关键词： 海水污染   微塑料   表层水体   沉积物   海洋鱼类  

摘要： 海洋微塑料污染是全球社会面临的巨大挑战。海洋环境中的微塑料广泛分布，但关于微塑料对海洋环境的影响风险仍未得到有效评估，因此受到国内外学者们的高度关注。海洋微塑料包括有原生微塑料和次生微塑料，其中原生微塑料主要来源于化妆品中添加的磨砂塑料颗粒和空气爆炸品中添加的微小塑料颗粒，仅占全部微塑料的一小部分;次生微塑料是指那些由塑料分解形成的塑料碎片。由于尺寸小，微塑料很容易被生物所误食，且其表面可能吸附有水溶性的有机污染物，从而成为有毒有害物质的载体。因此，海洋鱼类对微塑料的累积以及相关污染物通过食物网进行传递成为了海洋环境中的普遍现象。　　本研究评估了南海北部湾表层水体、沉积物和鱼类中微塑料的丰度、形貌分类和化学组成，探讨了不同环境介质中的微塑料污染现状及分布差异，并与不同国家和地区的研究结果进行了比较。研究结果表明，北部湾表层水体中微塑料的平均丰度为6.67±0.84个·m-3，沉积物的微中微塑料的平均丰度为0.40±0.07个·kg-1。两种环境介质中微塑料的物理特征较为相似:形状以纤维类为主、颜色以透明的数量占优、尺寸主要为0.02-1.00mm。水体中微塑料含量最多的聚合物是聚丙烯(54％)，而沉积物样品中聚酯(44％)是最丰富的类型。但据统计分析，北部湾水体和沉积物中的微塑性丰度无显着的相关关系(p＞0.05)。　　对于鱼类中的微量塑料积累，北部湾近岸的鱼类比外海的鱼类具有更高丰度的微塑料。来自北部湾近岸的32种鱼类中，按不同栖息水层可分为21种底层鱼类和11种上层鱼类，按不同摄食类型可分别8种杂食性的鱼类和24种食肉性的鱼类。在32种的近岸鱼类中有23种被检出微塑性，检出率为93.7％，微塑料含量为1.019±0.184个/个体。来自外海区的24种鱼类中，包括有16种底层鱼类和8种上层鱼类，鱼体内的微塑料检出率为49.1％，微塑料含量为0.228±0.080个/个体。根据统计分析，鱼类个体大小与微塑料累积丰度无显着的相关(p＞0.05)。纤维是主要的微塑料形状，其比例占各站点微塑料总数的95％以上;微塑料的主要尺寸范围在0.02-1.00mm;微塑料的主要颜色为透明色;微塑料成分主要有聚对苯二甲酸乙二酯(32％)、聚丙烯(21％)、聚酯(44％)和尼龙(38％)。　　北部湾水体和沉积物中的微塑料广泛分布，可能会增加微塑料的生物摄入风险和其他不良影响，因此有必要分析沉积物和水中与鱼类中微塑料积累的关系。统计结果得出，水体与鱼类中的微塑料丰度之间存在正相关关系(R2=0.0839，p＜0.05)，而沉积物中微塑料丰度与鱼类中微塑料积累无显着的相关性(p＞0.05)。　　即使塑料垃圾的环境排放能得到有效地控制，但环境中残留的塑料垃圾日益碎片化，使得海洋中的微塑料数量仍有望持续增加。由于微塑料污染不可避免也难以回收处理，因此提倡采取预防措施，优先考虑量化海洋环境的微塑料污染水平。虽然在过去的十年里有关海洋微塑料已开展了大量的研究，但其污染问题仍未得到解决。需要明确陆上和海洋环境中可能的塑料和微塑料污染热点，以建立未来的微塑料污染管控措施。因此，本研究的重要发现为科学评估海洋微塑料污染现状提供重要的数据支撑。

