关键词： 湖泊   微塑料   时空分布特征   重金属  

摘要： 近年来,环境中微塑料污染与危害引起了世界各国的广泛关注。微塑料可与重金属、持久性有机物或微生物等形成复合污染物,破坏生态系统的稳定性,并且可随着食物链的富集与迁移危害人类的身体健康。然而目前关于微塑料问题的探讨主要汇集于海洋系统,对淡水环境中微塑料的认识不够全面。沉积物是微塑料一个重要的汇聚处,进行淡水沉积物中微塑料的污染研究至关重要。沉积物微塑料主要源于水体,在水动力搅动下沉积物中微塑料可能会重新进入水体中,阐明微塑料与湖水和沉积物中重金属吸附规律意义重大。本文以典型马鞍山城市湖泊（雨山湖和南湖）为研究区域,探索沉积物中微塑料适宜的提取方法,深入研究微塑料的时空分布特征、物理形貌特征、以及来源;利用过硫酸钾热氧化方法老化高丰度微塑料（HDPE和PET）,通过室内模拟实验,分析微塑料对湖水和沉积物中重金属的富集容量和规律,具体结论如下:（1）通过测定和分析湖泊水质基本理化指标,发现雨山湖和南湖水体TCODCr、TN和TP偏高,氨氮浓度较低。总体来说,雨山湖水质处于Ⅲ-Ⅳ类地表水环境标准,而南湖污染严重,属于劣Ⅴ类。利用单因子评价法和内梅罗综合指数法对水质进行评价,结果表明雨山湖四季水体属于轻度污染,而南湖四季均处于中度污染,主要污染物为TN和TP,其春冬季污染较为严重,夏秋季污染状态稍微缓和。（2）利用SEM、体式显微镜和ATR-FTIR发现湖泊四季沉积物中微塑料的成分主要为PE（春夏季较多,分别占比46.43%和44.63%）、PP（秋冬季偏多,分别占比51.73%和53.29%）、PET、PS、PAN、EPDM和PDMS,且微塑料表面均呈现出不同老化程度。此外,春夏季沉积物中微塑料的颜色主要为透明色,而秋冬季主要颜色分别为绿色和红色,四季微塑料形状占比均为纤维类>薄膜>颗粒;粒径处于250-500μm范围内的微塑料比例最高,四季占比分别为春季44.95%、夏季40.76%、秋季53.79%和冬季61.34%。（3）将湖泊水质基本指标与沉积物微塑料含量进行回归比较,发现湖泊沉积物中微塑料与水中污染物有类似的来源,湖泊水质指标TN、TP、NH4-N和内梅罗综合指数值P越高,在一定程度上可反映出湖泊沉积物中微塑料污染状况越严重。结合湖泊周边状况,推测湖泊沉积物中微塑料可能的来源为湖内塑料制品的破碎老化、渔业活动、岸边衣服的洗涤、地表径流以及大气沉降等。沉积物中微塑料的空间分布呈现一定的差异性,人口密度高、交通情况复杂和水上活动频繁等区域微塑料含量较高,阐明了微塑料污染与人类活动密不可分。雨水截流处理、塑料制品不随意丢弃、湖泊洗涤衣服行为减少、限制湖泊渔业和水上活动等措施可缓解湖泊微塑料的污染状况。（4）利用过硫酸钾热氧化法老化微塑料,结果表明:塑料薄膜HDPE粒径减小、表面红色颜色褪去、微观形貌发生变化（裂缝不断增加）、羰基指数上升、比表面积明显高于PET;而塑料瓶PET外貌并无变化,部分微区存在凸起、孔洞和裂缝等,羰基指数呈现先下降后上升的趋势。在实验室进行模拟老化微塑料与湖水和沉积物中重金属吸附过程,通过ICP-MS检测脱附溶液中重金属含量,结果表明HDPE对湖水中8种重金属吸附性能与老化时间呈现正相关性,而PET对湖水中不同金属吸附能力的变化趋势存在差异,老化20天左右的微塑料（CI在7.28）吸附性能较强,但吸附能力弱于HDPE。此外,还发现PET对沉积物中重金属吸附规律总体呈现先上升再下降的趋势,且封闭厌氧体系有利于PET对重金属的吸附。老化PET对湖水和沉积物中Zn和Fe的吸附量最高;且对沉积物中Mn、Cu、Zn、Ni、Cr和Fe的吸附量显著高于湖水中重金属的吸附量;而对沉积物中重金属（除Mn以外）分配系数低于湖水环境中的分配系数。

