关键词： 可生物降解微塑料   传统微塑料   镉   土壤微生物群落   水旱交替  

摘要： 微塑料(Microplastics)和重金属镉(Cadmium,Cd)可通过多重途径进入土壤生态系统,并在食物链中累积,最终会危害人类健康,目前已在全球范围受到广泛关注。微塑料及镉污染在土壤中普遍存在,且二者复合污染不可避免,由此探究微塑料介入对Cd的转化及二者复合污染对土壤生态的影响,对农田土壤污染防治具有重要意义。水稻是重要的粮食作物,微塑料及Cd均是水稻土的主要污染物,通常水稻生长管理过程会采用不淹水、淹水、落干的管理模式,然而,关于不淹水-淹水-落干模式下,微塑料介入对Cd污染土壤性质和细菌群落的影响尚不明确。因此,本研究选用可生物降解塑料(聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(Poly(butylene adipate-co-butylene terephthalate),PBAT))、难生物降解塑料(聚乙烯(Polyethylene,PE))为研究对象,采用土壤培养试验,设置微塑料添加量为0.5%、1%、2%(w/w),探究2种形状(薄膜、颗粒)的可生物降解/难生物降解微塑料介入对Cd污染土壤性质、酶活性、Cd稳定性及其形态转化和土壤生态功能的影响,以期为微塑料及Cd污染土壤修复及防治提供理论及数据支撑。主要研究结果如下:(1)PBAT和PE介入对土壤理化性质的影响不同,且薄膜状微塑料对土壤理化性质影响更明显。PBAT添加提高了土壤有机质(0.1%～33.2%)、溶解性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)(5.9%～162.1%)、铵态氮(2.2%～457.0%)含量,降低了土壤有效磷(1.2%～18.2%)、硝态氮(0.4%～91.5%)、总溶解性氮(Total dissolved nitrogen,TDN)(16.3%～67.1%)含量。旱作和落干培养时,PBAT可提高土壤pH(0.08～0.31个单位);在淹水培养时,则降低了土壤pH(0.04～0.25个单位)。PE介入降低了DOC(4.9%～24.3%)含量,提高了TDN(4.8%～71.5%)含量。(2)PBAT介入增加了土壤脲酶(2.7%～374.5%)、脱氢酶(16.3%～559.8%)、过氧化氢酶(1.2%～56.3%)活性,其中薄膜状PBAT促进作用更显著;而PE对土壤脲酶、脱氢酶、过氧化氢酶活性的影响不显著,仅在淹水培养阶段薄膜状PE降低了土壤脲酶活性(5.3%～32.8%),提高了土壤脱氢酶活性(22.4%～23.3%)。(3)不同微塑料的介入在不同培养阶段对土壤Cd形态及稳定性的影响不同。旱作与落干培养时,1%、2%的薄膜状与颗粒状PBAT均促进了可还原态Cd转化为酸溶态Cd,降低了Cd与土壤的结合强度系数(6.4%～12.6%);颗粒状PE对土壤中Cd的形态影响不显著,薄膜状PE则降低了土壤可氧化态Cd。淹水培养时,各处理下土壤酸溶态Cd向可还原态Cd转化,但微塑料介入对Cd形态无显著影响。逐步回归分析与通径分析发现,土壤酸溶态Cd与可还原态Cd主要受到DOC含量的影响。(4)在培养结束后,PBAT与PE处理下拟杆菌门(Bacteroidota)(1.87%～14.65%)和厚壁菌门(Firmicutes)(1.61%%～9.24%)的相对丰富均显著增加;PBAT处理下变形菌门(Proteobacteria)显著增加(9.93%～17.99%),而PE处理下变形菌门(Proteobacteria)显著降低(3.2%～6.7%);无论是PBAT还是PE,薄膜状微塑料对土壤门水平上细菌群落的影响均大于颗粒状微塑料。微塑料处理下,土壤慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)、类固醇杆菌属(Steroidobacter)、Monoglobus属、Methylotenera属等具有固氮、反硝化、有机物降解作用的细菌,被鉴定为生物标志物。土壤细菌功能预测发现,土壤细菌功能主要受到微塑料类型的影响。PBAT介入提高了土壤异种生物降解与代谢(13.1%～24.1%)、脂质代谢(5.4%～6.8%)、膜运输(4.6%～5.9%)、萜类和多酮类代谢(4.7%～5.8%)的功能基因丰度;而PE介入提高了其他氨基酸代谢(0.8%～0.9%)、聚糖的生物合成与代谢(11.2%～29.8%)的功能基因丰度。表明微塑料介入改变了土壤细菌群落及功能,影响了土壤碳、氮循环及微塑料降解。(5)特殊菌群在PBAT与PE薄膜表面富集。较周围土壤,PBAT薄膜表面变形菌门(Proteobacteria)占绝对优势,相对丰度达到87.80%,而PE薄膜表面放线菌门(Actinobacteriota,19.83%)与变形菌门(Proteobacteria,34.52%)相对丰度增加,其它菌群丰度均降低,表明变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(A