关键词： 河流沉积物   重金属   微塑料   古菌群落   污染特征  

摘要： 巢湖是我国五大淡水湖之一，拥有丰富的生态功能，是合肥生活饮用水的主要来源，同时也聚集了合肥市工业废水、生活污水以及农业面源排污等污染物。而沉积物又作为城市河流生态系统的重要组成成分，是该流域陆源污染物的“汇”，也是各种水体污染物的“源”和“汇”，入湖河段的河流沉积物物质组成和特征直接影响巢湖水体的生态环境质量。为了研究巢湖入湖河段沉积物的物质组成特征，本论文以巢湖入湖河流之一—十五里河为研究对象，对不同河段沉积物重金属、微塑料污染水平以及不同重金属元素和微塑料丰度、形状、成分等因素对古菌群落结构的影响进行研究，以期丰富河流沉积物重金属和微塑料污染特征及其对古菌影响的认识，为城市河流环境保护提供参考。主要结果如下：　　（1）十五里河沉积物粘粒呈现由上游至下游递增的趋势，而粉沙在下游和上游河段呈现递减的趋势，在中游河段递增;与粉沙相反，砂粒在下游和上游则为递增的趋势，在中游河段递减;十五里河沉积物主量元素含量大小依次表现为：SiO2（60.97～68.89g/kg）gt;Al2O3（10.82～13.16g/kg）gt;Fe2O3（3.96～5.50g/kg）gt;CaO（1.08～5.34g/kg）gt;K2O（1.67～1.94g/kg）gt;MgO（0.92～1.35g/kg）gt;Na2O（0.90～1.09g/kg）并且分布不均匀，尤其是CaO（Ca是活泼元素）。表明十五里河不同河段沉积物物理化学性质存在差异。　　（2）十五里河不同河段沉积物大多数重金属含量超标（Mn除外），各重金属元素污染水平整体上呈现出上游gt;中游gt;下游（Zn除外）。各重金属元素主要以残渣态形式存在（Pb、Zn和Mn元素除外），非残渣态在不同河段中又各有不同的分布规律，其中Cr和Zn元素自下游至上游递减趋势，Cu和Mn元素自下游至上游递增的趋势，Fe和Ni元素为中游gt;上游gt;下游，Pb和Co元素则是中游gt;下游gt;上游。地累积指数法污染评价结果：Cr、Mn、Fe、Ni、Pb元素整体上未受到污染，而Co和Cu元素轻度污染，Zn元素偏中度污染到偏重污染;次生相与原生相比值法污染评价结果：Mn、Zn、Pb三种重金属元素重度污染外，其余五种重金属元素属于无污染至轻度污染程度;潜在生态风险评价法污染评价结果：Cugt;Zn≈Cogt;Ni≈Pbgt;Crgt;Mn（均属于低风险危害），且三种评价方法中，不同河段污染程度均存在差异：整体上地累积指数法污染评价与潜在生态风险评价法评价结果相同，上游河段污染最严重，中游次之，下游最低;而次生相与原生相比值污染评价法则显示下游河段污染最严重，中游次之，上游最低。　　（3）十五里河沉积物微塑料污染属于中等偏上水平。丰度特征表现为上游河段丰度gt;下游河段gt;中游河段。形状特征为下游以碎片和薄膜为主，而中游和上游以纤维和碎片为主。颜色特征为下游以绿色和黑色为主，而中游则以绿色为主，上游则以绿色、红色为主。粒径特征为下游粒径主要分布在0～0.5mm，而中游和上游粒径分布相似，粒径以0.5～3mm为主。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）是四种主要成分。微塑料表面及内部破损严重，凹凸感明显，并伴有裂痕，且不同类型破损程度存在差别，尤其是纤维类，孔隙数量多且密，且表面附着外来杂质。沉积物微塑料来源主要与农用地膜、制药生产等人类活动有关。　　（4）十五里河不同河段沉积物古菌群落丰富度没有显著差异，但下游沉积物古菌群落多样性显著高于上游和中游。广古菌门是河流沉积物优势菌门，奇古菌门和深古菌门为次优势菌门。相关性分析表明，十五里河沉积物绝大多数古菌门与Zn、Pb元素呈极显著或者显著相关关系（奥丁古菌门除外）;薄膜状微塑料与绝大多数古菌门呈极显著相关性关系，聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）与大部分古菌门呈极显著相关关系。冗余分析表明，Zn和Ni是影响十五里河沉积物古菌门群落结构组成的主要重金属元素;薄膜状、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚苯乙烯（PS）是影响十五里河沉积物古菌门群落结构组成的主因素。