关键词： 微塑料   洞庭湖   浅层水   底泥   空间分布   总有机碳  

摘要： 塑料是通过缩聚或加聚反应生成的高分子化合物。塑料具有优异的性能,抗腐蚀能力强,与酸碱都不发生反应。除此之外塑料还具有制造成本低、耐用、防水、质轻等优点。由于塑料缺乏管理而大量进入到环境中,分布在环境中的塑料在水流,光照,泥沙等环境因素作用下易破碎为小块塑料或者微塑料（Microplastics,MPs）。微塑料直径一般小于5mm,具有粒径小,形态多样,种类各异等特点。近年来,微塑料对河流和湖泊的污染引起了广泛的关注。洞庭湖作为中国第二大淡水湖,是生态保护的重点区域。目前关于洞庭湖中的微塑料污染现状报道较少。因此我们开展了洞庭湖区的微塑料污染调查,这将有利于我们了解微塑料在内陆湖泊的污染情况。本次研究选取洞庭湖以及4条主要入湖河流（资江、澧水、湘江、沅江）进行布点调查。一共采集了15个浅层水样和15个底泥样品。分析了浅层水和底泥中的微塑料浓度、分布、形状、尺寸等特点。结果表明:洞庭湖区域浅层水体中微塑料浓度为0.62-4.30个/m2,微塑料最高浓度的采样点出现在S6,位于沅江市附近,为4.30个/m2,最低点为S14浓度为0.62个/m2,位于饮用水水源地附近。洞庭湖底泥中微塑料浓度范围为21-52个/100 g（干重）。底泥中微塑料浓度最高点为W13（52个/100g干重）。采样点W13靠近岳阳楼附近,该地区为著名的旅游景区。微塑料含量最低点位于W3（21个/100g干重）,为沅江入湖口附近,该地区邻近湿地,人口较少。水体和底泥中微塑料的特点大致相同,在形状方面,纤维状最多,尺寸方面集中于小尺寸范围,颜色主要以透明为主。底泥和水体中检测出的微塑料种类丰富,主要有聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。以上研究表明:洞庭湖区微塑料污染呈现空间上的差异,工业较多地区和城市附近的微塑料浓度普遍高于其他地区。在入湖河口均检测出较高浓度的微塑料,这充分说明了入湖河流是洞庭湖的一个重要污染来源。从微塑料的种类,形状等特性来推测其来源,其中很大一部分来源于人类活动,由于管理不善使其进入到环境当中。微塑料是有机颗粒物,理论上微塑料可能对水体总有机碳（TOC）有重要贡献。通过用纳米级微塑料的稀释溶液和人工配制的江水混合溶液（纳米级微塑料+自然江水）进行TOC检测。我们发现纳米级微塑料可以直接测出TOC数值。自然江水的TOC值为9.78 mg/L,通过添加纳米级微塑料使得混合液的TOC达到了21.21mg/L。这证明了微塑料对TOC有重要贡献。TOC是评价环境有机污染的重要参数,而微塑料的贡献使得这一重要参数需要新的思考,自然水体和土壤中微塑料所占TOC的比重。本研究有助于全面认识微塑料在洞庭湖区的污染特征,为评价和治理洞庭湖微塑料污染提供数据支撑。另一方面微塑料对TOC的贡献丰富了TOC的含义。

关键词： 微塑料   淡水系统   复合污染   吸附   生态风险  

摘要： 微塑料作为环境中一种新型的污染物,近年来已在各种环境介质中广泛发现。由于微塑料来源广泛、体积小、质量轻、易被生物误吞、在环境中存在周期长、在环境作用力下容易迁移、能富集和转运环境中共存污染物特点,会对生态环境产生各种影响,已引起相关研究者的广泛关注。近年来,国内外关于水环境中微塑料污染的研究都着重于海洋环境中,关于内陆河流微塑料污染特征的研究仍然很少。中国是世界上最大的塑料生产国,关于淡水环境中微塑料污染现状的调查数据严重匮乏。此外,由于微塑料比表面积大,能够作为载体吸附水环境中的有机污染物,对水环境产生复合污染作用,进而严重危害生态环境健康与安全。通过探究微塑料与环境中有机污染物复合污染特征,对进一步了解微塑料的生态环境风险具有重要参考意义。目前,我国关于淡水系统中微塑料污染的时空分布特征及生态风险程度的调查研究还处于初级阶段,还没有准确的微塑料浓度定义其对环境潜在的生态风险。因此本研究选择位于中国西北部的玛纳斯河被选为研究对象,从定性、定量的角度初步探究了不同季节玛纳斯河流域表层水中微塑料污染的时空分布特征,并通过实验室模拟实验,研究了微塑料与环境中疏水性有机污染物的复合污染行为特征及潜在作用机制。同时,以玛纳斯河为例,运用不同的评价方法分析评估了其潜在的生态风险。主要研究结果如下:（1）玛纳斯河流域表层水中微塑料的丰度范围为6±2–48±9个/L。纤维状微塑料在所有样品中占主导地位（86.2%）。它们的尺寸主要分布在0.1-1.0 mm（87.55%）之间,白色和黑色是主要颜色。此外,本课题还研究了片状微塑料的面积分布特征,主要在2.5×10～3–9.0×10～4μm2（81.49%）之间。红外光谱分析表明,大多数选定的颗粒被确定为微塑料,微塑料的聚合物类型主要由聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯组成。微塑料污染特征存在季节性变化。该研究可作为参考,以更好地了解内陆河流中微塑料的污染特征。（2）PA对诺氟沙星的吸附平衡浓度为1.33 mg/g,PVC对诺氟沙星的吸附平衡浓度为0.59 mg/g,对诺氟沙星的吸附能力,PA高于PVC。诺氟沙星对聚酰胺和聚氯乙烯颗粒的吸附动力学特征符合准二级动力学模型（R2>0.991）,吸附剂对污染物的吸附速率由吸附剂颗粒内扩散控制。等温吸附实验表明,相比Liner模型和Langmuir模型,Freundlich模型可以更好地拟合等温吸附过程（R2>0.970）。聚酰胺对诺氟沙星的吸附能力明显较高。（3）微塑料化合物组成指数法和潜在生态风险法评估结果受聚合物毒性分数大小影响,整个研究区域属于严重污染等级,评估指数和聚合物污染程度存在季节性变化,其中PVC和PC的污染程度最高。运用污染负荷指数法研究结果表明,本研究区域在四个季节均属于轻微污染程度。

