关键词： 微塑料   数值模拟   输运   海洋动力过程  

摘要： 微塑料采样数据在时间、空间上的不连续性限制了对微塑料源、汇区域、传输途径及发展趋势的研究。采用现场调查与数值模拟相结合的方法,能够综合研究微塑料自身特征、气象及水动力环境因素对微塑料分布和输运的影响。主要从微塑料输运的数值模拟方法、模拟研究及应用方面综述微塑料模拟研究进展,可归纳为:微塑料输运模型主要驱动场(流场)的构建;风、海浪、地形和极端海况等环境因素对不同(粒径、密度和形状)微塑料粒子性质和输运过程的影响;数值模拟工具在微塑料清除研究中的应用。同时基于近年来数值模拟方法在微塑料研究中的应用,展望未来该领域需要关注的研究方向,包括结合实测数据和输运模型,研究微塑料的分布特征及演变规律;微塑料输运的相关参数(粗糙度、风拖曳系数、沉降速率和再悬浮速率和污损率等)对气象和水动力影响响应的模拟研究,相应的敏感性模拟实验结果需要与采样调查和实验室检测结果对比验证,以改进数值模型的经验参数和公式。

关键词： 塑料颗粒   矿化   塑料   全球   海洋   据估计  

摘要： 据初步估算,全球每年向海洋输出的塑料垃圾可达480万至1270万吨,其中直径小于5毫米的塑料颗粒被称为微塑料。全球海洋中99.9%的塑料“藏在看不见的地方”。近年来,塑料开始在世界所有海洋中被发现,其中90%沉入了海床。专家说,这些塑料最终会在那里矿化。

关键词： 塑料   污染   土壤微生物   生态系统服务   土壤动物   肠道微生物  

摘要： 塑料已经成为现代社会不可或缺的产品而被广泛应用,塑料污染也成了一个全球性的环境污染问题。近年来,土壤塑料污染的问题也开始受到关注。本文针对近几年来国内外关于塑料污染对土壤生态系统的影响进行综述,主要包括以下几个方面:(1)微塑料对土壤物理化学性质的影响;(2)微塑料对土壤微生物群落的影响;(3)微塑料与土壤动物的相互作用。最后,本文对未来关于土壤微塑料研究的重点方向进行了展望。