关键词： 土壤大孔隙流   土壤转换函数   蚯蚓大孔隙   CT扫描   土壤微塑料  

摘要： 土壤大孔隙和大孔隙流的普遍存在为农田土壤水分渗漏、溶质与污染物迁移提供了优先路径与动力,而植被类型、田间管理方式及土壤动物活跃度是影响土壤大孔隙发育的主要环境因素,因此探索不同植被覆盖下土壤大孔隙发育特征、水力特性变化、大孔隙流发生可能及新型固体污染物(微塑料)随大孔隙流的迁移风险,对提高农田土壤水分利用效率、大孔隙流发生概率预测与微塑料污染风险评估具有重要实践意义。目前关于土壤中大孔隙流发生预测及农田土壤微塑料迁移风险的相关研究较少。本研究以4种植被覆盖下耕作层土壤和蚯蚓形成的生物孔隙为主要研究对象,通过野外采样与室内试验相结合,利用CT扫描、图像分析和模型模拟等技术手段,定量分析了土壤大孔隙空间结构特征及其影响因素,构建了基于机器学习算法的预测土壤导水率的转换函数,初步探讨了蚯蚓活动对土壤微塑料颗粒的迁移、再分布和微塑料对大孔隙流和土壤水力参数的影响。得到的主要研究结果如下:(1)通过CT扫描和孔隙三维重构,对关中地区4种典型农林地(小麦耕地(WH)、苹果园地(AT)、七叶树林地(AC)和猕猴桃园地(KF))耕作层土壤(0-37 cm)内的孔隙形态与类型有了直观的认识,并对大孔隙的二维、三维特征进行了定量研究。4种不同处理下,土壤大孔隙度均随土层深度增加而减少;大孔隙三维重构结果显示:小麦耕地土壤大孔隙呈点状分布且连通性明显低于苹果园地和猕猴桃园地;七叶树林地大孔隙率最低但连通性较好;苹果园地和猕猴桃园地大孔隙呈规则的圆管状且点状散布、连通性较好,基于孔隙形态学和分布特征可知,此类孔隙主要由蚯蚓活动导致。苹果园地土壤大孔隙总表面积、网络分布密度、长度密度及节点密度最高,七叶树最低。显著性分析表明,4种典型农林地的土壤大孔隙平均体积、平均曲率、倾斜度和分形维数均无显著差异,但总表面积、网络分布密度、长度密度和节点密度呈现显著差异(p<0.05)。(2)在实验室测定取自4种典型农林地土壤样品的水力特性参数(主要包括入渗率、累积入渗量、饱和导水率、水分特征曲线、水平扩散率、非饱和导水率等),并对其进行分析。4种植被覆盖处理下,20-40 cm土层土壤水分运动参数和持水特性参数小于0-20 cm土层;AT处理(苹果园地)饱和导水率、土壤累积入渗量、入渗率、土壤扩散率等土壤水分运动参数最高;同一土层内相同吸力条件下,不同处理的土壤含水率与土壤大孔隙率的变化趋势一致;不同处理土壤容水度和非饱和导水率在不同吸力阶段的数量级不同,在吸力小于500 cm时,土壤容水度和非饱和导水率的变化规律与土壤容重的变化规律相反,与土壤水分特征曲线和扩散率的变化保持一致。(3)以土壤基本理化参数(容重、有机质含量、砂粒含量、粉粒含量及粘粒含量)为输入变量,利用机器学习算法高斯过程回归模型和自举法(n=100)构建了用于预测饱和导水率对数值和-10 cm水头下导水率对数值(Log(K)和Log(K))的土壤转换函数。该转换函数模型可靠,预测精度较高、效果较好。在此基础上,引入参数K(Log(K)=Log(K/K))作为表征土壤大孔隙流发生可能性高低的参数,其变化趋势与4种处理下的土壤大孔隙率、水力特性参数的变化趋势一致,该参数可以作为预测土壤大孔隙流发生概率的指标。(4)通过室内土柱模拟试验,利用CT扫描技术,量化了蚯蚓数量和蚯蚓培养时间对动物大孔隙数量与分布特征的影响。相同蚯蚓数量下随着培养时间从7d增加至28d,土壤大孔隙率和连通性均逐渐上升;相同培养时间内,当蚯蚓数量从1只增加至4只时,大孔隙数量及孔隙网络分布密度逐步上升,具有直通土柱表面的孔隙数量增加。可知蚯蚓产生的生物扰动可以快速且稳定地产生土壤大孔隙网络结构系统,从而逐渐改变土壤结构与水分运移特征。(5)在室内土柱试验条件下,测定了蚯蚓大孔隙驱动下的微塑料的分布特征,并对土壤饱和导水率和穿透曲线进行研究。蚯蚓活动可以导致在较深土层(40-50 cm)中检测到微塑料颗粒;土壤表面的微塑料会伴随发生在饱和砂土中的大孔隙流被运移至较深土层土壤(50 cm),增加地下水污染的潜在风险,而蚯蚓活动是导致该现象发生的主要原因;蚯蚓活动会影响微塑料颗粒分布特征,粒径<250μm的微塑料更易可迁移和淋溶至深层土壤;当土壤中没有蚯蚓活动时,即使土壤小孔隙结构本身较为发达,存在于土壤表面的微塑料也不能直接通过土壤基质被水流运移;低浓度的微塑料含量对土柱内大孔隙中的水流没有显著影响,示踪物质的5%相对到达时间与蚯蚓孔隙总体积呈显著正相关关系。蚯蚓活动是影响穿透曲线形态的主导因素,且低浓度的土壤微塑料对土壤饱和导水率没有显著影响。

