关键词： 微塑料污染   海洋污染   视觉设计  

摘要： 随着人类社会的发展和进步,塑料产品在生活中的应用越来越广泛。然而,塑料的滥用和不当处理已经引发了全球性的环境问题,特别是海洋微塑料污染。这些小于5毫米的微塑料颗粒已经进入了我们的海洋生态系统,对海洋生物甚至人类健康构成了潜在威胁。科学研究和公众教育在提高人们对这一环境问题的认知方面取得了一些进展,但大众对海洋微塑料污染的认知仍然有限。在这样的背景下,通过有效的视觉手段提高公众对海洋微塑料污染问题的认知,推动相应的解决策略是有必要且可行的。 本文是以海洋微塑料污染为主题进行视觉设计研究,探索视觉设计在引发公众关注海洋微塑料污染、刺激公众行动方面的可能性。通过回顾海洋微塑料污染的现状,以及调研公众对这一问题的认知水平,然后探讨视觉设计的基本理论和方法,并通过案例研究探索如何将这些理论和方法应用到海洋微塑料污染的主题设计。最后,在设计实践中借用新传播媒介与新计算机技术,使视觉设计准确有效地传递海洋微塑料污染信息并触发公众情感反应,甚至激发行动的欲望。在探索海洋科学与视觉设计的创新性关联过程中,为未来海洋类视觉设计研究提供理论补充和设计实践参考。

关键词： 昆都仑水库   微塑料   污染特征   生态风险评估  

摘要： 目的 探讨包头市昆都仑水库中微塑料的污染特征及生态风险。方法 在昆都仑水库表层水、沉积物和周围土壤中各采集3个环境样本，经消解、密度浮选、二次消解和浓缩4个步骤提取出微塑料后，使用Clarity软件控制的LDIR8700反射模式检测微塑料的丰度、聚合物类型、粒径和形状等特征，使用风险指数（H）和污染负荷指数法（PLI）进行生态风险评估。结果 表层水、沉积物和周围土壤中微塑料平均丰度分别为（210.83±50.1）n/L、（9 633.33±1 955.33）n/kg和（10 633.33±896.29）n/kg。在表层水中，微塑料聚合物类型以聚丙烯（PP）为主，粒径在0～30μm的微塑料占比最大，形状是以薄膜状为主。在沉积物中，聚合物类型以聚丁二酸丁二醇酯（PBS）为主，0～30μm大小和薄膜状微塑料占主要地位。在周边土壤中，聚合物类型同样以PBS为主，微塑料粒径与形状则是与沉积物中的相同。基于微塑料聚合物类型的H显示各采样点微塑料H指数范围在1.22～9 111.44，风险等级涵盖Ⅰ～Ⅳ级，表层水中风险等级普遍偏高，沉积物和周围土壤中风险等级略低；而基于微塑料污染丰度的污染负荷指数（PLI）显示各采样点微塑料PLI指数范围为1～1.273 3，其平均微塑料PLI指数为1.099 5，三种环境介质中总体呈现轻微污染状态。结论 昆都仑水库3种环境介质中微塑料丰度较高、来源广泛且以小粒径为主，总体风险指数偏高，污染负荷较低。

关键词： 海洋微塑料   激光拉曼光谱   数据预处理   分类方法  

摘要： 随着塑料在全球总产量的不断递增，大量塑料废品的不当处理导致了塑料垃圾最终流入到生态系统中，给生态环境造成了极大的污染。微塑料作为全球海洋生态环境的主要污染物之一，为实现对海洋微塑料的实时监测，亟需寻找准确有效的海洋微塑料鉴定方法。基于此，本文基于激光拉曼光谱技术，以聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚碳酸酯PC、聚苯乙烯PS、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚氯乙烯PVC六种微塑料为研究对象，研究海洋微塑料拉曼光谱数据预处理及分类方法，以期实现拉曼光谱技术对海洋微塑料的准确识别。具体研究内容如下：　　（1）为实现海洋微塑料拉曼光谱数据的快速采集，本文搭建了一套微塑料检测系统，该系统主要由激光器（785nm）、光纤、拉曼探头和拉曼光谱仪组成。实验研究了不同光功率、积分时间等参数对拉曼光谱信号的影响，结果表明，激发光功率为激光器最高功率（450mW）的75%时，拉曼光谱的信号最强且信噪比较高，并保留了所有的特征峰;积分时间为5s时，光谱的信噪比较高，同时满足快速测量的需求。　　（2）为验证预处理方法对提高微塑料拉曼光谱识别准确率的可行性，本文提出基于稀疏表示的谱线拟合和基线校正方法，在此基础上联合最大-最小归一化算法对拉曼光谱数据进行预处理，并将预处理数据与原始数据分别利用机器学习中SVM算法进行训练测试。结果表明：SVM对原始微塑料拉曼光谱数据的平均识别准确率为93.25%，基于稀疏表示预处理后其平均识别准确率提高至94.33%，联合最大-最小归一化后，其平均识别准确率为94.47%。　　（3）为了进一步提高海洋微塑料拉曼光谱的识别准确率，本文搭建基于深度学习的一维卷积神经网络分类模型，通过对原始数据和预处理数据分别进行训练测试，验证预处理方法对提高深度学习算法识别准确率的可行性。结果表明，预处理后一维卷积神经网络对海洋微塑料拉曼光谱的平均识别准确率由95.2%提高至97.8%，此外，相比机器学习支持向量机，基于深度学习的一维卷积神经网络可将海洋微塑料拉曼光谱的识别准确率由94.47%提高至97.8%。　　上述研究表明，本文提出的基于稀疏表示和最大-最小归一化预处理方法不仅可提高机器学习也可提高深度学习算法对海洋微塑料拉曼光谱的识别准确率，且深度学习算法在海洋微塑料拉曼光谱分类领域具有更好的应用潜力。

