关键词： Microplastics   Nanoplastics   Marine environment   Food web   Health   Pollution  

摘要： Plastic litters have become the predominant components of marine debris due to extensive consumption plastics and mismanagement of plastic wastes. As part of the problem, microplastics (MPs) and nanoplastics (NPs) have generated special concerns due to their unique features that make them easy to transfer among oceans in the marine ecosystem, across different trophic levels inside the food web, and even across different tissues inside contaminated animals. Studies have demonstrated the almost omnipresence of MPs in the marine ecosystem, which present serious threats to the health of marine animals, causing symptoms such as malnutrition, inflammation, chemical poisoning, growth thwarting, decrease of fecundity, and death due to damages at individual, organ, tissue, cell, and molecule levels. The information on NPs in the marine ecosystem has been scarce due to the challenges in sampling and detecting these nano-scaled entities. In vitro and in vivo experiments have demonstrated that NPs have the potential to penetrate different biological barriers including the gastrointestinal barrier and the brain blood barrier and have been detected in many important organs such as brains, the circulation system and livers of sampled animals. (C) 2019 Elsevier B.V. All rights reserved.

关键词： 鄱阳湖   沉积物   微塑料   重金属形态   赋存关系  

摘要： 重金属是环境中的典型污染物,而微塑料是新型污染物,两者的共存可导致复合污染而存在潜在的生态风险.为探讨鄱阳湖湿地环境中微塑料与重金属的赋存关系,对鄱阳湖湖口-长江段沉积物中微塑料与重金属(Cu、Cd、Pb、Zn和Cr)的含量及其形态特征进行分析.结果表明,沉积物干物质中微塑料丰度范围为356~1 452 n·kg-1,平均丰度值达982. 33 n·kg-1;通过显微鉴定微塑料形态有碎片类、纤维类和薄膜类,以碎片类为主(48. 23%);而颜色主要以彩色为主;粒径以≤1. 00mm为主;聚合物成分主要为聚乙烯(PE)、低密度聚乙烯(LDPE)和聚丙烯(PP).电镜扫描-能谱分析(SEM-EDS)发现,微塑料表面具粗糙、多孔、裂痕和撕裂的特征,并附着多种重金属元素.5种重金属在湿地沉积物中均有不同程度积累,冗余分析表明,沉积物主要理化因素(TOC、pH、EC及粒径)及微塑料赋存对重金属的总含量均有显著影响(P <0. 05);方差分解分析(VPA)显示,理化因素和微塑料对重金属有效态的贡献率分别为37. 70%和0. 70%,但两者的协同贡献率达49. 60%,可导致重金属形态向有效态转化.微塑料可作为重金属的附着载体并将进一步增强重金属污染物的生物有效性,对湿地生态安全构成潜在威胁.

关键词： 微塑料   来源   分布   吸附  

摘要： 塑料制品因其便宜、方便而被人们广泛使用,但大多数塑料能够抵抗许多自然的降解过程,在环境中的降解十分缓慢。近年来,微塑料作为新型污染物逐渐受到人们的关注,尤其是微塑料的吸附行为成为了研究热点。微塑料会吸附环境中的污染物,如重金属、有机污染物等,微塑料在自然水体中的大量积累还会增加自然水体的潜在风险。本文综述了近年来关于微塑料的有关文献,并展望了今后微塑料吸附行为的研究方向。

关键词： 海洋塑料垃圾   塑料微珠   纤维状微塑料   轮胎粉尘   排放现状   对策  

摘要： 当前海洋塑料和微塑料污染问题是全球研究热点,随着我国陆源垃圾减量化处置率和生活污水处理覆盖率的提高,重新核算我国海洋塑料垃圾和微塑料排放量尤为重要,基于文献已报道的关于海洋塑料垃圾和微塑料排放量估算的方法并结合相关统计数据对我国相应排放量进行了核算.结果表明:2016年我国向海洋中排放塑料垃圾124×10^4~331×10^4t,略低于2010年的132×10^4~353×10^4t;生活污水处理厂向环境中排放塑料微珠约109. 95×10^12粒(折合131. 78 t),远低于2014年报道的209. 7×10^12粒(折合306. 9 t).此外,2016年我国生活污水处理厂向环境中排放合成化学纤维类微塑料约1 296. 95×10^12个(折合648. 48t),轮胎与地面摩擦产生合成橡胶轮胎粉尘约78. 85×10^4t;合成化纤类微塑料和合成橡胶轮胎粉尘等已成为陆源微塑料的重要来源.通过与发达国家和地区在海洋垃圾和微塑料污染、陆源垃圾处置、海洋垃圾污染应对等方面进行比较,未来我国应通过完善"限塑令"和生活垃圾分类体系、尽早实施"塑料微珠"限令、明晰生活污水处理厂微塑料排放状况等手段从源头控制排放,此外需有效控制塑料垃圾和微塑料的输送途径,制定和完善相关法律法规和监测标准,提升我国应对海洋塑料垃圾和微塑料污染的能力和国际影响力.