关键词： 土壤污染   微塑料   空间分布   风险评价  

摘要： 微塑料通常是指直径或尺寸小于5mm的塑料碎片或颗粒，可通过风力、河流、洋流等自然因素及交通物流等人为因素长距离迁移，从而导致全球微塑料污染。微塑料作为一种新兴的持久性环境污染物，广泛分布在地球的每个角落，已被列为环境与生态科学领域的重大科学问题之一。迄今为止，已有大量研究揭示了微塑料在河流、沉积物、海洋以及海岸带中的分布特征及生态效应。值得注意的是，微塑料可以通过多种途径进入土壤环境，且陆地生态环境中微塑料的丰度远远高于海洋生态系统。　　随着土壤微塑料分析方法的不断完善，部分方法实现了微塑料从土壤中分离、鉴定和定量分析，促进了土壤微塑料时空分布及其生态环境风险评价研究的进度，但仍然缺乏描述土壤中微塑料污染水平和影响微塑料污染物分布因素的综合研究。因此本研究以华东地区六省市（浙江省、江苏省、安徽省、江西省、山东省和上海市）环境土壤作为研究对象，通过采集表层土壤，对土壤中微塑料进行浮选分离。借助显微镜、拉曼光谱仪等设备分析了不同环境土壤样品中微塑料的丰度、尺寸、形状、颜色及种类。在此基础上分析了土壤中微塑料空间分布特征及主要驱动因素。运用风险指数法、内梅罗污染指数法及风险描述比三种评价方法评估了其潜在的生态风险。主要研究结果和结论如下：　　⑴在所有的土壤样品中均检测出了微塑料，丰度范围为50~5600items/kg，其中丰度最大值出现在农田土壤中。在5种不同环境的土壤中（农田、河岸、路边绿化带、工厂附近、高速服务区附近），微塑料的平均丰度分别为1986.4items/kg、914.0items/kg、390.0items/kg、1057.1items/kg、988.9items/kg。微塑料的丰度存在着显著的差异（P＜0.0001）。农田土壤中微塑料的平均丰度最高，达到1986.4items/kg，远高于其他环境土壤中微塑料的平均丰度，这表明农田土壤中的微塑料污染相对最为严重。　　⑵在土壤中检测到的微塑料以尺寸小于1mm的为主，路边绿化带土壤中小尺寸微塑料的平均比例明显低于其他四种环境。微塑料的形貌特征共有四种，包括碎片、纤维、颗粒及薄膜，其中碎片状微塑料平均百分比最高（59.28%）。颜色则以白色（包括透明）和黑色为主，农田土壤样品中微塑料颜色的种类明显高于路边绿化带土壤样品，这表明微塑料颜色种类的丰富程度可能与土壤微塑料丰度呈正相关。在不同环境土壤中检测到的主要微塑料聚合物类型以PP和LDPE为主，平均占比分别为38.1%、19.1%，所以推测农用塑料地膜覆盖是其主要来源。在工厂周边、路边绿化带和高速服务区附近环境中，PVC类型的微塑料平均占比较高，可能是由于工业垃圾处置不合理及道路扬尘造成的。　　⑶从农田土壤中微塑料空间分布上来看，各省份微塑料污染程度相差较大（p＜0.05）。浙江省和江苏省采样点的微塑料丰度明显高于其他地区，可能与采样点工业化及城市化程度有关。采样点微塑料分布与降水量密切相关，总的来说，降水量越高，该地微塑料的丰度也越高。土壤微塑料的丰度还与农业产值和工业产值相关，但不起主导作用。当农业产值和工业产值较低时，微塑料丰度均集中在1000items/kg以下。土壤微塑料的丰度与人口数量之间并无显著的相关性规律。另外，在一些采样点的研究结果中发现，一些人口数量较少、农业产值和工业产值普遍较低的地区微塑料的丰度却较高，表明微塑料的分布和迁移率可能受多种环境和人为因素控制。　　⑷生态风险指数法反映了微塑料聚合物毒性的大小，在判定该地区风险等级中起主导作用。在全国范围内，华东地区土壤中微塑料污染水平较为严重。内梅罗污染指数法相比生态风险指数法，更侧重于点污染物浓度均值及最大值影响。其结果表明，并未出现部分区域数值较大的现象，各省污染程度排序依次为：江西（重度）＞浙江（中度）＞安徽（轻度）＞上海（轻度）＞江苏（轻度）＞山东（清洁）。风险描述比评价结果与上述方法类似，即华东地区整体微塑料污染较严重。此外，还发现不同地区的微塑料污染程度差异较大，分布不均，存在部分地区污染严重现象。高风险地区微塑料的来源、迁移转化等是后续研究重点。在全世界范围内进行微塑料污染程度对比，结果显示，华东地区土壤中微塑料污染处于中等水平。

