1产生新的峰值,可能是醛类、羧酸、仲醇、醚键、叔醇和酮类或分子间氢键的形成。经微生物处理后Mn数均分子量和相对分子质量多分布系数PD增大,说明存在大分子物质发生联结,出现低分子量的小分子物质的降解,说明PE微塑料对四环素存在吸附效应。 （4）PE微塑料的添加,会引起土壤理化性质的变化。通过对PE微塑料污染土壤理化性质的测定,土壤p H由7.57降低至7.2左右,土壤阳离子交换量由21.028 cmol/kg降低至15 cmol/kg以下,表明PE微塑料的污染会使土壤养分的减少,保肥能力降低。

关键词： 微塑料   铅   联合毒性   氧化应激   基因表达  

摘要： 微塑料（MPs）和重金属作为电子废弃物拆解场地典型污染物,可以在土壤环境中形成复合污染,并威胁到土壤生态系统健康以及蚯蚓等重要土壤动物的生存。但当前土壤生态的研究系统大多仅围绕单一MPs或重金属构建,对于二者联合毒性效应的研究仍较为缺乏。为探究MPs和重金属对土壤生物的毒性效应,本文选取赤子爱胜蚓（Eisenia fetida）作为模式动物,聚丙烯微塑料（PP-MPs）和重金属铅（Pb）作为目标污染物,研究MPs以及MPs-Pb复合污染对蚯蚓的联合毒性效应。首先探究了MPs单独暴露或MPs-Pb联合暴露可能诱导的蚯蚓个体水平上的生物效应,并分析MPs存在下对蚯蚓体内Pb富集的影响,随后从生理生化角度探讨蚯蚓体内氧化应激和神经毒性,最终运用分子生物学技术,从基因水平表征蚯蚓体内的氧化应激机制。本研究有助于全面解答电子废弃物拆解场地土壤环境中MPs的环境风险问题,并为我国电子废弃物拆解场地MPs污染的风险管控与治理提供科学依据。本文主要研究结果如下: （1）MPs单独或MPs-Pb联合暴露28 d,分别在7 d、14 d、21 d和28 d考察了赤子爱胜蚓死亡率、生长率和行为学效应的变化,以及MPs暴露对蚯蚓体内Pb积累量的影响。结果表明,MPs-Pb联合暴露会对蚯蚓造成一定程度的慢性损伤,且Pb的存在总体上增强了MPs的毒性作用。MPs-Pb联合暴露比MPs单独暴露对蚯蚓产生的回避反应更加明显,但回避率均小于80%,表明该土壤适合进行之后研究。MPs单独或MPs-Pb联合暴露28 d后均能显著增加蚯蚓的死亡率和生长抑制率(MPs浓度>500 mg·kg-1),且生长抑制率具备一定的剂量-时间相关性,同时MPs-Pb联合暴露较MPs单独暴露对蚯蚓生长的抑制作用更大。MPs单独或MPs-Pb联合暴露也增强了蚯蚓的运动活跃度。在6 min测试周期内,不同暴露组中蚯蚓运动活性指标（middur&burdur）%整体呈现轻微的上升趋势。此外,蚯蚓体内Pb含量随着MPs浓度的增加而增加,也随暴露时间增加而的增加,暴露28 d后蚯蚓体内Pb含量显著高于7 d、14 d和21 d的（P<0.05）,表明Pb的累积具有剂量相关性和时间相关性。高浓度MPs(>500 mg·kg-1)的存在显著提高了Pb的生物利用度（P<0.05）。 （2）通过超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）等关键活性蛋白的检测,研究了MPs单独或MPs-Pb联合暴露下蚯蚓的氧化应激状态。MPs单独暴露21 d后蚯蚓体内SOD活性和CAT活性显著提高（P<0.05）,表明此时发生了明显的氧化应激。与MPs单独暴露相比,MPs-Pb联合暴露导致了更明显的氧化应激反应。MPs-Pb联合暴露14 d后,蚯蚓体内SOD和CAT活性均显著升高（P<0.05）;MPs-Pb联合暴露28 d后(MPs浓度>500 mg·kg-1),蚯蚓体内MDA含量显著高于空白对照组（P<0.05）,说明此时产生了严重的脂质过氧化。除第21 d的个别暴露组中被抑制（P<0.05）外,蚯蚓体内乙酰胆碱酯酶（ACh E）活性在第7 d、14 d和28 d均无显著性变化,但多数实验组ACh E活性低于空白对照组。ACh E活性的降低将造成肌肉间一定程度的乙酰胆碱累积,导致神经兴奋和运动增强,从上一节蚯蚓神经运动行为测试结果来看,二者的变化基本相符,说明MPs-Pb联合暴露可能造成了乙酰胆碱相关的神经毒性。 （3）在获得了MPs-Pb联合暴露诱导蚯蚓体内氧化应激这一结果的基础上,运用定量PCR技术进一步探究了MPs单独或MPs-Pb联合暴露后蚯蚓体内SOD、CAT、热休克蛋白（Hsp70）和翻译控制肿瘤蛋白（TCTP）等氧化应激相关基因的表达水平变化。由于上一节中多数酶活在暴露21 d后发生显著变化,本节主要测定了暴露21 d的基因表达情况。试验结果表明,在MPs-Pb联合暴露21 d后,SOD和CAT表达相对于对照组分别出现显著下调和上调（P<0.05）,且其变化更加类似于铅单独暴露的结果。CAT基因变化与酶活性变化趋势一致,但SOD的变化趋势相反。暴露后Hsp70和TCTP基因表达整体呈下调趋势;TCTP基因表达水平的变化相对较为明显,且主要效应来自于MPs暴露（P<0.05）。从分子层面看,可能是抗氧化酶CAT基因的上调对蚯蚓体内的氧化应激具有一定的缓解作用,造成Hsp70和TCTP等基因可能因没有感知到足够的应激而未被充分激活。最后分析了基因表达水平与酶活性之间的相关性,发现Hsp70基因与SOD酶活呈显著负相关。