关键词： 微塑料   海洋青鳉   内分泌干扰   跨世代效应   复合毒性   环境污染  

摘要： 微塑料是一种新型环境污染物，广泛分布于海水、沉积物及生物体中。目前对于微塑料的研究多以摄食率、生长速率、产卵量、孵化率、死亡率等终点指标评价其对海洋生物的毒性效应，缺少深入的毒理学研究。此外，以往针对微塑料的研究多采用短期暴露或单一污染物暴露，对微塑料的跨世代毒性和复合毒性研究较少。为进一步阐明微塑料的潜在危害，本文通过微塑料暴露海洋青鳉(Oryziasmelastigma)早期生命阶段、微塑料对海洋青鳉全生殖周期暴露、微塑料与17α-乙炔雌二醇(17α-ethynylestradiol,EE2)联合暴露等三个方面，深入探讨了微塑料潜在的毒性效应，本文研究结果表明：　　(1)海洋青鳉受精卵在孵化过程中会黏附微塑料，孵化后2?3天的仔鱼会将微塑料摄入体内并在肠道中富集。2、20和200μg/L微塑料暴露会显著抑制受精后7?11天胚胎的心跳速率，2和200μg/L微塑料暴露会降低卵的孵化率。暴露后45天，采用实时定量PCR方法检测了幼鱼心脏发育相关基因的转录水平，发现微塑料能够抑制PPAR-α，PPAR-β，GATA4和COX-2基因的表达水平，同时上调了BMP4基因的表达量。微塑料暴露45天后，幼鱼的体长体重均显著降低，证明微塑料暴露会影响海洋青鳉早期生命阶段的心脏发育和生长。　　(2)2、20和200μg/L微塑料全生殖周期暴露(150d)海洋青鳉，发现微塑料暴露显著升高了肝脏、鳃、肠及性腺中丙二醛(MDA)的含量，降低了各组织中超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽转移酶(GST)(除肠道外)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽(GSH)的活力。微塑料暴露导致海洋青鳉肝脏出现了肝细胞坏死及血窦增生现象，对肠道和鳃造成了严重的物理损伤，造成精巢结构出现较大孔隙并扰乱了卵巢的发育水平。　　(3)2、20和200μg/L微塑料全生殖周期暴露海洋青鳉后，会对海洋青鳉的内分泌系统造成影响。以雌鱼为例，微塑料暴露显著降低了血浆中雌二醇(E2)的水平，提高了睾酮(T)的含量。脑中的FSHβ，LSHβ，GTHα基因及性腺中的FSHR和LHR基因的mRNA表达水平均在微塑料暴露后受到了抑制，而主要参与睾酮(T)合成的类固醇合成基因StAR，CYP11a2，17βHSD和3βHSD的mRNA表达量在微塑料暴露后出现了显著上调，进而导致睾酮(T)水平的升高。同时，研究结果显示微塑料暴露后，雌鱼肝脏中Vtg，Chg基因的表达水平降低，ARα，ARβ基因的表达水平出现显著上调，这与血浆中雌二醇(E2)水平降低，睾酮(T)水平升高有关。雄鱼的研究结果与雌鱼类似，但不同的是雄鱼肝脏内的雌激素受体ERα、ERβ基因的表达量出现显著上调，这可能与雄鱼体内的雌二醇(E2)水平很低，机体可能通过产生雌激素受体弥补雌二醇(E2)的缺失有关。由此，本研究认为微塑料能够干扰海洋青鳉的内分泌系统，具有潜在的内分泌干扰效应。　　(4)2、20和200μg/L微塑料全生殖周期暴露海洋青鳉后，随机挑选5对雌雄鱼并使其交配繁殖，进一步研究微塑料的生殖和遗传毒性。结果表明，微塑料暴露能够刺激海洋青鳉提前进入性成熟，并会降低产卵量、受精率，促进胚胎提前孵化。对F1代的研究结果显示，微塑料抑制了PPAR-α，PPAR-β，PPAR-γ，GATA4和ATPase等基因的表达水平，并加快了F1代胚胎的心跳速率。同时，微塑料暴露后F1代的IGF-Ⅰ，IGF-ⅠR和GHR等基因的mRNA表达量受到显著下调，并显著降低了受精后21天仔鱼的体长。由此本研究认为全生殖周期的微塑料暴露对海洋青鳉造成了生殖毒性和遗传毒性。　　(5)利用2、20和200μg/L微塑料与10ng/LEE2联合暴露雄性海洋青鳉28天，结果显示联合暴露显著降低了海洋青鳉的体长、体重、肝脏和性腺指数，并干扰了血浆中E2和T的水平。与EE2单独暴露相比，微塑料联合暴露进一步上调了ERβ，Vtg1，Vtg2，ChgH和ChgL基因的表达水平，表明微塑料对EE2的生殖干扰毒性具有放大作用，但这种效果不具有剂量依赖关系。　　综上所述，微塑料能够通过降低孵化率，干扰心脏发育等方式影响海洋青鳉早期发育。全生殖周期的暴露表明微塑料会破坏机体的抗氧化防御系统，对青鳉各组织造成病理学损伤，还能够扰乱血浆中性激素水平，表现出内分泌干扰效应。微塑料还对子代造成了不利影响，如降低受精率、减缓仔鱼的生长发育速度等，说明微塑料对海洋青鳉造成了生殖和遗传毒性。此外，本研究证实了聚苯乙烯微塑料能够放大EE2的生殖内分泌干扰效应。本文的结果可为今后开展海洋微塑料的生态效应与健康风险评估提供参考数据。