关键词： 土壤微塑料污染   加拿大一枝黄花   土壤性质   农作物生长  

摘要： 入侵植物加拿大一枝黄花（SolidagocanadensisL.）广泛分布于我国各地区，由于其强大的生长扩散能力，在农田当中会与农作物构成强烈的竞争关系，竞争生存空间以及土壤养分，抑制农作物健康生长，减损农作物经济效益。微塑料作为一种新兴环境污染物，会通过农用地膜的使用、有机肥和污泥的施用、地表水灌溉以及大气沉降等途径进入并积累在农田土壤中，农田土壤已经成为微塑料的主要沉积区域。加拿大一枝黄花入侵和土壤微塑料污染对农田土壤的侵犯正在逐渐加强。加强对农业生态问题的防控，维持生态系统稳定，维护国家食品安全，依赖于准确预测生态系统重要过程对生态环境问题的响应。因此从更深层次解析农田土壤微塑料污染和外来植物入侵对农业生态系统农作物生长的影响机制尤为重要，已成为当前相关生态学领域研究热点。本研究选择水稻和小麦作为农作物研究对象，通过盆栽实验模拟“稻-麦”轮作，探究加拿大一枝黄花入侵和土壤微塑料污染对土壤性质及农作物生长的影响及其机制。　　本研究分为以下两个部分：　　1、加拿大一枝黄花入侵和土壤微塑料污染对土壤性质和水稻生长的影响实验　　本部分研究选择在农田土壤中最为常见的聚乙烯微塑料和在我国入侵程度严重的外来入侵植物加拿大一枝黄花作为土壤环境的胁迫因子，将农作物水稻和其种植土壤作为研究对象，通过人工模拟加拿大一枝黄花入侵和土壤微塑料污染过程，探究加拿大一枝黄花入侵和土壤微塑料污染对土壤性质和水稻生长的影响。实验结果显示，在水稻营养生长前50天降低了土壤可溶性有机碳和可溶性有机氮含量。在水稻营养生长第80天土壤可溶性有机氮、土壤速效磷等大量减少，入侵植物由于根系发达大量吸收土壤营养物质，在与水稻生长的竞争中处于竞争优势。加拿大一枝黄花入侵与土壤微塑料均会抑制水稻各生长指标，并且土壤微塑料对水稻生长的影响程度要大于加拿大一枝黄花入侵，土壤微塑料与加拿大一枝黄花入侵的交互处理对大部分水稻生长指标没有产生显著影响，对少数水稻生长指标产生了更深程度的抑制作用。　　2、加拿大一枝黄花入侵和土壤微塑料污染对土壤性质和小麦生长的影响实验　　加拿大一枝黄花入侵和土壤微塑料污染对土壤以及农作物的影响可能会由于时间累积效应而加强或减弱，或者在针对不同种作物而言同一环境影响因子也可能会产生不同程度或者方向上的改变。因此本部分研究在上部分实验探索基础上，在原水稻种植土壤中采用稻麦轮作的方式，通过人工模拟入侵植物残体进入土壤环境，探究加拿大一枝黄花入侵和土壤微塑料污染的遗留效应对小麦生长及种植土壤性质的影响。实验结果表明，加拿大一枝黄花入侵和土壤微塑料污染对土壤以及农作物的影响并没有由于时间的延长而消失，反而作用效果更加广泛，有更多的土壤特征指标和植物生理指标出现了显著性变化。加拿大一枝黄花入侵的遗留效应明显，对小麦生长具有显著的抑制作用。然而相较于水稻探究实验而言，在小麦种植实验中发现微塑料处理对小麦生长的抑制作用减弱，对绝大多小麦生长指标均表现出促进效应。　　综上所述，本研究通过对加拿大一枝黄花入侵和土壤微塑料污染对土壤性质及农作物生长的影响及其机制发现，（1）加拿大一枝黄花入侵和土壤微塑料污染会改变土壤理化性质，抑制土壤微生物代谢活动，同时促使水稻光合作用水平的下降，稻田土壤性质发生改变，对水稻生长产生一定程度的抑制作用。加拿大一枝黄花入侵可能加剧了土壤微塑料对作物的有害作用，提高了加拿大一枝黄花入侵与土壤微塑料交互处理的胁迫响应。（2）土壤微塑料残留和加拿大一枝黄花入侵的遗留效应会改变土壤理化性质，提高土壤微生物活性，促进土壤微生物代谢。相较于对水稻生长的影响，土壤微塑料残留和加拿大一枝黄花入侵的遗留效应会对小麦生长产生更深程度的影响。同时土壤微塑料的遗留效应得到削弱。　　本研究探讨土壤微塑料和加拿大一枝黄花对土壤性质及农作物生长的影响，阐明了在加拿大一枝黄花入侵和土壤微塑料污染对农作物生长的负面影响以及土壤生态的改变。一方面，对丰富和发展外来植物入侵和土壤微塑料影响土壤生态系统过程的农业生态学核心问题具有重要理论意义;另一方面，面对土壤微塑料和外来植物入侵复合环境生态问题，对加强对农业生态问题的防控管理实践提供理论支持。