关键词： 上海内陆鱼类   微塑料污染   物理形态   化学成分  

摘要： 废弃塑料在外力作用下逐渐变为碎片,进而成为微塑料。进入水体的微塑料吸附其他污染物,被生物体吞食后会产生毒性效应。因此,水环境中的微塑料污染受到越来越多的关注。上海地处长江三角洲平原,江湖河网密布,被称为一座建立在湿地上的城市。上海市的河流大多属于太湖水系。发源于淀山湖的黄浦江及其支流苏州河是上海最主要的河流,是水生生物赖于生存的栖息场所。鱼类是当地居民日常食用的主要水产品,也是水域生态系统的重要组成部分。本文分析了上海市主要河流常见鱼类消化道内的微塑料丰度及其差异性,测定了微塑料的物理类型和化学成分,旨在为评价上海市水环境的微塑料污染状况提供基础资料。主要研究成果如下:(1)上海市主要河流鱼类消化道内微塑料的形态与成分分析。分析了8种、702尾上海常见淡水鱼类的消化道,在404尾鱼类中检出了微塑料,检出率为57.55%。粒径≤1mm的微塑料所占比例最高,且数量随着尺寸大小增加呈递减的趋势;纤维状的微塑料所占比例最高,其次为薄膜状、碎片状、颗粒状;微塑料的颜色以黑色和透明为主。采用傅里叶显微红外光谱方法,共检测104个微塑料,包含18种不同的聚合物类型。主要种类为赛璐酚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。(2)不同生活习性鱼体内微塑料的差异性分析。在5种常见优势种鱼类中,似鳊体内的微塑料丰度显著高于其他鱼类的丰度(p<0.05)。总表现为似鳊>鲫>?>达氏鲌>光泽黄颡鱼。不同形状微塑料的占比情况总体上表现为:纤维状>薄膜状>碎片状>颗粒状,其中纤维状在五种鱼体内比例均最高。根据食性不同,鱼体内微塑料的检出率和丰度表现为植食性>杂食性>肉食性,而在苏州河下游,则表现为杂食性鱼类消化道内的微塑料丰度较高;根据栖息水层的不同,鱼体内微塑料的检出率和丰度表现为中下层>上层>中上层,在苏州河下游则上层鱼类微塑料丰度最高。这可能是由于苏州河下游地区的鱼类组成以及水质条件与其他水域有所差异有关。上海主要河流淡水鱼中检出的微塑料的形状、颜色、大小和聚合物类型等特征没有显示出明显的季节差异和空间差异,说明上海主要河流的塑料污染的组成和来源相对稳定。(3)不同季节鱼体内微塑料的差异性分析。在本研究中,秋季的鱼类微塑料检出率和丰度显著高于夏季(p<0.05)。这可能是由于汛期降水对微塑料的稀释作用导致的。而微塑料的形状、颜色、大小和聚合物类型等特征没有显示出明显的季节差异,说明上海主要河流的塑料污染的组成和来源相对稳定。(4)不同水域鱼体内微塑料的差异性分析。对不同水域的鱼类微塑料数据进行统计分析,发现鱼体内微塑料的检出率和丰度表现为苏州河下游>苏州河支流>苏州河上游>淀山湖>黄浦江上游。在苏州河下游的鱼类中,鲫的微塑料丰度最高,在其余四个水域中,似鳊的丰度最高。苏州河支流的似鳊的微塑料丰度显著高于黄浦江似鳊的微塑料丰度(p<0.05);植食性鱼类的微塑料丰度在苏州河上游、苏州河支流、黄浦江上游和淀山湖都均为最高,高于杂食性和肉食性鱼类,而在苏州河下游水域中,则表现为杂食性鱼类消化道内的微塑料丰度较高。