关键词： 海洋   微塑料   危害   降解  

摘要： 微塑料存在于生态系统中,这业已变成全球重视的问题,微塑料充斥于大气、土壤、海洋中,构成了属于白色污染后尤为严重的环境污染.有机毒物会被微塑料释放出来,并且能够在生物体中蓄积,结合食物链最终影响到生物和人类.为此,本文分析了海洋微塑料污染的来源和危害,以及生物降解研究进展情况.

关键词： 微塑料   丙硫菌唑   地膜   降解   污染特征  

摘要： 微塑料污染已经被列入环境与生态科学研究领域的第二大科学问题,并成为与全球气候变化、臭氧耗竭和海洋酸化并列的重大全球环境问题。土壤中的微塑料含量已经超越水环境成为主要的环境储层,然而,与水环境相比,微塑料在陆地生态系统中作为隐形的污染物而相对被忽视。截至目前,塑料地膜残留已经成为农田土壤中微塑料污染的主要来源之一。中国作为世界上地膜覆盖栽培面积最大的国家,其残留污染严重。目前农业生产中聚乙烯地膜被广泛使用,但其在土壤中会长期存在,降解周期较长。为了减轻地膜残留的污染状况,生物可降解地膜逐渐被使用。但与普通聚乙烯地膜相比,它暴露于阳光和氧气环境中时,并不会完全降解,而会先碎裂成大量微塑料积累在土壤环境中,带来潜在的环境危害。地膜源微塑料在降解过程中会吸附各类疏水性有机物、重金属等污染物,并释放出各种有毒有害添加剂,引发生态风险。在农业土壤中,地膜表面吸附的农药,可能会迁移到内部。有研究发现,某些含硫/氯农药会促进地膜的降解。这些农药会加速地膜源微塑料对塑料添加剂的释放及污染物的吸附,导致进一步的环境污染。鉴于此,本课题以常见的聚乙烯(PE)地膜、生物可降解聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)地膜源微塑料为研究对象,以目前在生产中被广泛使用的含硫/氯的高效新型杀菌剂丙硫菌唑为代表农药,研究土壤环境条件下该农药对两类地膜源微塑料降解的影响;并分析降解过程中微塑料对重金属及有机污染物的污染特征。主要研究结果如下:(1)丙硫菌唑对微塑料降解的影响:对PE和PBAT微塑料进行模拟降解实验,利用ATR-FTIR及SEM对降解结果进行表征,研究丙硫菌唑对微塑料降解的影响。结果表明:在土壤环境中,a)无论是否添加丙硫菌唑,PBAT表面氧化产生的羟基官能团及裂痕数量均高于PE微塑料;b)添加了丙硫菌唑后,这两类微塑料表面产生的裂痕均明显增多,说明在土壤环境中,PBAT和PE这两类微塑料均会发生降解,PBAT微塑料降解速率明显高于PE微塑料,且丙硫菌唑促进了这两类微塑料的降解。在无土壤环境下,微塑料表面的官能团和形貌均未出现明显变化。因此,说明地膜源微塑料的降解不仅受光照、微生物、水分等土壤条件的影响,还受到农药等农用化学品的影响。(2)微塑料降解过程中的重金属污染特征:在PE和PBAT微塑料模拟降解实验中,利用ICP-MS对每周降解的土壤与微塑料进行表征,研究有无丙硫菌唑条件下,两类地膜源微塑料的重金属污染特征。结果表明:对于重金属砷、钡、铬、铅来说,这几类均为在土壤环境在常见的重金属污染物,其在土壤中的浓度高于微塑料中的浓度,它们会被微塑料逐渐吸附,丙硫菌唑会阻碍微塑料对金属的吸附;对于重金属锡来说,由于常被用作稳定剂添加在在地膜中,其在地膜源微塑料中的浓度远高于土壤中的浓度,它会逐渐释放到土壤中去,丙硫菌唑对Sn的释放影响不大;对于金属铜来说,其在土壤中浓度与微塑料中浓度相近,丙硫菌唑会促进微塑料吸附土壤中的铜;PBAT由于降解速率更快,比表面积更大,其对这几类重金属的吸附能力普遍高于PE。因此,土壤中地膜源微塑料对重金属的吸附释放行为是一个复杂的动态过程,丙硫菌唑会对该过程造成影响,相较于PE微塑料,PBAT会表现出更大的负面影响。(3)微塑料降解过程中的有机物污染特征:在PE和PBAT微塑料模拟降解实验中,对每周降解的土壤进行超声萃取,并利用GC-MS进行表征,研究有无丙硫菌唑条件下,两类地膜源微塑料的有机物污染特征。结果表明:在土壤环境中,降解后的地膜源微塑料会向土壤中释放增塑剂邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯;与自然降解的微塑料相比,在添加丙硫菌唑后,邻苯二甲酸类增塑剂释放时间提前;相较于PE微塑料,PBAT微塑料降解过程可以检测到邻苯二甲酸酯类化合物的时间更早。因此,在土壤环境中,丙硫菌唑可以促进PE和PBAT两类地膜源微塑料中增塑剂的释放,且PBAT中的增塑剂释放速率更快,具有更大的潜在风险。本论文研究结果将有助于正确认识地膜源微塑料降解过程对土壤生态环境的影响,为农用地膜的科学、规范使用及生物可降解地膜的合理开发提供科学依据,准确评估农药和地膜源微塑料对土壤生态环境、农作物和人类健康的潜在风险。