关键词： 厦门湾   海洋塑料垃圾   微塑料   时空分布   城市污水   人类世  

摘要： 塑料作为“人类世”所特有的一种物质,为现代人类文明的进步与发展提供了重要的基础性材料,但同时也产生了日益严重的环境和生态问题。开展海湾塑料垃圾和微塑料时空分布及对人类活动响应研究,对认识塑料物质在海岸带环境中的迁移、转化和归趋,调控人类活动行为,降低塑料物质对海洋环境与生态的危害都具有重要科学价值和实践意义。本文重点开展了厦门湾海洋塑料垃圾及微塑料分布规律,厦门城市污水处理厂中微塑料分布特征,厦门湾沉积物微塑料历史记录及对人类活动响应等方面的研究工作,主要取得以下成果。厦门湾海面垃圾存在不均匀分布,并典型受降水、潮流、盐度、风向和周边陆域城市垃圾管控水平等因素控制。海面垃圾丰度最高为70751 Items/km,最低为3556 Items/km,二者相差近20倍,主要集中在九龙江口海域及其邻近的厦鼓海域,约占厦门湾海面垃圾的59.5%。约有76.67%的海面垃圾来源于流域和周边陆域人类活动产生,仅有23.33%的由捕捞和水产养殖等海上人类活动产生。海面垃圾与降水量相关度高(R=0.75),台风、持续暴雨等极端天气将大量陆源垃圾带入海洋,导致海面垃圾显著增加,例如台风“莫兰蒂”造成海面垃圾平均丰度较同期正常天气情况下高7-11倍。九龙江河口咸淡水交汇的盐度锋面处,水动力条件较弱的区域和常年主导风向的下风向并有岸滩、岛屿阻隔等处较易形成海面垃圾集中分布区域。随着尺寸的减小,海面垃圾丰度近似成幂指数增加,且其中塑料垃圾的占比近似成对数升高,表明海面塑料垃圾小型化趋势明显。海底垃圾分布总体与海面垃圾相似,但又略有不同。海底垃圾丰度介于53143-3600 Items/km。受底部流场差异和盐度锋面等影响,尤其在河口海域由于受底层盐水楔顶托作用,与海面相比,海底垃圾沉积中心向河口方向上移。海底垃圾丰度以中块垃圾为峰值近似呈“倒V”字形正态分布,且随着尺寸的减小,塑料垃圾的占比略呈下降趋势。塑料纸/袋和塑料绳子都是海面和海底塑料垃圾各尺寸中最为主要的两种类型。小块和特大块塑料垃圾的类型比较单一,而中块和大块的塑料垃圾类型则比较丰富多样,并随着尺寸的减少,海面和海底塑料垃圾中可识别的类型显著降低。滩涂(沙滩)垃圾丰度普遍较海面垃圾和海底垃圾高,其分布特征能一定程度上反映海洋垃圾的“源汇”格局。滩涂(沙滩)垃圾平均丰度约为159833 Items/km,分别是海面垃圾和海底垃圾的5.25倍和5.61倍。流域带来的垃圾,在河口海域受盐度锋面和近岸植被的阻滞影响,并在波浪能作用下堆积到九龙江河口滩涂上,形成流域垃圾的“中继站”;在台风、暴雨或高潮水位作用下进行二次分配,又再次进入到厦门湾海域,成为海面和海底垃圾的主要“策源地”之一,起到“源”的作用。海面垃圾在潮流输移和波浪能推移作用下,逐步汇集到厦门岛东南部沙滩,使其成为厦门湾海面垃圾的重要“汇”之一。九龙江河口滩涂中除特大块外,其他垃圾丰度随其尺寸的减小而减小,且塑料垃圾的占比也呈近似相同规律。厦门岛东部沙滩垃圾以中块为峰值近似呈“倒V”字形正态分布,塑料垃圾尺寸占比呈“V”字型分布。滩涂(沙滩)中大块和中块的塑料垃圾类型较为多样,类型平均为28种和24种,是海面和海底同尺寸塑料垃圾类型数量的3-4倍。泡沫类塑料是滩涂(沙滩)塑料垃圾中的主要类型之一,应引起特别关注。厦门湾海面微塑料分布规律与塑料垃圾有较大差异,尤其受降水影响的机制明显不同。厦门湾海面微塑料平均丰度分别为135269 Items/km,是海面塑料垃圾的5.5倍,其粒径小于2.5mm的约占78.1%,主要类型以PE(31%)、PA(22.3%)和PVC(14.5%)为主。海面微塑料由于粒径小,受河口盐度锋面的阻滞作用弱于大块塑料垃圾,而易被输移到距离“源”更远的开阔海域,使其有别于塑料垃圾的分布规律。海面微塑料丰度在丰、平、枯三季有较大差异,以枯水期丰度最高(121276 Items/km),丰水期处于中等水平(73925 Items/km),平水期最低(24908 Items/km),仅为枯水期的20.5%。枯水期降水少、太阳辐射作用时间长,有利于大块塑料降解碎化形成“次生”微塑料,而使得海面微塑料丰度显著升高。滩涂微塑料丰度空间分布特征与塑料垃圾类似,能较好地指示微塑料的“源汇”格局。设计并改进了城市污水微塑料采样方法,总结了厦门城市污水处理厂中微塑料分布特征。采用电磁流量计与快速拍照联用思路,设计并改进城市污水处理厂微塑料采样方法,计量误差约为±1-2 mL/s,有效地解决了进出水采样体积级差大的问题,提升了进出水中微塑料丰度结果的可比性。研究表明,厦门城市污水处理厂进出水中微塑料平均丰度分别为6.55Items/L和0.59Items/L,平均去除率为90.52%,通过厦门七座城市污水处理厂日排入厦门湾的微塑料数量约为6