关键词： 石油烃   微塑料   菌株TDYN1   土壤复合污染   生物修复  

摘要： 石油作为重要的战略资源,需求量与日俱增,其开发、运输和使用过程导致了严重的环境污染,石油污染物最终以各种途径进入土壤。而微塑料作为一种新兴污染物在土壤中同样大量的存在;二者都存在分子量大、结构复杂、难以被降解的特征,且在农田土壤中都被发现普遍存在。对于该复合污染情况,针对典型微塑料对微生物降解土壤石油烃的影响研究还处于空白。本研究以团队前期在大港油田筛选新型高效石油烃降解菌TDYN1和微塑料-石油烃复合污染的农田土壤作为研究对象,采用萃取法测定土壤中石油烃含量,MPN法测定土壤中石油烃降解菌的数量,紫外分光光度计法测定土壤酶活性以及高通量测序技术测定土壤微生物群落多样性,旨在探究农田菜地土壤中典型微塑料PP、PE影响下,菌株TDYN1对污染土壤石油烃降解的影响;在农田土壤普遍存在微塑料的背景下,旨为开发基于微生物修复技术的石油烃污染修复技术提供理论支撑。主要结论如下:(1)菌株TDYN1对石油烃污染浓度为3.99 g/kg的土壤进行为期60 d的生物修复,石油烃的降解率达42.40±0.86%;添加微塑料处理的a-PP1降解率为47.91±2.46%,a-PE1降解率为47.17±0.47%,其余添加微塑料处理(a-PP2、a-PP4、a-PE2、a-PE4)降解率分别为39.53±3.61%、35.7±1.87%、42.29±2.34%、26.74±2.05%,不添加菌株处理土壤中的石油烃降解率不超过19%。结果表明添加菌株TDYN1处理的污染土壤的石油烃的降解率明显高于未加菌处理的污染土壤,微塑料的浓度能够显著影响菌株TDYN1对石油烃的降解效率,在微塑料浓度为1%时能够促进菌株对石油烃的降解,微塑料浓度为4%时,抑制土壤中石油烃的降解。(2)在60 d的修复过程中,土壤脱氢酶、多酚氧化酶都呈现出活性先升高再降低的现象,脱氢酶在40 d达到最高值,多酚氧化酶在20 d达到峰值。修复40 d和60 d加菌处理的污染土壤脱氢酶活性明显高于未加菌处理的土壤;修复20 d、40 d和60 d加菌处理的污染土壤明显高于未加菌处理的的多酚氧化酶活性;脲酶活性在修复40d的时候略有上升,随后下降。整个修复过程中加菌不加菌和不同浓度微塑料的处理对土壤脲酶活性影响不大。微塑料浓度为1%能够提高污染土壤的脱氢酶及多酚氧化酶的活性。土壤脱氢酶和多酚氧化酶活性相较于脲酶活性更能反应微生物降解石油烃的效率。(3)基于研究结果(1)的结论我们选取了微塑料0%和1%浓度的实验和对照组采用高通量测序分析了细菌和真菌多样性,结果发现菌株和微塑料的添加处理间土壤细菌群落结构的变化存在差别,对真菌群落结构没有影响。例如菌株TDYN1的添加增加Proteobacteria(变形菌门)的丰度,添加菌株TDYN1属于Proteobacteria,加菌处理该菌门丰度大于不加菌的丰度(2-6%),在加菌处理中微塑料对Proteobacteria相对丰度变化没有影响,而在不加菌处理中,Proteobacteria随着PP(1%)和PE(1%)的加入丰度降低。相较于微塑料,菌株添加显著的改变了细菌优势菌群的丰度。(4)经过60 d的修复培养实验,在此基础上进行了45 d的小白菜种植实验,评估土壤的修复效应。研究结果表明,a-PP4处理小白菜产量最高,其中添加微塑料PP的处理组中小白菜产量没有显著的差异;而PE处理组小白菜产量存在显著性差异,随着微塑料浓度的增加,小白菜的产量降低。经45 d的修复培养,加菌处理的污染土壤小白菜产量明显高于未加菌处理的污染土壤。总之,加菌处理明显高于未加菌处理的土壤石油烃的降解率,微塑料浓度在1%时提升了土壤中石油烃的降解效率,短时间内对土壤中细菌和真菌的微生物群落结构和组成的影响较小。修复后土壤种植小白菜结果表明,加菌处理土壤的小白菜产量明显高于不加菌的处理组,PP对小白菜产量影响不大,而PE显著降低了小白菜的产量。本研究为微塑料-石油烃复合污染土壤的微生物修复技术及农业应用效应评估提供了理论修复依据。