关键词： 砖红壤   棕壤   分配   磺胺甲恶唑   四环素   菲   生态风险  

摘要： 塑料制品质量轻、耐腐蚀、强度高、惰性强、耐用性强且价格低廉,它被大量应用到人类生活的方方面面。由于塑料垃圾的循环利用和废物管理水平较低,致使其造成了严重的环境问题。微塑料被定义为粒径小于5 mm的塑料颗粒,它在水体和土壤环境中广泛检出。由于微塑料表面的疏水性,它对有机污染物具有较强的吸附作用。这些吸附的有机污染物可能会随微塑料在环境中迁移或转移进入生物体内,从而造成潜在的环境和健康风险。因此,本文研究了微塑料在水溶液和土壤中对有机污染物的吸附行为,并分析了不同环境因子对吸附过程的影响。主要研究结果如下:(1)微塑料样品性质的表征。本研究选取了聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)三种类型的微塑料。尽管在水溶液和土壤吸附实验中所用的微塑料来源不同,但相同类型的微塑料具有相似的结构和性质。微塑料样品的纯度高,且表面不存在含氧官能团。三种微塑料中,PE的粒径最小,具有最大的比表面积和微孔体积。三种微塑料的化学结构性质存在较大差异。PE和PP微塑料为橡胶态聚合物,其结构较为膨胀和柔韧。PS为玻璃态聚合物,其结构较为刚性和紧密。(2)微塑料在水溶液中对磺胺甲恶唑的吸附行为。三种微塑料中仅观察到PE微塑料可吸附磺胺甲恶唑,而没有观察到PP和PS微塑料对磺胺甲恶唑的吸附。磺胺甲恶唑在PE微塑料上的吸附等温线可以用线性模型很好地拟合,其分配系数为591.7±24.1 L kg。非特异性的范德华力是磺胺甲恶唑吸附的主要机理。溶液p H、富啡酸共存和盐度对PE微塑料吸附磺胺甲恶唑均没有显著影响。(3)微塑料在水溶液中对四环素的吸附行为。三种微塑料对四环素的吸附等温线都可用Langmuir模型很好地拟合。疏水作用、微孔填充和范德华力是微塑料吸附四环素的主要机制。三种微塑料对四环素的吸附量大小为:PS(167±3.63μg g)>PP(113±4.45μg g)>PE(109±7.74μg g)。随着p H的增加,微塑料对四环素的吸附量先增加后降低,吸附峰值为p H 6.0。由于在酸性或碱性条件下,四环素与微塑料之间的静电斥力抑制了四环素的吸附。盐度的变化并未引起四环素吸附量的显著变化。随着富啡酸浓度的升高,微塑料对四环素的吸附量直线下降,说明水体中共存的溶解性有机质(DOM)会抑制微塑料对四环素的吸附,因此微塑料可能不会作为四环素在自然水体中的载体。(4)微塑料在水溶液中对菲的吸附行为。PE和PP微塑料对菲的吸附动力学可用伪二级动力学模型拟合,PS微塑料对菲的吸附动力学过程可用颗粒内扩散模型很好地描述。菲在PE、PP和PS微塑料上的吸附平衡时间分别为24、36和72 h。三种微塑料对菲的吸附等温线都可用线性模型描述,它们对菲的分配系数的大小为PE(16821±410 L kg)>PP(9048±175 L kg)>PS(1892±79L kg),其主要原因是PE和PP的较为膨胀和柔韧的结构有利于菲的扩散进入,而PS内部较为刚性的结构不利于菲的吸附。溶液p H对三种微塑料吸附菲都没有显著的影响。溶液中共存的富啡酸对PE和PP微塑料吸附菲没有显著的影响,但对PS微塑料吸附菲影响显著。盐度的提高会不同程度地促进三种微塑料对菲的吸附,其主要原因是盐析效应。(5)微塑料会显著影响菲在土壤中的吸附和分布。PE和PP微塑料在1%和10%(w/w)添加比例下会显著增加砖红壤和棕壤对菲的吸附量(p<0.01),而PS微塑料仅在10%添加量时会显著增加两种土壤对菲的吸附量(p<0.01)。在砖红壤中,三种微塑料与土壤有机碳对菲的分配系数大小为:Log K(4.09±0.08(3.10±0.03 L kg),这与在棕壤中的分配系数大小顺序一致。微塑料会影响菲在土壤环境中的分布。在0.1%(w/w)的添加比例下,砖红壤和棕壤中的菲在PE微塑料上的相对分布分别为38%和9%。土壤预处理和土壤DOM共存会影响PS微塑料对菲的吸附,但土壤DOM对PE和PP微塑料吸附菲没有显著影响。综上所述,在自然水体中,微塑料可以作为磺胺甲恶唑和菲的有效载体,而对四环素的吸附作用有限;微塑料可作为菲在土壤环境中的“汇”,其作用可能比土壤有机质更显著。研究结果对于预测和评价微塑料在土水环境中的生态风险具有重要意义。