关键词： 微塑料   养殖鱼   野生鱼   定量分析   烹饪方式  

摘要： 微塑料是一类新污染物。大量研究表明,微塑料已经广泛存在于水体、沉积物、大气与土壤中,近年更是在人体多个组织器官相继检出各种微塑料,由此引起的潜在健康风险引起全社会的广泛关注。海产品是人体微塑料的直接来源之一,但到目前为止有关海产品中微塑料的研究更多集中在胃肠道和腮等非食用部分,而对于可食用部分如肌肉组织中微塑料污染的研究仍非常有限,并且较少考虑海产品加工过程中对微塑料污染水平的影响,有可能导致高估海产品对人体微塑料污染的潜在贡献。为此,本研究在建立以激光红外成像仪分析微塑料方法基础上,调查了我国渤海湾和辽东湾野生与养殖海水鱼体内微塑料污染特征,探究鱼体内微塑料潜在来源,并在此基础上通过模拟不同烹饪方式研究鱼肉中微塑料污染水平变化,并进一步利用热脱附-气相色谱/质谱(TD-GC/MS)方法进行了验证分析。主要研究结果如下: 1.渤海湾和辽东湾野生与养殖海水鱼肌肉、鳃和肠胃道中均广泛检出了各种微塑料,并且微塑料污染水平腮>胃肠道>肌肉。其中,辽东湾各组织中微塑料丰度无显著性差异(p>0.05),而渤海湾海水鱼腮组织微塑料显著高于胃肠道和肌肉(p<0.05)。检出的微塑料以粒径小于50μm的颗粒为主,材质以PVC为主,纤维和碎片则是微塑料的主要形态。相关性分析结果表明鱼体内微塑料与栖息地的沉积物及其饵料中微塑料具有一定的相关性。 2.研究了不同烹饪方式(煮、蒸、炸)对海水鱼肌肉中微塑料污染水平影响,结果发现“炸”导致鱼肌肉中微塑料丰度显著升高(p<0.05),但“蒸”和“煮”对微塑料丰度无显著影响(p>0.05);另外,与未处理鱼肌肉中微塑料相比,三种烹饪方式均导致小粒径微塑料占比升高,但形态仍以纤维和碎片为主。 3.针对三种烹饪方式导致鱼肌肉中微塑料尤其PVC微塑料丰度显著升高,进一步利用TD-GC/MS定量烹饪前后鱼肌肉中PVC微塑料(>0.22μm)的质量浓度变化,结果发现“炸”会显著提高PVC微塑料的质量浓度,尤其0.22～10μm的微塑料最为显著,但具体原因仍有待于进一步分析。 综上所述,我国辽东湾和渤海湾养殖海水鱼和野生海水鱼鱼体不同组织(胃肠道、腮和肌肉)中广泛检出以小粒径为主的不同材质和形态微塑料,但养殖鱼与野生鱼体内微塑料并不存在显著性差异。经过不同烹饪方式(煮、蒸、炸)处理后,只有“炸”的烹饪方式导致鱼肌肉中微塑料的含量显著升高。