关键词： 微塑料   聚乙烯   聚丙烯   重金属   吸附  

摘要： 微塑料(Microplastics)的定义是直径小于5mm的微小塑料颗粒。目前国际上对污水处理厂中微塑料展开研究的国家有美国、英国、澳大利亚、瑞典和芬兰等。由于绝大多数污水处理厂都缺少有效去除微塑料的能力,微塑料会随着废水排放进入自然界水环境。重金属污染也一直是人们关注的焦点,各国学者对重金属在环境介质上的吸附进行了大量的研究,但大多数集中在土壤、水体、沉积物等环境介质对抗生素和重金属的吸附上。尽管有报道称环境中存在的塑料会吸附污染物,对污染物的迁移转化有着不可忽视的影响,但相关的吸附机制研究还处于探索阶段。因此本论文从微塑料和重金属着手,研究生活污水中的微塑料污染特征以及微塑料对重金属的吸附机制,以考察排放的废水中微塑料对海洋污染的贡献。本研究选取日常的塑料聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)和重金属铅、镉、砷作为研究对象,生活污水样品采集于大连市凌水河污水处理厂。首先对污水样品中微塑料的数目和种类进行分析,探讨废水所携带的微塑料对海水污染的影响。其次研究了在淡水环境下微塑料对重金属铅、镉、砷的吸附机制,探究吸附在微塑料上的重金属对海洋污染的影响。本论文研究得到以下结果:1.一级处理污水中的微塑料平均浓度明显高于二级处理污水中的,表明二级处理去除率明显高于一级处理。2.在淡水中铅、镉、砷在微塑料上的吸附随时间分为三个阶段:在0～10h时,这些金属在微塑料上存在吸附作用,并且吸附作用进行的很快,铅、镉、砷在微塑料PE和PP上的吸附量可以达到吸附总量的1/2左右;10～30h内,铅、镉、砷在PP和PE上的吸附速率逐渐下降;30h以后,这个时候铅、镉、砷在微塑料上的吸附作用达到了平衡。PE对金属的吸附能力小于PP。3.动力学吸附模型和等温吸附模型拟合结果显示,准二级动力学吸附模型对纯水介质中重金属在微塑料上的吸附行为拟合较好,这个吸附过程受多个吸附阶段共同控制。三种等温吸附模型均拟合较好,其中Freundlich模型对三种重金属在微塑料上的吸附拟合效果最好。