关键词： 辽东湾   微塑料   无脊椎动物   脊椎动物   营养级  

摘要： 海洋塑料垃圾与微塑料(<5 mm)已成为全球性的环境污染问题,并被联合国环境大会列入环境与生态科学研究领域的第二大科学问题。微塑料在海洋环境中广泛检出,易被生物所摄食或误食而进入食物链,对于海洋生态系统及人类健康具有潜在的危害。通过建立高效提取生物体微塑料的分析方法,全面了解海洋微塑料沿食物链的传递特征与规律,揭示海洋微塑料的潜在生物效应,对开展海洋微塑料的生态风险评价和人体健康危害评估具有重要意义,可为推进海洋垃圾(微塑料)的环境管理提供科学依据。本研究在建立一种经济高效、塑料无损的微塑料提取方法基础上,研究了辽东湾野生水生生物体内微塑料赋存特征,揭示了微塑料在不同种属、不同营养级生物之间的赋存差异,探究了微塑料沿食物链的传递特征和规律。主要研究结果如下:(1)通过对比分析10%KOH、30%H2O2、蛋白酶K、RIPA组织裂解液+蛋白酶K四种消解方案对于鲢鱼肌肉、胃、肠、鳃等7种组织的消解效率,并用以上方案分别处理十种微塑料,对比消解前后的质量、形态尺寸和光谱特征的变化,比选出10%KOH溶液对于所有组织的消解效率稳定,并且对于常见的塑料无损,该消解方案对于大颗粒(3-5 mm)微塑料的回收率为100%,对于小颗粒(200-1000μm)微塑料的回收率为88.89%-100%,可以作为提取生物组织中微塑料的推荐方案。(2)在辽东湾8种无脊椎动物(脉红螺、四角蛤、缢蛏、扁玉螺、脉红螺、短蛸、口虾蛄、三疣梭子蟹)体内检出了39种聚合物塑料,其中单一组分聚合物22种,两种组分共聚物10种,三种组分及以上的多聚物7种。主要材质为PET(24.74%)、PE(24.40%)、PP(8.93%)和PVAL(7.90%),平均丰度为1.31±1.38 n/ind(0.25±0.40 n/g w.w.),检出率为65.0±14.0%,并且微塑料以纤维为主(35%-88%),纤维长度主要分布在200-2000μm的范围内。(3)在辽东湾6种脊椎动物(斑尾复虾虎鱼、梭鱼、小黄鱼、鲈鱼、斑海豹)体内共检出了35种聚合物塑料,其中单一组分的聚合物25种,两种组分的共聚物7种,三种组分及以上的多聚物3种。5种鱼类体内的主要材质为PE(20.85%)、PP(18.15%)和PET(15.83%)。鱼类胃肠微塑料的摄入丰度之间不具有显著差异,胃肠的微塑料摄入丰度显著高于鳃的丰度。鱼类个体(胃肠和鳃)的平均丰度为3.41±2.37 n/ind,胃肠和鳃平均丰度分别为2.30±1.91 n/ind(0.36±0.30 n/g w.w.)和1.11±1.20 n/ind(0.30±0.32 n/g w.w.)。斑海豹在胃、小肠前段、小肠后段、大肠、肝脏、肾脏六种组织中主要材质为PET(35.09%)、PP(19.30%)和PAN/PAA(10.53%),微塑料的丰度范围为0.1-0.48 n/g w.w.。6种脊椎动物体内微塑料的平均检出率为95.78±5.44%,以纤维状微塑料为主(36.17%-59.65%)粒径主要分布在200-2000μm的范围内。(4)微塑料由无脊椎动物到脊椎动物存在生物放大效应,微塑料的平均个体和单位质量摄入丰度的生物放大因子(BMF)分别为1.29和1.28。根据15N稳定同位素法估算生物的营养级,微塑料的个体摄入丰度在食物网中产生了生物放大效应,营养级放大因子(TMF)为1.73,个体平均摄入丰度与营养级(TL)之间存在正相关性,但单位质量的微塑料摄入丰度与营养级之间不具明显的相关性。