关键词： 土壤   微塑料   可视化分析   知识图谱   文献计量法  

摘要： 为深入了解土壤中微塑料污染相关的研究信息和发展趋势，利用VOSviewer和CiteSpace整理了CNKI和Web of ScienceTM数据库中2000—2022-05在土壤微塑料污染领域已发表的研究成果，从发文数量、发文期刊、作者及所属机构、国家/地区、关键词和共被引信息进行分析。结果表明：1)探索初期土壤中微塑料污染相关文献的发表量略有波动，研究热度在2018年之后持续增长；中国科学院、西北农林科技大学和瓦格宁根大学研究中心这3所研究机构在该领域发文量排名前3。2)农田土壤是最具代表性的一类土壤类型，沙漠、湿地和高山中的微塑料污染已经受到国内外学者的高度关注。3)研究方向包括微塑料进入陆地土壤的方式及其在土壤中的丰度分布特征、土壤样本中微塑料检测技术的选择与优化、微塑料作为载体吸附运输土壤中的重金属和溶解有机物并经食物链传递对生物可能带来的有害影响等。4)从研究热点上看，土壤中微塑料污染领域的研究对象逐渐从农田土壤扩展到多种类型及偏远地区的土壤中，微塑料在各类土壤中的运输与尺寸选择机制及其适用的检测手段取得进一步发展，对土壤中不同粒径大小的微塑料的分析方法发展成为更细分的研究方案，对土壤中微塑料的风险评估以及从细胞、分子和基因等微观角度分析微塑料由土壤进入动植物不同组织和人体器官后的潜在风险成为该领域新的研究热点。本研究计量分析结果可为土壤中微塑料污染现状的深入研究提供参考。