关键词： 微塑料   污染特征   表层水   沉积物   入湖口   南四湖  

摘要： 微塑料是指直径小于5毫米的塑料颗粒,由于在环境中广泛存在,且可以通过食物链进入生物体内,对生物造成直接或间接影响,近年来受到世界各国的广泛关注。目前,塑料制品在国内的应用十分普遍,各种塑料制品经风吹日晒等风化磨损作用,逐渐变成直径微小的微塑料进入水体,成为水环境污染问题之一。南四湖地处山东省西南部,是我国南水北调东线工程的重要调蓄湖泊之一,水环境质量直接关系着京津冀地区和山东胶东地区人民的生产和生活。目前,关于南四湖水体微塑料污染的研究尚未见报道。本研究选择南四湖4个湖区及其11条主要入湖河流的入湖口为研究地点,在枯水期(2019年12月)与丰水期(2020年7月)采集表层水、沉积物以及湖区内的少量水生生物(鱼类、虾类),进行水体微塑料污染特征研究。采用密度浮选、真空抽滤和生物消解等方法分离样品中的微塑料,在体视显微镜下对微塑料进行分类统计,利用拉曼光谱仪对微塑料进行鉴定,并使用扫描电镜对微塑料表面结构特征进行定性分析。目的在于分析南四湖不同湖区、不同入湖口的水体微塑料污染现状和特征;比较丰水期和枯水期南四湖微塑料污染特征差异;初步探究水生生物体内微塑料的积累情况。以期为后续水体微塑料污染特征研究提供参考,并为将来水体微塑料污染的防控和治理提供基础数据。本研究的主要结果如下:(1)不同水文时期南四湖及主要入湖口表层水中微塑料的浓度差异显著,枯水期显著大于丰水期(P<0.01)。枯水期表层水中微塑料的浓度范围为1.17～10.12个/L,平均浓度为3.42±2.89个/L;丰水期表层水中微塑料的浓度范围为0.32～3.65个/L,平均浓度为1.05±1.00个/L。各采样点表层水中微塑料的浓度存在明显差异,如枯水期白马河入湖口表层水中微塑料的浓度(6.70个/L)显著多于泗河入湖口微塑料的浓度(1.57个/L)(P<0.01)。丰水期和枯水期表层水中的微塑料粒径、颜色、形状等组成特征相似,微塑料以粒径较小(0～500μm)者为主;颜色以蓝色、灰色、黑色和透明为主;纤维类微塑料在不同形状微塑料中占比最高。(2)不同水文时期南四湖及主要入湖口沉积物中微塑料的浓度差异显著,枯水期显著大于丰水期(P<0.01)。枯水期所有采样点沉积物中微塑料的浓度范围为97.78～755.55个/kg(干重),平均浓度为266.67±225.70个/kg(干重),丰水期所有采样点沉积物中微塑料的浓度范围为80.00～426.67个/kg(干重),平均浓度为177.48±127.95个/kg(干重)。各采样点沉积物中微塑料的浓度存在明显差异,如枯水期城郭河入湖口沉积物中微塑料的浓度(755.55个/kg)显著多于洙赵新河入湖口微塑料的浓度(97.78个/kg)(P<0.01)。丰水期和枯水期沉积物中的微塑料粒径、颜色、形状等组成特征相似,微塑料以粒径较小(0～1000μm)者为主;颜色以蓝色、灰色、绿色和透明为主;纤维类微塑料在不同形状微塑料中占比最高。(3)不同水文时期南四湖湖区水生生物体内的微塑料积累存在一定差异。枯水期虾类体内的微塑料1.33个/只多于丰水期0.83个/只;枯水期鱼类体内的微塑料3.00个/条多于丰水期2.06个/条。鱼虾体内微塑料的粒径、颜色和形状组成与表层水和沉积物中微塑料的组成相一致。(4)通过拉曼光谱分析,本研究在南四湖及主要入湖口发现3种化学组成的微塑料,分别是PP、PET和PE。各种类型的微塑料表面均有不同程度的风化或磨损痕迹,且微塑料表面常附着有重金属等污染物。总体来看,枯水期南四湖水体微塑料污染较丰水期严重,不同湖区或入湖口之间微塑料污染存在空间差异,水生生物(鱼虾)体内的微塑料积累情况与水体中微塑料直接相关。南四湖水体微塑料总体粒径偏小,蓝色、灰色、黑色、绿色和透明微塑料较多,纤维类微塑料是主要的组成类型。

关键词： 微塑料   纳木错流域   来源解析   分布特征  

摘要： 微塑料(Microplastics，MPs)是由塑料破碎产生的粒径＜5mm的颗粒，其生物降解缓慢，可在各种环境介质中长期存在。MPs在洋流等作用下可到达极地地区，也可能通过大气迁移过程传输并沉降到高山地区。青藏高原近年来旅游业蓬勃发展，人类活动增多，带来更多塑料制品;高原强辐射、高风速等气候条件会促进MPs的生成，使高原地区可能面临更大的MPs污染威胁。目前青藏高原MPs研究仅提供了个别冰川表雪及河湖水体MPs的浓度和组成。尚未有针对高山冰川-湖泊耦合系统，探究MPs在该系统中的迁移循环规律的研究，且基于此条件下的水体MPs赋存特征也不明确，这些关键科学问题亟待解决。　　本研究以青藏高原纳木错流域作为研究对象，采集了大气沉降、高山冰雪、环湖湖水和径流样品。结合现代分析手段，探讨了纳木错流域水体中MPs的分布和组成特征，估算了沉降和径流MPs的输入贡献以及纳木错湖水MPs储量。取得的主要研究结果如下:　　(1)获得了纳木错流域大气沉降MPs特征。沉降MPs以聚对苯二甲酸乙二酯纤维和尼龙纤维为主，通过MPs实测的物理性质数据计算最小MPs颗粒的沉降速度及其在大气中的停留时间，并基于此对后向气团轨迹模型的运行时间进行优化，发现大气MPs最远可能来自于南亚尼泊尔、不丹等国，具有跨境传输潜力。　　(2)明确了纳木错流域水体MPs的赋存状况。冰川径流中呈现出质地轻(密度＜1g·cm-3)、尺寸小(＜300μm)的MPs占主导的特征，而湖水和非冰川径流中大尺寸(＞3000μm)MPs更丰富。径流及湖水MPs浓度水平整体较低，径流方面，南部冰川径流MPs浓度最低，流经乡镇的非冰川径流MPs比冰川径流高2-3倍。受到径流输入及湖流、主流风向等多因素的影响，湖水MPs浓度呈东高西低趋势，冰川径流补给的湖区MPs浓度最低。　　(3)定量估算了纳木错湖水MPs储量以及大气沉降和径流MPs对纳木错湖水的年输入贡献。大气沉降是该区域MPs向湖泊输入的主要过程，年输入贡献占比高达85.4％。在多种MPs输入过程下，MPs在湖水中积累，使得湖水表层30cm储存了2.8吨MPs，估计湖泊整体MPs储量为30-50吨。　　本研究通过对高山冰川-湖泊耦合系统中多种介质中MPs的研究，发现了MPs在该系统中迁移的主要过程和规律，并通过观测和模型相结合的方式分析了偏远地区MPs的潜在源区。为高山地区的塑料垃圾的管控、政策制定等提供了理论及数据支撑，为评估高山地区微塑料环境风险提供了综合性的视角及思路。