关键词： 微塑料   多环境介质   污染叠加   迁移   生物监测  

摘要： 微塑料由于广泛存在、持久性以及潜在的生态风险,属新型污染物研究热点。微塑料在多介质中的分布特点,丰度水平和积累规律对于理解微塑料的环境行为、迁移方向以及评估其生态风险具有价值,也是指导微塑料污染管控的理论依据。相比于大洋环境,内陆至河口系统与微塑料污染来源密切关联,受人类活动影响显著。由此研究选取有相似流域结构的长江中下游及飞利浦湾流域内有区域代表性的湖泊、河流、河口、湿地以及街道。基于显微镜检查和光谱学仪器确证方法,研究道路积灰、水体、沉积物和水生生物样品中微塑料的丰度水平,形态特征以及化学组成。通过系统性归纳和多元分析:一、描述微塑料在不同流域中各类环境介质内的分布与污染特征;二、建立外部因素,包括人类活动和自然条件对微塑料污染的影响与贡献;三、归纳微塑料在多环境介质(侧重水生生态系统)中的迁移规律;四、提出微塑料的特征污染模式以及实用的微塑料生物监测方案。首先于体现大气沉降和非点源污染的街道积灰开始。其距人类活动最近且易于受气候改变如降雨、径流等影响,但作为潜在污染来源,常被忽视。选取飞利普湾及其上游流域的典型街道,于降水总量不同的两个季节采集积灰。两季节微塑料在积灰中的平均丰度为20.6至529.3 items/kg。其中纤维(70.8%),小于1 mm的个体(41.9%),聚酯和聚丙烯(合计26.3%)占微塑料主体。不同采样点间随采样季节变化,微塑料的丰度、形态和组成差异不显著。结合飞利浦湾及其上游的实际人类活动与气象资料进行多元统计分析表明城镇化程度与降水显著影响街道积灰中微塑料的积累。即人为来源的微塑料在干燥季节积累,随降水过程冲刷和径流携带迁移。但尚不明确引发显著微塑料迁移的降水量阈值。积灰监测是对微塑料经大气或者城市非点源扩散污染水平初筛的经济高效手段,研究证明积灰本身是微塑料经由非点源进入环境的重要场所。为探索微塑料自污染源进入水体后的污染特征,选取多个长江中下游典型河湖,其中太湖做为局部重点,开展野外调查。漂浮微塑料丰度范围为0.5-25.8 items/L,峰值出现在营养盐指数较高的太湖东北部湖区,且处于目前湖泊报道的最高位。在大流域尺度上,丰度呈向下游积累趋势,局部为近岸高,湖心低的空间特征。漂浮微塑料以纤维(69.4%),小于1 mm的个体(86.0%)为主,化学组成以聚酯和半聚合物类(合计60.3%)为主。为探索漂浮微塑料沉降,于同区域开展了沉积物微塑料污染调查,其丰度范围为5.0-234.6 items/kg,为世界背景下中等水平。空间分布特征与水体类似,低值位于上游地区的鄱阳湖,峰值于太湖东北部湖区,空间特点与沉积物粒径分布无关。沉积物微塑料化学组成以聚酯类、半聚合物类、聚丙烯为主(合计54.3%)。形态以纤维(75.2%)和小于1 mm尺寸的个体(79.9%)为主,纤维比例以及微塑料的平均尺寸均低于漂浮微塑料。区域背景信息表明污染物输入与湖面流场是促进漂浮微塑料迁移和沉积物中微塑料积累的主因。为定量外部因素对微塑料自内陆向河口迁移的过程积累的贡献水平,于飞利浦湾流域土地利用水平和地形特点各异的多重水环境系统中开展水体-沉积物微塑料污染的平行研究。微塑料丰度结果低于长江中下游研究结果,范围分别为0.06-2.5 items/L和0.9-298.1 items/kg,且关联显著。纤维(80.4%)和小于1 mm的个体(44.5%)为常见微塑料形态,主要聚合物组成为聚酯类、聚乙烯和聚丙烯(合计47.8%)。微塑料平均尺寸(1.3 mm)较长江中下游研究结果(0.8 mm)更高。沉积物中微塑料的破碎化程度和多样性(形态,化学组成)均高于水体,表明沉积物为水体中微塑料的汇。微塑料丰度与采样点海拔高程显著负相关,提示微塑料向下游明确积累。参考土地利用类型,微塑料丰度,形态等多因子进行残差分析表明:商业,工业及交通运输业土地利用类型与强度显著关联微塑料丰度,聚合物多样性和破碎化程度。因此微塑料在滨海热点区域的积累来源于由水力输运和特定人为源排放的叠加贡献。综上,提出微塑料在滨海城市的特征污染模式:上游污染物的积累与自身作为污染源排放的叠加污染模式。相比于上述非生物介质,生物介质作为微塑料迁移中的临时载体,对于解释微塑料环境行为及风险评估具有意义。于同研究区域开展了双壳类(河蚬Corbicula fluminea),鱼类(食蚊鱼Gambusia holbrooki、近岸经济鱼类)体内微塑料污染调查,其中鱼类研究还进行了分器官分析。河蚬体内微塑料的丰度范围为0.2-5.3 items/ind.(0.2-12.5 items/g),食蚊鱼鱼体及鱼头部微塑料丰度范围分别为0.18-1.13 items/ind.(0.52-4.4 items/g)以及未检出-0.28 items/ind.(未检出-12.5 ite