关键词： 厌氧甲烷氧化   N-DAMO古菌   海洋生态系统   淡水生态系统   微塑料污染  

摘要： 硝酸盐型厌氧甲烷氧化（Nitrate-dependent anaerobic methane oxidation,N-DAMO）的发现是甲烷氧化的新内容,它开辟了厌氧甲烷氧化的新路径,这个过程的发现对于甲烷排放估算以及加深对碳氮循环的认识具有重要意义。N-DAMO古菌的发现促使我们重新评估生态系统中的甲烷氧化过程。至今,关于N-DAMO古菌的研究主要集中在土壤和湿地等环境中,关于水生态系统尤其是大型河流及海洋的调查还不全面,不同水生态系统中环境因素对N-DAMO古菌的影响也不明确。所以调查不同水生态系统中的N-DAMO古菌活性、丰度、多样性及群落结构具有重要意义。微塑料作为水生态系统中不可忽视的污染物,其对于N-DAMO古菌的影响还尚不清楚。本文以海洋和淡水沉积物为研究对象,研究其中的N-DAMO古菌的活性、丰度、多样性和群落结构及影响其环境因素;通过微宇宙实验解析微塑料污染下N-DAMO古菌的活性、丰度、多样性和群落结构变化。主要研究结果如下: 1)探明了海洋生态系统（黄海）中N-DAMO古菌的活性、丰度、多样性和群落结构及其影响因素。通过同位素标记法活性实验,在黄海沉积物中发现了N-DAMO过程,N-DAMO古菌活性为0.24～0.38 nmol CO2 g-1（干重）d-1,丰度为2.97×10～7～3.47×10～8拷贝g-1（干重）,多样性水平较高,取样点间的群落结构差异性较大。硝酸盐和氨氮是影响海洋生态系统（黄海）群落结构的主要因素。 2)探明了淡水生态系统（黄河）中N-DAMO古菌的活性、丰度、多样性和群落结构及其影响因素。黄海沉积物中发现了N-DAMO过程,N-DAMO古菌活性为0.12～0.43 nmol CO2 g-1（干重）d-1,丰度为2.45×10～6～6.89×10～7拷贝g-1（干重）,沉积物p H值对mcr A基因丰度有显著影响。淡水沉积物（黄河）中的多样性水平相比海洋沉积物（黄海）较低,最上游和最下游的取样点的群落结构与其他取样点差异较大,氨氮和总有机碳是影响淡水生态系统（黄河）群落结构的主要因素。 3)探明了N-DAMO古菌对聚氯乙烯微塑料的响应机制。聚氯乙烯微塑料在短期内显著提高淡水和海洋沉积物N-DAMO活性。聚氯乙烯微塑料对海洋沉积物中的N-DAMO活性刺激更强。加入微塑料后,淡水和海洋沉积物的N-DAMO微生物多样性均发生改变,海洋沉积物的群落结构更容易受到微塑料影响。