关键词： 微塑料   土壤理化性质   土壤酶   地膜  

摘要： 微塑料作为一种新型的环境污染物，在土壤中具有相当高的丰度。研究了不同类型(聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚烯烃树脂)和不同浓度(0.1%和2%)的微塑料对土壤性质的影响。结果表明：高浓度的微塑料可以显著降低土壤含水量、硝态氮含量、有效磷含量、蔗糖酶活性；低浓度的微塑料能显著降低土壤铵态氮含量、有机质含量、脲酶活性，同时可显著提高土壤pH。在2%聚乙烯处理下，土壤硝态氮含量显著降低了56.20%;土壤有效磷含量显著降低了20.51%。在0.1%聚乙烯处理下，土壤有机质含量显著降低了31.51%;脲酶活性显著降低了67.43%;pH也显著提高。在2%聚丙烯处理下，土壤蔗糖酶活性显著降低了70.83%。在0.1%聚丙烯处理下，土壤铵态氮含量显著降低了67.44%。在2%聚氯乙烯处理下，土壤含水量显著降低。聚烯烃树脂对土壤性质影响不显著。

关键词： 微塑料   污染特征   影响因素   土地利用   景观格局  

摘要： 微塑料引起的环境问题日益严峻。由于尺寸小、密度低,很容易随着风或雨水迁移到其他地方并造成污染。近年来,针对土壤中微塑料的研究大多集中在覆膜或污灌农田、设施农业、温室大棚等污染较重的典型区域,土地类型单一。有研究表明不同的土地利用和景观格局与微塑料污染存在很强的关系,然而,土地利用和景观格局对微塑料污染的影响机制尚不明确。因此,本文以北京市的昌平区和顺义区为研究区域,采集不同土地类型土壤,利用体视显微镜和显微傅里叶变换红外光谱进行分析,明确土壤中微塑料的空间分布及形态特征,进一步探究了土地利用和景观格局对土壤微塑料的影响。研究的主要结果如下: （1）对北京市顺义区和昌平区96个采样点进行样品采集,在对样品进行密度分离、过滤、消解、干燥后,利用体视显微镜和显微傅里叶变换红外光谱对微塑料进行检测和统计。统计结果显示,所有的土壤样品中均存在微塑料污染,丰度范围为100.00～5400.00 item·kg-1,平均丰度为1121.88±998.86 item·kg-1。土壤微塑料中的颜色以白色（36.8%）、黑色（19.1%）和绿色（18.3%）为主,其余颜色占比均低于10%。纤维是土壤微塑料的主要形状,占所有样品的40.7%,其次是碎片（28.6%）和薄膜（26.7%）。微塑料粒径分布以0-1000μm为主（65.6%）,且表现出粒径越大,占比越低的趋势。聚合物成分以人造丝（rayon,RY,23.77%）和聚丙烯（polypropylene,PP,21.82%）为主。归一化植被指数（NDVI）和海拔高度与微塑料丰度呈显著负相关,人口密度（POP）、国内生产总值（GDP）以及所有类型的POI均与微塑料的丰度呈显著正相关。 （2）将采集的样品按照土地利用类型分为耕地、林地、草地和建设用地四种类型,四种土地类型微塑料的平均丰度分别为:耕地(1125.00±816.85 item·kg-1),林地(890.74±754.18 item·kg-1),草地(1678.57±1615.87 item·kg-1),建设用地土壤(1700.00±1077.03 item·kg-1),单因素方差分析结果表明仅草地与林地之间存在显著性差异。不同土地利用方式下微塑料的形态特征差异性较小,颜色均以白色、黑色和蓝色为主,形状均以纤维、薄膜和碎片为主,小尺寸微塑料（0-1000μm）在不同土壤中均占据主导地位,RY和PP是所有类型土壤中比较常见的两种聚合物。 （3）以采样点为圆心,以250 m、500 m、750 m和1000 m为半径,利用Arc GIS10.3软件建立梯度缓冲区,利用Fragstats4.2计算缓冲区内景观指数。不同半径缓冲区内的景观指数有所不同,其中斑块密度（PD）随着缓冲区半径的增大持续减小,平均斑块面积（AREA＿MN）随着缓冲区半径的增大持续增大,最大斑块指数（LPI）、景观形状指数（LSI）和香农多样性指数（SHDI）波动性变化,聚集度（AI）变化不大。250 m、500 m和750 m缓冲区内景观指数与微塑料丰度无明显相关性,1000 m缓冲区内斑块密度（PD）、景观形状指数（LSI）与微塑料丰度呈正相关,平均斑块面积（AREA＿MN）、聚集度（AI）与微塑料丰度呈明显负相关,最大斑块指数（LPI）和香农多样性指数（SHDI）与微塑料丰度不相关。