关键词： 微塑料   渔业水域   工厂化海水养殖   管理控制   政策分析  

摘要： 塑料作为重要基础材料,自20世纪中叶被广泛用于农工业生产与日常生活中,大量废弃塑料被排放入海,并逐渐破碎、分解为微小的塑料碎片。一般将直径小于5mm的塑料称为微塑料,后者已成为一类新型环境污染物,给生态环境安全构成了极大的威胁,并可能对海洋生物甚至人体健康产生危害。 全球60%以上的人口生活在沿海地区,该地区也是塑料排放最密集的区域。作为全球最大的海水养殖国家之一,我国东南沿海典型海湾和工厂化海水养殖活动中,大量使用了各类塑料渔具设施,也已经成为微塑料的主要来源。但较之河口、海(潮)滩等其他沿海环境区域,沿海渔业养殖区域中微塑料的环境赋存状态和影响因素,则知之甚少。同时,应对海洋微塑料可能引发的各类环境与生态问题,全球尚缺乏全面、系统的沿海海洋塑料垃圾管控体系,我国也十分缺乏针对沿海渔业水域的海洋塑料管控与微塑料污染防治的政策和相应管理措施。因此,掌握典型沿海渔业水域和工厂化养殖海水环境中微塑料的赋存状态及其影响因素,在此基础上开展政策调研与分析,提出有效的管控对策,具有较重要的科学价值和现实意义。 我国东南沿海渔业水域是最主要的养殖区域。广东省海洋经济发达,湛江湾是我国南部典型半封闭型海湾和重要水产养殖基地,是我国牡蛎养殖的主产区之一。福建省海洋生产总值居全国第三位,水产品出口额连续六年居全国第一。隆教湾位于台湾海峡西岸,近年来城镇化和工业化发展迅速,沿海养殖空间遭受挤压,工厂化海水养殖遂成为中小型海湾养殖模式的典型代表。本研究中,结合我国东南沿海渔业养殖特色和社会经济活动,选择较典型的南海北部渔业水域(广东湛江湾)和台湾海峡沿岸工厂化海水养殖体系(福建隆教湾),开展海水微塑料的污染特征、空间分布、季节变化和影响因素研究,可为我国全面开展沿海渔业水域环境微塑料监测提供重要的基础数据与科学研究依据。 本研究于2017年9月,2018年1月和2018年5月,开展湛江湾微塑料的丰度组成、空间分布及季节变化(丰、平、枯水期)研究。结果表明:1)湛江湾表层海水中微塑料的检出范围为n.d.-2.65 n/m3(平均值0.37±0.57 n/m3),微塑料丰度在丰水期和平水期相对较高(丰水期范围为0.03-1.52 n/m3,9月的平均值为0.40 n/m3;平水期范围为0.05-2.65n/m3,5月平均值为0.50 n/m3),而枯水期丰度较低(n.d.-1.21 n/m3,1月平均值为0.28 n/m3)。2)小于3 mm的微塑料占优(81%),主要形态占比依次为碎片(47.0%)、薄膜(37.0%)、泡沫(10.6%)。泡沫、碎片分别是丰、枯水期占比最高的微塑料形态。3)聚乙烯(Polyethylene,PE)(20%)、橡胶(20%)和聚丙烯(Polypropylene,PP)(15%)为湛江湾微塑料的主要组分,其中PE(34%)、PP(31%)分别为丰、枯水期占比最高的微塑料形态。4)空间分布的季节性差异特征明显:丰水期,微塑料丰度高值出现在湾顶(1.14n/m3),并呈现向湾口(0.03 n/m3)逐渐下降的分布趋势。枯水期微塑料的分布特征与丰水期相反,微塑料丰度自湾顶(n.d.)向湾口(1.12 n/m3)逐渐升高。平水期,微塑料丰度则表现为湾顶与湾口高,湾内低的分布格局。5)源解析表明,海水养殖活动是湛江湾微塑料的主要来源;聚类分析表明,有别于工业活动带来的点源污染,养殖活动带来了面源污染,湾口站点微塑料的季节变化或与粤西附近的近岸海流有关。总之,不同季节和养殖类型差异可对微塑料的来源、形态、组分、丰度、分布等造成显著影响。 本文于2018年4月至12月在隆教湾开展微塑料丰度等特征时间变化的研究。结果表明:1)隆教湾的工厂化海水养殖以流水式养殖模式为主,养殖水体中普遍可检出微塑料,其丰度范围在250-5 150n/m3,平均1 594.2±1 352.2n/m3。微塑料丰度的时间变化周期与养殖周期(100-120天)大致相符。2)与开阔体系不同,隆教湾工厂化养殖水体中微塑料的尺寸主要为大颗粒(0.3-5 mm:92.03%),主要由颗粒状(41.36%)和纤维状(34.93%)组成,颜色则以白色(45.42%)、黄色(32.13%)和黑色(19.55%)为主,组分以PE(34.40%)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate,PET)(30.18%)为主。由微塑料的形态、颜色、尺寸和组分特征,可以推断,微塑料主要来源于本地渔业养殖活动,即自身设备老化和投喂料活动。3)相关性分析表明,养殖水体中的微塑料丰度与当地海产品产量呈正相关关系,表明高丰度的微塑料势必增加养殖生物摄入风险,有可能对养殖生物的健康造成负面影响,因此有必要对工厂化海水养殖模式中生物体微塑料毒理进行研究。 黑鲷(Acan