关键词： 微塑料   环境污染   鸡   消化系统毒性   巨噬细胞  

摘要： 微塑料(MPs)作为一种新型的环境污染物,广泛存在于淡水系统中。MPs污染在破坏生态环境的同时也严重威胁着野生动物的健康和安全。但由于对MPs的研究时间尚短,MPs污染的分布现状以及对禽类的详细毒性机制尚未完全阐明。在本研究调查了松嫩平原内查干湖与向海的MPs污染水平,并进行了生态风险评估。根据实际环境中MPs污染的主要类型及浓度,随后使用鸡构建禽类暴露模型,通过动物及细胞试验探究MPs暴露后对禽类的毒性损伤效应。具体的研究结果如下:1.查干湖及向海地区存在微塑料污染及生态风险对查干湖和向海的19个采样点中MPs的组成进行了调查。查干湖中MPs的丰度均值为3.61±2.23 items/L,向海为0.29±0.11 items/L。查干湖中MPs类型主要为尼龙PA(23.7%)和聚苯乙烯PS(53.2%),向海中MPs类型主要为聚丙烯PP(56%)和聚苯乙烯PS(32.7%)。查干湖中MPs的形状、颜色和大小以泡沫、白色和<1mm为主,向海MPs的形状、颜色和大小以薄膜、透明和<1mm为主。查干湖和向海的MPs污染危害指数(HI)为III级。污染负荷指数(PLI)和潜在生态风险指数(RI)均为I级。***-MPs暴露后引起鸡肠组织损伤及肠道菌群紊乱根据环境污染浓度转换以及相关研究进展,选取PS-MPs(5μm)作为主要研究对象,选择1mg/L作为环境相关浓度构建禽类暴露模型。通过生化实验、病理学观察、肠道菌群16Sr RNA测序、转录组学及代谢组学等技术手段研究PS-MPs暴露对消化系统的毒性作用。结果表明PS-MPs暴露后十二指肠及盲肠的肠血管屏障被破坏。PS-MPs引起肠组织发生细胞焦亡、坏死性凋亡以及炎症。肠道菌群16Sr RNA分析表明PS-MPs暴露影响肠道菌群的多样性,改变了肠道菌群门和科水平的细菌丰度。通过Bug Base对肠道菌群功能分析,PS-MPs暴露后革兰氏阴性菌、生物膜形成和抗氧化应激耐受性显著增加。***-MPs诱发肝脏免疫反应并引起脂质沉积、炎症和细胞凋亡等肝损伤转录组学KEGG富集分析显示PS-MPs暴露后的差异基因富集的途径主要涉及免疫功能、糖尿病、细菌感染、癌症和脂质合成代谢。这与肠道菌群紊乱、肠屏障破坏相一致。代谢组学KEGG富集分析结果中富集程度最高的是细胞凋亡。PS-MPs暴露显著上调炎症标志物m RNA和蛋白的表达。油红O及血清学结果显示PS-MPs引起肝脏脂质沉积。PS-MPs暴露后促进肝脏脂质合成并抑制脂肪酸代谢。电镜结果及蛋白结果表明PSMPs暴露导致肝脏发生细胞凋亡,这与组学结果相一致。PS-MPs暴露增加肝脏MDA的水平并扰乱抗氧化酶系统,表明肝脏发生氧化应激。随后使用鸡肝细胞系LMH细胞验证PS-MPs暴露引起的肝毒性。PS-MPs引起LMH细胞活性氧(ROS)增加。流式细胞术及蛋白结果表明PS-MPs暴露引起LMH细胞凋亡。此外,PS-MPs引起LMH细胞G2/M期延长,紊乱细胞周期。***-MPs诱导巨噬细胞产生胞外诱捕网促进肝脏炎症的发生根据组学数据结果分析,PS-MPs引起的肝脏损伤与免疫功能相关。随后探究了巨噬细胞介导PS-MPs暴露引起肝损伤的作用。在本研究中,PS-MPs诱导巨噬细胞胞外诱捕网(METs)的形成。巨噬细胞和LMH细胞共培养系统证实PS-MPs诱导的METs促进肝细胞炎症。机制上,巨噬细胞在暴露于PS-MPs 4h后主动吞噬颗粒。随后,PS-MPs升高ROS水平并破坏线粒体动力学稳态。进一步激活线粒体自噬和活性溶酶体。巨噬细胞吞噬PS-MPs 12h后,持续的自噬和溶酶体激活最终导致溶酶体破裂及钙离子释放诱导METs形成。阻断ROS(NAC)和自噬(3MA)可部分缓解线粒体和溶酶体损伤,从而抑制PS-MPs诱导METs的形成。综上所述,本研究通过检测松嫩平原内部分水体MPs污染的主要类型及浓度,以此构建禽类的暴露模型。PS-MPs暴露后会破坏鸡的肠屏障引起肠道菌群紊乱,并进一步引起肝脏脂质沉积、炎症和细胞凋亡等肝损伤。PS-MPs暴露会诱导巨噬细胞产生METs从而促进肝脏炎症的发生。本研究为MPs污染的风险评估及生态毒性提供数据参考,并为进一步揭示MPs的毒性机制提供理论依据。

关键词： 空气微塑料   橡胶   职业场所   室内  

摘要： 背景微塑料（Microplastics,MPs）作为一种新兴污染物在生活环境中普遍存在,并且塑料本身具有潜在毒性,因此微塑料污染问题受到广泛关注。但目前室内场所空气中微塑料污染特征及暴露风险研究十分有限,特别是某些职业场所（例如橡胶行业）。本研究基于以上:（1）调查三元乙丙橡胶（EPDM）行业不同职业场所室内空气MPs的丰度、尺寸、形状和聚合物组成;（2）分析生产车间不同生产工艺释放的空气MPs特征;（3）估计不同职业人群经呼吸暴露于微塑料的量,为该行业室内空气MPs污染及职业暴露风险提供科学参考。方法本研究以芜湖市某汽车配件有限公司（原材料为合成橡胶）为研究现场,根据《GBZ/T 159-2017工作场所空气中有害物质监测的采样规范》,选择不同生产活动的3个车间（包括炼胶车间、挤出车间和后工序车间）和1间行政办公室,使用智能中流量总悬浮颗粒物空气采样器采样,共收集27个空气MPs样本。进行样本消解等系列前处理后,使用尼罗红染色法结合荧光显微镜拍照观察MPs的物理特征,在显微傅里叶变换红外光谱仪下鉴定MPs化学组成。根据空气MPs暴露量的计算公式,参照《中国人群暴露参数手册》确定呼吸量参数,估算该行业不同职业人群通过呼吸途径暴露于空气MPs的量。结果（1）在三元乙丙橡胶（EPDM）行业的3个生产车间和1间行政办公室的室内空气样本中都发现了微塑料,所有室内场所的空气MPs都呈现出以尺寸为小粒径（<100μm）、形状为碎片状为主的特征。参与生产活动的工作场所即炼胶车间、挤出车间和后工序车间室内空气中的MPs丰度均高于办公室（360±61 n/m3）,生产车间中后工序车间室内空气MPs丰度最高（559±184 n/m3）。（2）从聚合物种类上看,本研究室内场所空气中共发现40种微塑料。生产工艺复杂的挤出车间室内空气中MPs的种类最多,达28种。微塑料的类型可能与生产工艺有关,如后加工车间的注塑材料ABS的比例最高,挤出车间的EPDM橡胶的比例比其他职业场所高,炼胶车间室内空气MPs则是以用作粘合剂的AHCR为主,行政办公室空气MPs除了包装材料PS和合成纤维RY外,还发现了与工艺有关的原材料成分,如EPDM。（3）根据空气MPs吸入量计算公式,本研究中的室内场所空气MPs高暴露风险人群是年龄范围在18～44岁的男性,日均暴露量范围在2,215～3,429 MPs/天。办公室人员每年通过呼吸途径摄入空气MPs的估计量在456,786～575,675MPs/年,而生产车间工人空气MPs的年暴露量范围是566,364～1,069,702 MPs/年。结论本研究中橡胶工业职业场所室内空气MPs丰度高于类似研究中的其他室内场所,该行业生产活动可能会产生高浓度的微塑料释放到空气中。不同室内场所空气MPs的丰度和来源主要与生产活动和原材料有关,生产车间职业工人空气MPs暴露风险高于行政办公室职员。这些研究结果为EPDM行业职业场所空气MPs污染监测和缓解提供有益参考和重要支撑。