关键词： 牺牲品  

摘要： 每年大约有800万吨的塑料被扔进海里,如此发展到2050年,海洋中的塑料加起来将比海里的鱼还要重。海洋中的生物成为了这些"塑料杀手"的牺牲品,进而通过食物链影响人类,使其"自食其果"。2018年初,一条消息吸引了全球的目光:91岁的英国女王正式向塑料宣战,宣布全面禁止在皇室领地上使用塑料瓶及塑料吸管。同时,白金汉宫公布了一份全新的垃圾处理计划,争取在2042年消除一切可以避免的塑料垃圾。促使女王下定决心的,主要是BBC在2017年拍摄

关键词： 微塑料   老化   抗生素   重金属   吸附  

摘要： 近年来,抗生素及重金属作为常见的污染物在环境中已被普遍检出。去除环境中抗生素、重金属的方法包括氧化,光解,吸附和电化学方法等,而吸附作为主要去除途径而被国内外学者广泛关注。伴随着塑料制品的大量使用,废弃塑料广泛进入到环境中,已有学者对塑料吸附抗生素和重金属进行了研究,然而微塑料的老化机制以及对污染物迁移转化的机理尚不清晰。因此,本文对渭河流域微塑料的分布及丰度情况进行了调研,并在实验室条件下模拟了典型微塑料(聚苯乙烯PS)的老化过程,研究了老化后产物对污染物(泰乐菌素,Cd)吸附的机理,得出以下几条结论:(1)在渭河采集的所有表层水和沉积物样品中都发现了微塑料,并且表层水和沉积物中微塑料的丰度相对较高,而渭河流域表层水样中的微塑料丰度明显低于沉积物中的微塑料丰度。研究结果显示,较低的水流速度和流量以及较高的含砂率是导致渭河流域微塑料富集和分布的主要原因。渭河流域微塑料来源与周围的农业生产活动关系密切。(2)探究了微塑料在紫外光照射条件下的老化机制,随着老化时间的增加,老化进行的更加彻底。吸附动力学、吸附等温线实验结果显示TYL和Cd在紫外老化微塑料上的吸附动力学数据能够用二级吸附动力学模型较好的拟合,吸附36 h后吸附达到动态平衡。吸附数据用Freundlich模型可以很好的拟合。Freundlich模型中n的值都介于0.5与1之前,吸附具有非线性,偏向于线性吸附,紫外老化微塑料的吸附能力与老化时间呈正相关,且相同老化时间内,紫外水中老化微塑料的吸附能力大于紫外空气中微塑料的吸附能力,疏水性分配作用和静电引力作用在吸附过程中起主导作用。(3)探究了微塑料在高温老化条件下的老化机制,随着老化时间的增加,老化进行的更加彻底。吸附动力学、吸附等温线实验结果显示TYL和Cd在高温老化微塑料上的吸附动力学数据能够用二级吸附动力学模型较好的拟合,吸附过程包括短时间内的的快速吸附,较长时间的缓慢吸附,以及吸附36 h后吸附达到动态平衡。吸附数据用Freundlich模型可以很好的拟合,其中n的值都介于0.5与1之前,吸附具有非线性,偏向于线性吸附,高温老化微塑料的吸附能力与老化时间呈正相关,且相同老化时间内,高温水中老化微塑料的吸附能力大于高温空气中老化微塑料的吸附能力,疏水性分配作用和静电引力作用在吸附过程中起主导作用。图[42个]表[19个]参[105个]。