关键词： 海岸带区域   微塑料污染   生物膜   时空变化   表面效应  

摘要： 微塑料污染已成为仅次于气候变化的全球第二大环境问题，受到广泛关注。海岸带是受人类活动和气候变化双重影响的陆海交互作用地带，也是环境中微塑料的重要汇集区。国内外已有针对海岸带区域的微塑料污染研究，但大多研究是在海水环境介质中开展，缺乏海岸带环境中由陆到海的空间梯度上微塑料及其表面生物膜的长期原位暴露及动态变化研究。因此，本研究针对长期暴露于黄河口海岸带潮上带、潮间带和潮下带环境后，微塑料表面生物膜特征的时空动态变化及其对微塑料表面理化性质的影响，开展了(1)海岸带环境中微塑料表面生物膜形貌、总量和物理结构的时空动态变化;(2)海岸带环境中微塑料表面生物膜的微生物群落结构时空动态变化;(3)海岸带环境中微塑料表面生物膜形成与表面理化性质变化等方面的研究，取得的主要结果如下:　　(1)掩埋在海岸带不同区域的微塑料样品表面有多种微生物附着，球菌和杆菌出现在大多数微塑料表面，聚乙烯(Polyethylene，PE)薄膜表面以球菌为主，聚丙烯（Polypropylene，PP）扁丝表面以杆菌为主。微塑料表面生物膜总量在空间上呈现出潮上带空气暴露处理最高的规律，在时间尺度上表现为夏季(12个月)高于冬季（18个月）;对同一类型聚合物而言，尺寸对生物膜总量变化无显著效应;在不同类型聚合物间，PP扁丝单位面积上生物膜总量更高。在结构分布上，潮上带微塑料的生物膜以菌体为主，潮间带和潮下带的生物膜以胞外多聚物(Extracellular polymeric substances，EPS)为主;生物膜平均厚度在时间尺度上的变化与生物膜总量变化基本一致。　　(2)高通量测序结果表明，微塑料表面物种丰度从潮上带、潮间带至潮下带呈梯度递减，有少数潮上带、潮间带和潮下带环境中普遍存在且可以在微塑料表面定殖的物种。变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidete)和放线菌门(Actinobacteria)是微塑料表面最主要的菌群，三类菌群在时间尺度上的变化规律并不显著，放线菌门则在空间尺度上有明显变化规律，呈潮上带、潮间带、潮下带梯度递减。潮上带地下部微塑料表面微生物与土壤微生物物种组成高度重叠，在聚合物类型间存在一定差异;潮间带和潮下带微塑料表面的微生物丰度介于沉积物与海水之间，其表面微生物主要来源于沉积物。微塑料与环境介质样本中微生物的物种丰度存在显著差异，潮下带微塑料表面的硫卵菌属（Sulfurovum）和假单胞菌属（Pseudomonas）丰度远高于海水和沉积物。　　(3)微塑料在黄河口潮上带、潮间带和潮下带等不同海岸环境中暴露12个月和18个月后，表面出现胞外多聚物的红外特征峰，理化性质也发生改变，出现风化痕迹。暴露于潮上带地上部的微塑料表面裂化现象和密度下降最为显著，除潮上带地上部外，微塑料密度随着暴露时间出现先增长后下降的趋势。潮上带和潮间带暴露微塑料疏水性仅在暴露初期出现下降，之后在时间上没有显著变化。所有野外暴露处理的微塑料表面均有羰基产生，且羰基指数呈潮上带＞潮间带＞潮下带的趋势。综合微塑料的表面微形貌特征、密度、疏水性以及化学官能团（羰基指数）的动态变化等指标表明，黄河口潮上带地上部暴露的微塑料风化特征随时间变化最为显著。微塑料风化程度总体呈潮上带至潮间带、潮下带下降趋势，这一结果与微塑料表面生物膜总量的变化规律相一致。　　本学位论文的研究结果将为揭示海岸带环境中微塑料的生物风化过程提供科学依据，同时可应用于海洋微塑料污染监测需求方面。