关键词： 道路灰尘   微塑料   污染特征   源解析   生态风险评价  

摘要： 道路灰尘是城市环境组分之一,是城市污染物的重要载体,污染物可随着道路灰尘通过呼吸、皮肤接触等途径被摄入生物体内,严重危害健康。微塑料因其具有生物毒性、环境持久性及生物累积性等特征被界定为全球新兴污染物。目前对于微塑料污染状况的研究主要集中的水环境中,对于道路灰尘中微塑料研究相对较少。新疆因独特的地理环境及气候特点,长年干旱少雨,风沙天气居多导致道路灰尘污染严重,又因工商业的迅速发展及新疆农业大面积采用膜下滴灌的灌溉模式,残膜污染等问题为道路灰尘中微塑料的沉积和传播提供了来源。因此本文选取南北疆和田与石河子两座城市作为研究对象探究城市道路灰尘中微塑料污染现状,分析两座城市道路灰尘中微塑料污染特征,并对微塑料来源进行解析。最后通过污染负荷指数和潜在生态风险指数对和田市与石河子市微塑料污染进行综合生态风险评价。对于环境中微塑料污染的生态风险评价,可以帮助政府清楚地了解到当地为微塑料污染状况,这有利于政府在微塑料高污染地区制定有针对性的污染控制措施。基于此本论文的主要研究结果如下:(1)石河子市在一年采样周期内道路灰尘中微塑料颜色主要为黑灰色,其平均丰度为1422±347个/kg,在交通区微塑料丰度最高,住宅区微塑料丰度最低。道路灰尘中检测到的微塑料形状以纤维型为主,且在商业区占比最高。研究表明石河子道路灰尘中微塑料以0.1-1 mm尺寸为主,且该尺寸微塑料主要集中在交通区。通过潜在来源分析,石河子市道路灰尘中微塑料主要来源为西北方位的交通源及东南处轻工业源。PP和PE是石河子市检测到的微塑料中主要聚合物类型。(2)和田市在一年采样周期内道路灰尘中微塑料平均丰度为1169±308个/kg,在四个功能区中商业区微塑料丰度最高,工业区微塑料丰度最低。道路灰尘中检测的微塑料主要为红粉色,形状以纤维型为主,且在商业区纤维型微塑料占比最高。小尺寸微塑料是和田市道路灰尘中微塑料的主要形式,其主要集中在工业区。通过潜在来源分析发现和田市道路灰尘中微塑料主要来源为城中心交通源、商业源及南部建筑活动。PE和PET是和田市道路灰尘中微塑料主要聚合物类型。(3)通过污染负荷指数模型对石河子与和田市道路灰尘中微塑料的污染状况进行评估,结果表明石河子市与和田市均处于轻度污染,且石河子市高于和田市。但通过潜在生态风险模型对石河子与和田市道路灰尘中微塑料潜在生态风险进行评估,结果发现石河子市与和田市均为严重风险等级,且和田市大于石河子市。这表明目前两座城市道路灰尘中微塑料污染较轻,但未来风险发展趋势严重,应引起重视。