关键词： 微塑料   污染   生态效应  

摘要： 微塑料通常指直径小于5 mm的塑料颗粒,广泛存在于各种环境介质中,具有颗粒小、易吸附重金属及有机污染物的特点,微塑料易被海洋生物摄食,从而通过食物网进入人体,威胁人类健康,引起了人们的日益关注。本文以西北太平洋、热带西太平洋以及福建漳江河口的表层水等不同水环境系统为研究对象,分离提取表层水中的微塑料,研究微塑料的丰度、颜色、形状、粒径、化学组成和表面形貌特征,探讨热带西太平洋区域以及漳江河口微塑料的基本信息和最新污染水平,揭示西北太平洋微塑料的季节性变化特征,同时结合室内培养实验研究东海原甲藻在聚苯乙烯微塑料差异化暴露条件下的响应,初探微塑料污染的生态效应。研究结果如下:（1）西北太平洋春季表层海水中的微塑料丰度平均值（7.4×10～4个/平方千米）高于夏季（1.9×10～4个/平方千米）,可能由黑潮导致,东南亚区域可能是微塑料的主要来源;春夏两季微塑料聚合物的主要类型均为聚丙烯和聚乙烯,形状均以碎片为主、泡沫所占比例均最小,粒径均以0.5～1 mm和1～2.5 mm为主,特征调查研究结果验证了春夏两季研究区域内的微塑料可能都来源于东南亚地区。（2）热带西太平洋表层海水中的微塑料丰度介于1.6×10～4个/平方千米和1.1×10～5个/平方千米之间,丰度平均值为5.0×10～4个/平方千米;微塑料聚合物的主要类型为聚乙烯和聚丙烯,分别占50%和36%;该区域微塑料的形状以薄膜为主,占41%,纤维和线状次之,分别占35%和15%;该区域微塑料的颜色主要为白色和透明,分别占43%和41%;粒径为1～2.5 mm和0.5～1 mm的微塑料占比较大,分别为59%和24%;微塑料的可能迁移方向为站位D1→D4→D2→D3。（3）漳江河口表层河水中的微塑料丰度介于50个/立方米和725个/立方米之间,其中Z1站（117°20'33"E,23°57'06"N）的微塑料含量最高,为725个/立方米,Z2站（117°21'27"E,23°57'04"）的微塑料含量最低,为50个/立方米;微塑料聚合物的主要类型为聚丙烯和聚乙烯,分别占52%和23%;该区域微塑料的形状以碎片为主,占43%,纤维和颗粒次之,均占18%;该区域微塑料的颜色主要为白色、黑色和黄色,分别占56%、14%和14%;粒径为0.5～1 mm和1～2.5 mm的微塑料占比较大,分别为33%和31%;漳江两岸的污水排放、陆地径流、水产养殖等可能是导致漳江河口微塑料丰度较高的主要因素。（4）东海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）的聚苯乙烯微塑料差异化暴露实验结果表明:5 mg·L-1溶解性有机质（DOM）可促进东海原甲藻的生长;10ppm（0.1μm粒径）的聚苯乙烯微塑料对东海原甲藻前期的生长,表现为先抑制、后促进;聚苯乙烯微塑料会抑制东海原甲藻在稳定期和衰退期的生长,微塑料粒径越小、浓度越高抑制作用越强,浓度的抑制效应强于粒径。我们的研究发现将为微塑料和赤潮藻的复合污染带来的生态效应以及海洋生态系统的保护提供新的科学依据。