关键词： 微塑料   分离鉴定   农田土壤   有机氯农药   重金属   吸附  

摘要： 微塑料通常指粒径小于5.0 mm的塑料颗粒,其作为环境中一类不断增加的新兴污染物,粒径小、数量大、分布广,且会释放有毒添加剂。微塑料还可作为污染物的载体,易被生物所摄食并且能在食物链中积累,从而可能会对生态系统和人体健康构成严重威胁。目前,有关微塑料的研究多集中于水体环境中,陆地环境,尤其是农田土壤中微塑料相关的时空分布特征和环境生态效应的报道却不多。因此,研究农田土壤微塑料的分离及其对污染物的吸附特征具有重要的意义。本文以河南省开封市杞县某典型农田土壤为研究区域,通过对不同浮选溶液、消解液、消解温度、消解时间等条件的优化,最终确定并优化了应用于实际样品的微塑料分离方法;以河南省开封市杞县某典型农田土壤为例,对采集的农田土壤样品进行分离、鉴定和分析,研究了该农田土壤中微塑料的空间分布特征;采用室内模拟的方法,以有机氯农药和重金属作为吸附对象,分别分析了聚乙烯（PE）微塑料对其的吸附情况,并研究了污染物浓度、水土比、微塑料粒径和浓度等对吸附作用的影响,揭示了微塑料对土壤环境中典型污染物的吸附特征;最后,选取某使用地膜较多的典型农田土壤为研究区域,通过人工挑拣的方法,采集了一定量的废旧地膜样品,测定了其表面的污染物含量,同时与土壤中污染物的含量进行对比,初步探索了实际农田土壤样品中微塑料对污染物的吸附特性。本论文的主要内容和结论如下:（1）农田土壤微塑料分离方法的建立。通过对不同浮选溶液、消解溶液、消解温度、消解时间等条件的优化,确定了应用于实际样品的微塑料分离方法—溢出-离心法。通过模拟回收实验和郑州市中牟县农田土壤样本的分离,验证了此分离方法的可行性。此方法不仅对土壤中微米和亚微米级别的微塑料具有较高的回收率,并且操作方法简单、耗时短、能应用于大批量土壤样品的提取工作。（2）河南省开封市杞县某典型农田土壤微塑料空间分布特征研究。采用优化的微塑料分离方法,对采集的农田土壤样品进行分离、鉴定和分析,得到该农田土壤中微塑料的空间分布特征。从微塑料分布丰度方面分析,该农田土壤中微塑料的丰度范围约在352-47794 n/kg（n=微塑料个数,kg=土壤干重）之间,平均含量约为9543 n/kg。土壤微塑料含量在空间上呈现为斑块状分布格局,并存在一定的空间异质性。道路两侧,浇水井附近地区微塑料的丰度高,表明人为因素对该农田土壤中微塑料空间分布具有重要影响;从微塑料存在形态方面分析,土壤中微塑料的存在形态主要为纤维状、薄膜状、碎片状和颗粒状。其中土壤中微塑料以薄膜状为主,约占微塑料总数量的64.09%。纤维状、碎片状和颗粒状分别占微塑料总数量的33.82%、0.87%和1.22%;对微塑料存在的尺寸进行分析,该农田土壤中不同粒径微塑料的含量呈现明显的差异。0-0.1 mm、0.1-0.2 mm、0.2-0.4 mm、0.4-1 mm、1-2 mm和2-5 mm的微塑料数量占总量的比例分别为1.56%、37.96%、21.81%、25.64%、10.98%和2.05%。微塑料粒径大小与其含量呈负相关,即随着粒径的减小,微塑料在土壤中的累积数量呈增加趋势。其中,在观察范围内的微塑料粒径主要集中在0.1-0.2 mm之间,占微塑料总数量的37.96%。＜2 mm的微塑料占比达到微塑料总数的90%以上,这表明在该农田土壤中的微塑料主要以小粒径为主;对微塑料存在的颜色进行分析,微塑料的颜色主要以透明、蓝色、黄色、白色、红色、黑色、紫色和褐色为主,在比例上分别占微塑料总量的56.75%、16.35%、6.96%、5.95%、5.45%、3.63%、1.79%和1.56%。剩余1.56%则为绿色和粉色等其他颜色,这可能与当地农民选择使用的农用塑料制品的颜色有关。（3）聚乙烯微塑料对有机氯农药的吸附特征研究。选取六六六（HCHs）和滴滴涕（DDTs）共两类有机氯农药作为吸附对象,通过室内模拟实验分析聚乙烯（PE）微塑料对其的吸附情况,研究有机氯浓度、水土比、微塑料粒径和浓度对吸附作用的影响。结果表明,PE微塑料对HCHs和DDTs的吸附平衡时间均为12 h,准二级动力学模型可以较好地描述吸附动力学数据。PE微塑料对HCHs和DDTs的吸附受浓度、水土比、粒径和微塑料浓度等因素的影响。非饱和情况下,有机氯农药浓度越高、微塑料粒径越小,微塑料浓度越低,PE微塑料吸附的HCHs和DDTs越多。且随着水土比的增大,微塑料对HCHs和DDTs的吸附量先增大后减小。（4）聚乙烯微塑料对重金属的吸附特征研究。选取铜（Cu）、镉（Cd）、铅（Pb）、锌（Zn）、镍（Ni）、铬（Cr）共六种重金属作为吸附对象,通过室内模拟实验分析了聚乙烯（PE）微塑料对其的吸附情况,研究水土比、微塑料粒径和浓度、共存离子对吸附作用的影响。结果表明,PE微塑料对Pb、Zn、Cu、Cr、Cd