关键词： 上海市人工骨干河流   优势鱼类   微塑料   重金属  

摘要： 微塑料和重金属进入水域生态系统后,累积在生物体中可直接损伤生物的正常生理机能,还能通过食物链从低等向高等生物传递,最终对人体健康带来威胁。鱼类作为水生环境的重要组成部分,是评估环境的重要指示生物,同时作为人类膳食结构的重要组成部分,食用的安全性备受关注。上海是中国最早完成城市化的城市之一,对其河流鱼类的微塑料和重金属污染研究具有很好的代表性。本文以上海市这5条骨干人工河流作为研究区域,选取5种优势鱼类,刀鲚(Coilia nasus)、?(Hemiculter leucisculus)、鲫(Carassius auratus)、似鳊(Pseudobrama simoni)和光泽黄颡鱼(Pelteobagrus nitidus)作为研究对象,对5种鱼的鳃和消化道用30%H2O2消解做微塑料分析,肌肉组织用HNO3消解做重金属分析,旨在全面了解优势鱼类微塑料和重金属的污染特点,并评估其食用风险,为城市河流鱼类微塑料和重金属研究提供参考。(1)5种优势鱼类、200尾样本共检出537个微塑料,平均检出率为83.00%。检出率最高的刀鲚是92.50%,最低的?是72.50%。5种鱼的微塑料平均丰度为2.69±2.74个/尾。丰度最高的似鳊为2.95±3.22个/尾,最低的光泽黄颡鱼为2.53±2.35个/尾。按生活习性排序,呈现出中下层高于中上层、着生藻类食性高于杂食性和肉食性的鱼类微塑料分布情况。5条河流鱼类微塑料的平均检出率和丰度最高的是大治河,分别为91.89%和3.43±3.24个/尾,最低的是龙泉港,分别为72.50%和1.63±1.58个/尾,大治河的鱼类微塑料丰度显著高于龙泉港(P<0.05)。(2)200尾鱼类的消化道和鳃分别检出微塑料368个和169个。消化道的微塑料检出率和丰度为70.50%和1.84±2.31个/尾,极显著高于鳃的49.00%和0.85±1.20个/尾(P<0.01)。对5种鱼各10尾样本作进一步分析,发现在50个样本的消化道壁和内含物中分别检出78个和40个微塑料。粘附在消化道壁的微塑料检出率和丰度分别为70.0%和1.56±1.63个/尾,极显著高于粘附于内含物的42.0%和0.80±1.14个/尾(P<0.01)。粘附在5种鱼类消化道壁的微塑料平均占消化道总微塑料的66.07%。(3)样本中的微塑料以纤维状53.07%和碎片状33.15%为主;鳃和消化道均以纤维状微塑料为主,鳃为59.76%,显著高于消化道的49.73%(P<0.05);消化道的碎片状为35.87%,极显著高于鳃的27.22%(P<0.01)。消化道壁中占比最高的微塑料形状是碎片状(43.59%),内含物则是纤维状(53.00%)。检出的微塑料以黑色最多,占41.90%,红色和蓝色占25.33%和15.27%。消化道微塑料以黑色(43.48%)和红色(27.99%)为主,鳃以黑色(38.46%)和蓝色(25.44%)为主。消化道壁中黑色(43.59%)占比最高,内含物则以红色占比最高(45.00%)。微塑料的粒径主要为≤1mm,占83.80%。鱼体中不同位置的微塑料主要为≤1mm的粒径,消化道为84.78%,鳃为81.66%,消化道壁为82.05%,内含物为95.00%。内含物中未检出>2mm的微塑料。随机鉴定95个微塑料,83个微塑料样品共鉴定出12种化学成分,主要成分有3种,占比最高的赛璐酚(CP)为40.96%;聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为20.48%;乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)也有较高比例,为12.05%。(4)根据国家食品中污染物限值标准,鱼肉中Cu、Zn、Pb、Cd和Cr的限值标准分别为50、50、0.5、0.1、和2.0 mg/kg。鲫、似鳊和光泽黄颡鱼的Zn含量超标(>50mg/kg),超标率为3.50%,其余4种重金属的含量均未超标。通过单一元素污染指数(Pi)表明,Cr在5条河流的刀鲚、似鳊和?中为轻度污染(0.2