关键词： 南淝河   十五里河   微塑料   分布特征   重金属  

摘要： 二十世纪以来,塑料制品被广泛应用于生活的各个领域,给我们的生活和工作带来了极大的方便。但由于塑料废弃物极难降解,大量的塑料垃圾进入自然环境。环境中的塑料废弃物在长期的物理、化学和生物等过程中,缓慢破碎及分解成直径小于5 mm的塑料微粒,这些塑料微粒广泛存在于地表水、沉积物、土壤及生物体中,被称为微塑料。由于其难降解,直径小,比表面积大的特性,易吸附环境中的污染物,比如持续性有机污染物和重金属等,吸附的污染物能随微塑料经食物链富集,会严重危害自然环境甚至是人类健康。因此,微塑料作为新型污染物备受关注。本研究以巢湖典型入湖河流-南淝河与十五里河为研究对象,提取其表层水与沉积物中微塑料,利用体式显微镜和红外光谱等手段,研究了微塑料分布特征与成分;使用ICP-MS对两条河流沉积物中四种重金属(Cd、Cu、Cr和Pb)含量进行定量分析,并进行了生态风险评价。主要研究成果如下:(1)南淝河与十五里河微塑料定量分析表明:两条河水样与沉积物样中均存在微塑料颗粒,南淝河水样中微塑料含量为833.3～4200 n/m3,沉积物中为330 n/kg～1363.3n/kg。十五里河水样中含量为183.3～2066.7 n/m3,沉积物中为83.3～710n/kg。南淝河微塑料浓度比十五里河高。空间分布上,南淝河微塑料主要集中在河流中游段,而十五里河集中在下游。按微塑料粒径统计表明,南淝河与十五里河水样和沉积物中微塑料均呈现随着微塑料粒径的增大,含量随之减少的规律。(2)按微塑料类型统计表明,南淝河与十五里河微塑料分布规律相似,水样与沉积物中占比最高的都是纤维类,其次依次是碎片类,颗粒类,泡沫类微塑料占比最少,仅有南淝河沉积物颗粒类高于碎片类微塑料。微塑料颜色分布具有一定的规律性,彩色微塑料占比最多,其后依次是透明微塑料、白色微塑料和黑色,但两条河流沉积物中中黑色微塑料均高于白色微塑料。(3)四种重金属含量分布表明,南淝河沉积物中主要集中在河流中段,十五里河主要集中在河流上游。地累积指数和潜在生态风险指数法分析表明,两条河流沉积物中Cd污染的生态风险较高,需加以关注。

关键词： 微塑料   肠道内容物   高光谱   表面增强拉曼   疏水性有机污染物  

摘要： 微塑料(MPs)作为一种新兴污染物在水环境中广泛存在,该污染物在水生生物中的利用度是其主要环境风险之一。MPs具有富集周围水体中痕量疏水性有机污染物(HOCs)的特性,这些吸附来的HOCs正是MPs化学危害的主要来源。当前,最常用的MPs鉴定方法是拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱,它们能够提供精确的检测结果,但要求复杂的样品预处理环节,尤其是水生动物体内的MPs,必须经过消解去除其表面的有机物。此外,这两种方法只能逐一检测样品,因此,在实际应用中检测环节将消耗大量时间。MPs上HOCs的分析往往经色谱分析法检测水体中HOCs后反推获得,该类检测方法同样存在样品预处理环节繁复且难以简化的问题。针对上述问题,本研究分别开发了基于高光谱成像技术的鱼类肠道内MPs检测方法以及以表面增强拉曼(SERS)技术为基础的MPs上及其所处水体中HOCs的定量分析方法。检测鱼类肠道内MPs时,使用高光谱成像系统扫描平铺的肠道内容物,获取其高光谱数据。对数据进行降噪、降维处理后,建立分类模型识别高光谱影像中的MPs。实验中,为排除光晕干扰,对样品进行了干燥。样品干燥前、后的对比显示,干燥后样品的检出效果提升显著。此外,为研究粒径的影响,本研究将MPs粒径范围分三种,并从中选取用于分类模型训练的感兴趣区域。结果显示,在完整范围(0.1-1 mm)内均衡选取感兴趣区域时,模型具有最高的精确度(96.15%)和召回率(91.85%)。对大量检测的统计表明,本方法的检测下限为0.2 mm。野外MPs验证实验的平均精确度和召回率与纯MPs相近。20条野生海鱼的验证实验中,发现了5个MPs,且不存在误、漏。本研究通过将吸附有荧蒽的PE置于AgNPs@SiO基底上,并依次滴加甲醇和KI溶液的方式,实现了PE上荧蒽的现场萃取和增强。为建立PE上荧蒽含量与相应SERS信号的数量关系,首先检测了水样中残留荧蒽的浓度,并反推得到了PE上荧蒽含量,然后利用区间偏最小二乘回归算法建立了预测模型。对比表明,当以563、672、789、1022、1267、1414、1456、和1610 cm处荧蒽特征峰的信号建立模型时,所开发模型的校正系数(0.90)和验证系数(0.82)最为合适。为建立PE上荧蒽含量和对应水样中荧蒽浓度的数量关系,采用多种模型对实验数据进行拟合。结果显示,Freundlich模型具有最高的测定系数(0.855)。此外,本方法检测到PE上荧蒽吸附量为3.3 ng/g时,可预测对应水样中荧蒽浓度为0.97 ng/mL,这说明此法可用于预测水体中有机污染物浓度。