关键词： 微塑料   南海岛屿   污染特征   生物传递   鸟类  

摘要： 我国面临日趋严重的海洋微塑料污染。微塑料一旦进入海洋环境,很容易被处于食物链底端的生物,如贻贝和浮游动物等作为食物摄入体内,因为很难被消化,容易导致动物生病甚至死亡。目前尚未系统、全面开展南海海域微塑料的污染现状、生物传递研究。本论文以中国南海西沙群岛为研究区域,以沉积物、土壤、海水等环境介质以及鱼类和鸟类等生物为研究对象,以微塑料为目标污染物,研究南海岛屿环境介质和生物体内微塑料污染现状,分析鸟类食物链中微塑料从低营养级生物(鱼类)传输到高营养级生物(鸟类)的传递过程。主要结论如下: 1.南海岛屿沉积物、土壤、海水中均检出了微塑料,丰度分别为41.56±19.12个/kg、92.94±111.05个/kg、2.89±1.92个/L,微塑料在南海环境介质中普遍存在。三种环境介质中微塑料材质均以人造丝(rayon)为主,占比分别为41.3%、38.6%、50.6%;形状均以纤维为主,占比分别为47.6%、63.2%、81.5%;颜色分别以白色、黑色、黑色为主,占比分别为31.7%、29.8%、40.7%;粒径分别以0-0.5 mm、1-1.5mm、0.5-1 mm为主,占比分别为28.6%、26.3%、39.5%。环境样品中rayon材质和纤维形状的高检出率可能与南海沿海地区发达的渔业养殖活动有关,同时生活污水的排放也会产生大量的纤维。 2.南海岛屿鱼类样品中微塑料检出率为82.4%,单位个体丰度为2.57±2.12个/条;鸟类样品中微塑料检出率为68.1%,单位个体丰度为1.70±1.50个/只。与国内外其他海域生物样品相比,处于中等水平,表明塑料污染在南海生物体内普遍存在。两种生物样品体内检出的微塑料材质均以rayon为主,占比分别为46.3%和40.6%;形状均以纤维为主,占比分别为60.6%和68.8%;颜色分别以蓝色和黑色(白色)为主,占比分别为21.7%和32.8%;粒径分别以0.5-1 mm和1-1.5 mm为主,占比分别为33.7%和24.6%。生物体内rayon材质和纤维形状高检出率的原因可能是,相比与颗粒、碎片状的微塑料,纤维更容易积聚在生物体内,而rayon大多呈纤维状存在。此外,生物样品尤其是鸟类似乎对微塑料的形状存在一定的选择性,更容易摄入纤维状的微塑料。 3.除沉积物与海水中微塑料丰度存在极显著相关性以外,其余样品中微塑料丰度均不存在显著相关性。五种样品中仅沉积物和海水样品中检出了绿色的微塑料,本文猜测,沉积物中大部分微塑料可能来源于海水中微塑料的沉降。五种样品中除鸟样以外,其他样品中均检出了红色的微塑料,鸟类对微塑料的颜色可能存在一定的选择性,红色过于鲜艳不容易被鸟类误食。五种样品中土壤与鸟类体内检出的微塑料粒径分布基本一致,海水与鱼类体内检出的微塑料粒径分布基本一致,鸟类在捕食过程中会误食陆地生态系统中的微塑料,而鱼类体内微塑料的主要来源则是海水中的微塑料,因此鸟类与土壤,鱼类与海水的粒径分布存在一定的相似性。 4.就单位个体丰度而言,微塑料在从鱼到鸟的传递过程中生物放大系数(BMF)均<1,可能发生了生物稀释;就单位体重丰度而言,微塑料在从鱼到鸟的传递过程中,鹦嘴鱼和宽尾鳞鲀BMF均<1,可能发生了生物稀释,其余鱼样到鸟的传递过程中,BMF均>1,可能发生了生物放大。微塑料的单位体重丰度在鱼和鸟的传递过程中并未呈现出规律性,具体的生物传递规律有待进一步探究。