关键词： 鲣   微塑料   分子对接   代谢组学   污染特征  

摘要： 鱼类尤其是具有高营养价值的大洋经济鱼类,是人们获取优质蛋白的主要来源。然而,微塑料（Microplastics,MPs）污染遍布全球,可随摄食或呼吸等方式进入生物体,并沿食物链传递,最终对海洋鱼类甚至人类健康造成潜在风险。鲣作为大洋渔业主要捕捞对象,是否受到微塑料污染的影响得到国际社会的广泛关注。本文以来自东太平洋海域（5°S–12°S,120°W–140°W）随机捕捞的鲣为研究对象,对其进行了微塑料污染特征研究,包括微塑料的形状、粒径、颜色、聚合物类型及丰度等,旨在明晰东太平洋鲣鳃、食道、胃、肠道和肌肉等部位的微塑料分布情况,揭示该海域鲣的微塑料污染水平。同时利用分子对接技术,用计算机模拟的方法研究优势微塑料聚合物和差异代谢物分子之间的相互作用。采用代谢组学的方法,以鲣肌肉组织的小分子代谢物为研究对象,获取显著差异代谢物的数量和代谢通路等信息来剖析鲣摄食微塑料后其行为和生理变化等特征,从代谢分子水平探讨东太平洋鲣微塑料污染的生理影响和健康风险。主要研究结果如下:（1）22尾鲣样本平均（±SD）叉长为56.45±13.82 cm,平均（±SD）体重为4.19±2.58 kg。鲣不同组织（包括鳃、食道、胃、肠道和肌肉）中共挑出1727个疑似颗粒,经拉曼鉴定共有125个微塑料。共有20条鲣检测到微塑料,检出比例高达91%,其中单条鱼检出微塑料数量最多为22个;不同组织间食道微塑料丰度最高,可达0.04±0.09 items g-1,肌肉最低,仅为0.01±0.01 items g-1。鲣样本中肌肉组织的微塑料检出率为68.18%,此次研究的鲣样本中共检测出6个线状的微塑料且全部在鲣的肌肉组织中;鲣各组织中鳃和消化道的微塑料含量最多占总数的72.8%,而肌肉的微塑料含量仅占27.2%。显微拉曼光谱分析结果显示,根据不同的化学组分,共检测到8种微塑料聚合物,其中PES最多,占微塑料总数的30.4%（n=38）,其次是PET（23.2%,n=29）;从颜色上看,共检测到10种颜色的微塑料,其中白色含量最高,占所有检出微塑料的28%,红色和绿色最少,各占1.6%;从形状来看,共检测到4种不同形状的微塑料,包括纤维、碎片、薄膜和线状,其中纤维占绝大多数,高达81.6%,线状最低仅为4.8%;从大小上看,1-2.5mm微塑料分布最多,达44%,0.5-1mm微塑料分布最少,仅占15.2%。（2）将优势微塑料聚合物与差异代谢物进行分子对接分析,结果表明,PET可与甘油激酶蛋白的活性位点结合,结合能为-6.38 kcal/mol,分子间能为8.17kcal/mol。此外,PET与Arg83、Gln246、Thr267、Gly268形成四个新的氢键相互作用,形成稳定复合物,影响甘油激酶蛋白的活性。（3）鲣肌肉组织的代谢组学分析表明,发现24个显著差异代谢物,16个差异代谢物上调,8个差异代谢物下调,可用作生物标记。在差异代谢物中,甲基丙二酸和丙酸上调（Methylmalonic acid:VIP=4.363;FC=2.230;p-value=0.012）(Propionic acid:VIP=2.136;FC=2.076;p-value=0.017)可诱发神经疾病,可能是造成鲣游泳模式异常的原因,磷酸胆碱和尿酸上调可诱发鲣炎症,苹果酸下调（Malate:VIP=5.457;FC=0.654;p-value=0.048）使得鲣面临细菌的感染风险,相反,甘油-3-磷酸、磷酸肌酸和羟基积雪草甙上调则是鲣应对MPs积累的一种自身保护机制,后期针对恢复鲣神经元活性和游泳模式,可从这三个代谢物进行研究。显著性差异代谢物分析表明甜菜碱表达下调,因其处于甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢途径中,可能影响鲣氨基酸水平下调,造成鱼类免疫反应异常。本研究的代谢产物中,1-硬脂酰-2-油酰-sn-甘油3-磷酰胆碱（SOPC）显著下调,sn-甘油3-磷酰胆碱的代谢物显著下调,磷酸甘油酯参与细胞膜组成,磷脂代谢紊乱可能干扰细胞膜的稳定性和结合蛋白的能力。其中,3-磷酸甘油酯的表达量是对照组（肌肉中未检测到微塑料）的1.66倍,p值显著为0.010,这一结果表明微塑料会激活甘油激酶蛋白活性。（4）KEGG通路富集分析结果表明,差异代谢物主要富集于新陈代谢,胆汁分泌,丙酸酯代谢,近端小管碳酸氢盐回收,乙苯降解,甘油磷脂代谢和胆固醇代谢。其中,胆固醇代谢和甘油磷脂代谢参与构建生物膜,维持生物体基本生命活动;乙苯降解和丙酸代谢用于缓解体内毒性;近端小管碳酸氢盐回收负责调解血液p H。富集程度最显著的是甘油磷脂代谢,而通路中包含代谢产物数目最多的是新陈代谢。