关键词： 海洋微塑料   空间聚集   幂数律   二阶结构函数  

摘要： 微塑料是塑料在进入环境之后,经过生物降解或者太阳暴晒、风化等非生物作用分解形成的很小的塑料碎片。人们一般把粒径小于5mm的塑料碎片定义为微塑料。因其对生态环境的潜在危害,引起人们越来越多的重视,是当前海洋生态环境研究中的热点之一。随着塑料制品的产生和使用越来越多,微塑料的数量也越来越庞大,通过地表径流等方式进入海洋,对海洋生态造成严重危害。因微塑料个体较小,采样与检测相对较为困难,目前公开数据较少。本文作者通过研读和收集各大期刊上已发表的海洋微塑料数据,构建海洋微塑料空间分布数据集。随后作者从流体力学角度出发,对微塑料在流体中的运动的点颗粒模型和连续介质模型展开讨论,得到微塑料与流体相互作用会在小尺度和大尺度上形成聚集这一结论,并进一步给出其空间分布服从距离的幂数律的理论预测。本文将二阶结构函数S2(r)=<|C(i+r)-C(i)|2>应用于整理的数据集,观察到海洋微塑料的空间分布满足距离的幂数律,证实了上述理论预测。基于海洋微塑料主要来源于陆地这一事实,借鉴边界层理论,认为微塑料浓度和其到海岸的距离之间存在对应关系,定性上随着距离的增加,微塑料浓度也在不断降低。通过对微塑料的实测数据的分析,发现随离岸距离幂数律衰减规律。上述结果的发现,支持微塑料作为被动标量,跟随海洋洋流运动的观点。

关键词： 海沙中的微塑料   拉曼光谱   相干反斯托克斯拉曼散射  

摘要： 随着塑料产业的发展,环境中的塑料污染逐渐引起了全世界的关注。通常微塑料是指尺寸小于5mm的塑料碎片。由于微塑料尺寸更小,比表面积更大,因此可以吸附更多的污染物,随着河流、大气转移至世界的各个角落,甚至被生物误食,对生物造成严重威胁。近年来关于微塑料的研究逐渐增多,大多使用过滤法、密度分离法、浮选法对样品中的塑料颗粒进行提取,然后通过物理识别和化学检测的方法对其进行检测判断。这些检测方法都需要前期复杂的样品处理,且处理时间较长。因此本文提出在无需样品处理的情况下,使用拉曼光谱法对海沙中的塑料微球进行检测,并提出使用相干反斯托克斯拉曼光谱成像(coherent anti-Stokes Raman scattering spectroscopy,CARS)的方法研究其分布。本论文中,将聚苯乙烯(polystyrene,PS)微球和聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)微球分别掺入海沙中,模拟被塑料污染的近海环境样品。通过拉曼光谱定性检测,结果显示:海沙中海水成分几乎没有干扰,沙子在0-500cm范围内有三个拉曼峰,但与PS和PMMA两种塑料没有重叠。另外沙子具有较强的荧光信号,而且随着沙粒颜色的加深,荧光信号增强,这也作为基底信号整体提高了拉曼光谱的基线,导致吸附于沙粒上的塑料微球的光谱基线明显高于沙粒间隙中塑料微球的光谱基线。结果表明:拉曼光谱法可以检测沙子基底中的塑料微球,且随着微球尺寸的增大,拉曼信号越强。为了定量研究这一污染的分布,本论文将10μm的PS微球分别掺入海水和沙子中,以PS典型的拉曼峰1605cm进行CARS光谱成像,成像中排除海水和沙子干扰是实现塑料污染分布成像的关键。结果显示:(1)、海水有微弱的CARS信号,且与PS微球的信号形态差异较大,通过形态学分析中开运算算法进行图像处理,可以清晰直观地看到PS微球在海水中的分布。(2)、沙粒具有较强的CARS信号,对PS微球的检测有一定干扰,因此CARS光谱成像可以实现沙粒间隙中或细小沙粒中的PS微球检测,虽然有一定干扰信号,但可以通过尺寸分析区分信号的来源,也可以通过中值滤波结合形态学分析对图像进行处理,去除部分干扰信号以达到检测目的,但该方法对吸附于较大沙粒上的PS微球的检测效果不佳。本论文结合拉曼光谱与CARS光谱成像法对海沙中塑料微球的污染进行了研究,两种方法均对样品无损且可进行实时检测。结果表明:两种方法对海沙中的塑料微球检测都具有可行性,拉曼光谱法可更加精确地判断塑料颗粒的种类,而CARS光谱成像法可快速实现塑料颗粒在样品中的分布检测,实际中可根据需求选择合适的检测方法。