关键词： 桑沟湾   微塑料   水体   沉积物   时空分布   风化  

摘要： 海洋环境中的污染日益严峻,环境中出现大量小的塑料碎片,其中粒径小于5 mm的被称为微塑料。海湾是海洋和近岸海域污染物的汇集地,研究海湾环境中的微塑料污染特征具有重要的科学意义。本研究以黄海桑沟湾为典型研究区,分别于2017年9月、12月和2018年6月对桑沟湾水体、潮滩沉积物、周边典型河流以及农田土壤开展了“点-线-面”系统调查监测,分析了微塑料丰度、类型、粒径以及时空分布特征,取得的主要研究结果如下:⑴桑沟湾水体和沉积物中微塑料丰度范围分别为1.8～41.8 N/L、23.7～170 N/kg,微塑料丰度高值区主要出现在近岸海域,并且丰度值呈现出由湾内向外海递减的趋势。桑沟湾水体中微塑料的类型和丰度存在季节性变化,12月的微塑料丰度最大。桑沟湾不同水层中的微塑料丰度高值出现在中层(深度5 m)。桑沟湾湾底沉积物中微塑料空间分布呈现近岸和湾中心站点的微塑料丰度值向湾口外递减的趋势;⑵桑沟湾潮滩沉积物中微塑料丰度范围为14.0～1246.8 N/kg,桑沟湾潮滩微塑料丰度最高值出现在无人清理的野滩,微塑料丰度与潮滩的地形、植被和风浪等自然因素,以及定期清理、沙滩用途等人为因素有关。桑沟湾潮滩沉积物中微塑料在水平和垂向分布差异明显,在潮滩高潮线以及沉积物剖面深度5～55 cm处发现较高的微塑料丰度;⑶桑沟湾沽河水体和沉积物中微塑料丰度范围分别为2～13 N/L、34.6～73.6 N/kg,微塑料类型以纤维类和碎片类为主。桑沟湾楮岛农田土壤中微塑料丰度范围为17.1～150.0 N/kg,微塑料类型以纤维类为主,同时发现了发泡类、渔线等养殖废弃的塑料垃圾(微塑料),表明农田土壤中的微塑料污染在一定程度上受到当地养殖活动的影响;⑷室内模拟试验的研究发现,聚苯乙烯发泡小球在模拟空气和沙滩环境中经紫外光照射2个月后表面微观结构和官能团特征均发生了显著变化,提示海湾环境中的微塑料可发生明显的风化作用,进而导致海洋环境中污染物的吸附、富集等的环境与生态风险。研究结果可为海湾环境微塑料的污染特征研究与风险管控提供科学依据。

关键词： 微塑料   贻贝   双壳类   重金属   雌激素  

摘要： 微塑料通常是指长度或直径(颗粒的最长维度)小于5毫米的塑料颗粒,它由于具有分布广泛、难以降解、易吸附环境中的污染物以及容易进入生物体等特殊的性质,对生态环境和人体健康构成潜在的威胁。2011年,联合国环境规划署将海洋微塑料污染列为全球要面对的一个新的环境问题和挑战。尽管国内外有大量的研究证实微塑料广泛存在于海洋的各种介质中,然而目前国际上还没有统一标准的技术方法对海洋微塑料进行监测和生态风险评估。海鸟和海龟已经被广泛用来监测尺寸在1毫米以上的塑料碎片,然而对于更小尺寸的微塑料的监测,目前尚缺乏有效的指示生物。贻贝作为传统污染物的生物指示种已经有四十多年的历史,且许多室内模拟实验已经表明它对微塑料的敏感性。另外,贻贝在食物链中的重要作用和作为主要海产品之一的现状,都促使它成为评估海洋微塑料污染生态和健康风险的优良指示物种。本文以贻贝作为模式生物,进行了以下研究:为了建立双壳类的微塑料分析方法,同时探索我国海产双壳类是否遭受了微塑料污染。本研究首先对我国上海水产市场上9种常见的海产双壳类进行了调查,对微塑料的丰度、类型、尺寸和化学组成进行表征。研究发现,9种双壳类中的微塑料数量可达2.1-10.5个/克软组织,其中毛蚶体内的微塑料平均含量可达大约每克10个,微塑料污染最为严重。被调查的双壳类体内含有多种不同类型的微塑料,包括纤维、碎片以及小球等。在检测到的微塑料中,纤维是最常见的类型,分别在8种生物体中占了微塑料总数的一半以上,但在褶牡蛎体内,小球的数量最多,占了总数的60%。最常见的微塑料尺寸范围是在5到250微米之间,这一尺寸在9个种中占33-84%。本研究结果表明被调查的海产双壳类体内均呈现出较高水平的微塑料污染,首次对其中多个物种的微塑料污染现状进行了报道,暗示了微塑料通过双壳类给人体健康带来的潜在风险。在上述研究中,我们建立了微塑料在双壳类体内的分离和鉴定方法,接着进一步开展了样品来源可控的贻贝微塑料污染特征和及其环境相关性研究,对中英沿海的紫贻贝(Mytilus edulis)进行了微塑料污染调查,本调查一共包含22个中国站点和16个英国站点。研究结果表明紫贻贝体内含有多种不同类型的微塑料,包括纤维、碎片、薄膜以及小球等,两国样品在类型和尺寸分布上具有相似的特点,微塑料外形特征也很相似,其中纤维是最常见的类型,其次是碎片。在检测到的微塑料中,最常见的微塑料尺寸范围是在250微米以下。不同的是,中国样品中赛璐玢(CP)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和聚酯(PES)的含量最高,而英国样品中含量最高的聚合物类型为PES、人造丝、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)。在丰度方面,以单位重量计,中国紫贻贝微塑料丰度显著高于英国;以个体计,两国紫贻贝无显著性差异。经过比较研究,中英两国野生紫贻贝单位软组织含有的微塑料数量均显著高于养殖贻贝;生长在重度污染区的紫贻贝体内的微塑料丰度显著高于生长在轻度污染区的紫贻贝;超市购买的人工去壳处理的紫贻贝比活体紫贻贝含有更高水平的微塑料污染,且具有显著性差异。在微塑料的类型分布方面,紫贻贝与其生活水体具有一致性。在尺寸方面,紫贻贝体内小于250微米的微塑料比重远高于水体,预示着紫贻贝对海水中较小尺寸的微塑料具有选择性。总体上,中英沿海紫贻贝体内的微塑料污染维持在相对稳定的水平,且与环境受人类活动干扰程度密切相关,紫贻贝体内的微塑料在一定程度上可以反映其生活水体中微塑料的污染特征,特此提出利用贻贝监测海洋微塑料污染。本研究是国际上最早对贻贝体内的微塑料开展的大范围调查,并揭示了其环境相关性;并且在同种研究方法下,进行了国际间的对比研究;在研究过程中,利用扫描电镜把贻贝体内的微塑料和硅藻进行了区分,避免了其他研究者把硅藻误认为微塑料,对微塑料的鉴定有重要意义。前期的野外调查明确了微塑料在贻贝中的污染特征,而微塑料生态和健康风险的评估还需要室内模拟实验探究与之相关的毒理学效应。通过毒理学研究一方面可以寻找贻贝对微塑料敏感的生物指标用于环境监测,另外可以通过毒性效应对其生态风险进行评估。在真实环境中,被生物摄食的微塑料携带或吸附了多种污染物,由此给海洋生物和人体健康带来潜在的风险。为了探索这一问题,本研究用氯化镉和聚氯乙烯(PVC)微粒联合暴露紫贻贝,并选取溶酶体膜稳定性(LMS)和三个基因(金属硫蛋白MT-20、过氧化氢酶CAT和丙酮酸激酶PK)在消化腺中的表达量作为生物指标,来探究微塑料对重金属在紫贻贝(Mytilus edulis)体内的吸收、积累和毒性有无影响。暴露7天后,组织切片显示微塑料进入到贻贝的鳃和消化腺等组织中,但微塑料对镉的生物可利用性并未产生影响。有氯化镉存在的两个处理组LMS都显著低于对照组,而PVC单独暴露组并未产生明显影响。MT-20在氯化镉暴露的两个处理组的贻贝消化腺中的表达量