关键词： 微(纳米)塑料   抗生素   微藻   复合   响应  

摘要： 微塑料和抗生素在水生生态系统中广泛存在,微藻对微塑料与抗生素污染胁迫的响应已成为当前研究热点。本文通过研究淡水微藻水华微囊藻和蛋白核小球藻在微(纳米)塑料氯乙烯与抗生素磺胺甲噁唑、诺氟沙星胁迫下其抗氧化酶活性和丙二醛含量的变化,探究微藻对水体中微(纳米)塑料和抗生素及其复合胁迫的生理生化响应;通过分析两种微藻叶绿素a含量、抑制率、光响应曲线以及光合参数的变化,探讨微藻光合系统对微(纳米)塑料与抗生素胁迫的响应;采用流式细胞术,从细胞水平研究藻类对微塑料与抗生素胁迫的响应机制。研究结果表明:在高浓度(100～500 mg/L)微(纳米)塑料聚氯乙烯单一胁迫下,两种淡水微藻的抗氧化酶SOD活性显著降低(p<0.01),微藻体内细胞内过氧化氢酶CAT活性显著增加(p<0.01)。微(纳米)塑料导致藻类细胞表面受到物理损伤,限制了藻细胞与环境之间能量和物质的转移,导致其营养物质、光强、O和CO的减少,引起氧化损伤。在诺氟沙星单一和与微(纳米)塑料复合胁迫下,蛋白核小球藻CAT活性随着诺氟沙星浓度的增加而递增。在磺胺甲噁唑与纳米聚氯乙烯复合胁迫下,水华微囊藻MDA含量均显著升高;在诺氟沙星与纳米聚氯乙烯复合胁迫下,蛋白核小球藻MDA含量显著升高。随着微(纳米)塑料聚氯乙烯浓度的增加,对两种微藻的叶绿素a含量和生长的抑制作用逐渐增强。在低浓度抗生素单一及与微(纳米)塑料复合胁迫下,能显著提高微藻的叶绿素a含量(p<0.01),并促进微藻生长。然而,在高浓度抗生素单一及与微(纳米)塑料复合胁迫下,则显著抑制了微藻的叶绿素a的含量和生长(p<0.01),且随着抗生素浓度的增加和时间的延长抑制作用增强,但影响程度上抗生素单一胁迫大于其与微塑料复合胁迫。FTIR分析表明,微(纳米)聚氯乙烯对抗生素有吸附作用,独立作用模型表明抗生素和微(纳米)聚氯乙烯之间存在拮抗作用,降低其生物毒性,减小抗生素对微藻的生长和光合作用的影响。实验前期,在0.1 mg/L～1.5 mg/L诺氟沙星与微(纳米)塑料胁迫下水华微囊藻最大光合速率ETRmax显著低于对照组(p<0.01);半饱和光强I也显著低于对照,并随着浓度的增加逐渐减低。半饱和光强I值的下降削弱了水华微囊藻对强光的耐受性,最大光合速率ETRmax的下降表明水华微囊藻细胞的电子传递受阻,光合作用活性受到影响。在微(纳米)塑料胁迫下,水华微囊藻和蛋白核小球藻rETR随浓度和时间的增加而受到显著抑制,这可能是因为高浓度的微(纳米)塑料对微藻细胞产生遮荫作用,由于其辐照度的降低,干扰了光合作用过程中的电子传递阻碍了微藻的光合作用。随着微(纳米)塑料浓度的增加,水华微囊藻和蛋白核小球藻细胞的DNA复制后期(S)比例显著下降,藻细胞DNA合成含量在DNA合成前期被阻滞,DNA合成含量减少。在磺胺甲噁唑单一胁迫下,DNA合成期的细胞数量减少,细胞周期不平衡,严重影响微细胞增殖。在诺氟沙星单一胁迫下,水华微囊藻和蛋白核小球藻有丝分裂(G/M)占比减小,DNA含量减少,微藻细胞无法进行大量增殖。聚氯乙烯和纳米聚氯乙烯对微藻细胞凋亡的影响比较大,微塑料可以对微藻产生物理化学损失,随着微(纳米)塑料浓度的增加两种微藻细胞均发生调亡,而且细胞调亡程度随着剂量的增加逐渐增大,呈明显的剂量-效应关系。