典型氧化还原环境中微塑料表面的微生物群落组成特征与构建机制

微塑料广泛分布在微生物驱动的生物地球化学循环中,其表面会富集独特特征的微生物群落,构成微塑料圈（plastisphere）.自然环境中广泛存在的多种氧化还原环境不仅会影响微塑料圈中微生物群落的组成,还会影响微塑料的最终归宿.为探究典型氧化还原环境中微塑料表面的微生物群落组成特征与构建机制,将3种微塑料PHA （聚羟基脂肪酸酯）、PLA （聚乳酸）和PVC （聚氯乙烯）放置于好氧、硝酸盐还原、铁氧化物还原、硫酸盐还原和产甲烷这5种典型氧化还原环境中,利用污泥作为接种物,进行微宇宙模拟培养实验.结果表明,在分类学和系统发育学上,微塑料因子分别影响了微塑料表面18.94%和46.67%的微生物群落,氧化还原环境因子分别影响了微塑料表面31.04%和90.00%的微生物群落.与污泥相比较,3种微塑料表面富集的微生物群落丰富度和均匀度均降低,其中降低最明显的是更易降解的PHA微塑料,而难降解的PLA和PVC微塑料表面的微生物群落变化特征相似.PHA微塑料表面富集的微生物中,Anaerocolumna（26.44%）为其优势菌种,较少富集与氧化还原反应相关的特征菌群;PLA和PVC中,Clostridium_sensu_stricto_7 （15.49%和11.87%）为其优势菌种,且显著富集与氧化还原反应相关的特征菌群,表明与氧化还原反应相关的特征菌群更易于富集在难降解的微塑料表面,进而可能对生物地球化学循环速率造成影响.     

微塑料对近岸多环芳烃降解菌群结构及其降解能力的影响

近海岸微塑料的污染问题日益突出,对周围生态环境造成了严重的影响.微塑料研究主要集中于微塑料在生物体内的积累,而有关微塑料对微生物生态的影响研究还很少.本文针对受微塑料影响较严重的近岸环境,从受石油污染的近岸水体中富集驯化得到功能菌群菲降解菌群MB1,探究微塑料对近岸菲降解菌群结构及降解能力的影响.结果表明:微塑料的添加在一定程度上促进菲的降解;SEM扫描电镜分析进一步显示微生物附着在微塑料上并分泌丝状物质;采用Illumina序列分析添加微塑料后菌群结构的变化,发现培养6 d后在有添加微塑料的体系中优势菌属以Glaciecola为主,而未添加的对照组中优势菌属是Rhdovulum,说明微塑料的添加可明显改变降解多环芳烃的菌群结构,进而影响污染物的降解能力.     

土壤微塑料污染现状、来源、环境命运及生态效应

微塑料作为一类新兴污染物广泛存在于全球环境中.目前,针对水生生态系统尤其是海洋环境的微塑料污染已得到广泛且深入的研究,但针对土壤微塑料污染近年才逐渐引起人们的关注.本文重点对土壤微塑料的污染现状、来源、环境命运及生态效应等方面的研究进展进行了综述.微塑料在不同土地利用类型的土壤中广泛存在,对土壤生态系统的健康及功能造成严重威胁.土壤中微塑料的主要来源路径包括塑料薄膜残留物分解、污泥堆肥及污水灌溉、有机肥施用和大气沉降等;进入土壤环境的微塑料会在外因作用下继续发生降解或迁移.此外,本文重点介绍了微塑料污染对土壤系统的生态效应,包括对土壤理化性质、土壤动物、土壤微生物以及植物的影响.为加强土壤微塑料污染研究、促进土地资源的可持续利用,本文提出了未来的研究方向.     

淡水环境中微塑料与重金属的“木马效应”研究进展

微塑料(尺寸<5 mm的塑料)作为全球备受关注的新兴污染物,广泛存在于淡水环境中.微塑料易迁移,难降解,且比表面积大,对重金属等多种污染物有富集作用,大大增加了其对环境和生态的潜在危害.因此,本文首先定义微塑料在淡水环境中携带重金属并共同迁移的特殊环境行为为“木马效应”.随后,从淡水环境中微塑料的来源与分布、微塑料对重金属的富集作用、微塑料与重金属木马效应对其共同迁移行为的影响以及微塑料和重金属木马效应的生物影响这4个方面对淡水环境中微塑料与重金属的木马效应及其作用机制进行了总结和阐述.结果表明,作为面源广的污染物,微塑料广泛存在于淡水环境中;淡水环境中微塑料对重金属存在吸附行为,不同环境下对单一重金属吸附程度不同,主要受微塑料、金属和环境等因素共同影响,在多种重金属离子存在时会有竞争吸附;微塑料与重金属的木马效应会影响其共迁移行为;淡水环境中微塑料与重金属的木马效应,往往加剧了其对水生生物的毒性.通过全面了解淡水环境中微塑料与重金属的木马效应及其作用机制,可有效降低微塑料与重金属在淡水环境中的生态风险和对人类健康的影响提供借鉴.     

土壤微塑料与微生物的相互作用关系

作为新兴污染物,微塑料的生态和环境影响受到广泛关注.本文以近十年发表的文献为基础,系统分析和综述了土壤微塑料与微生物的相互作用关系.分析结果发现微塑料与微生物存在复杂的相互作用关系,例如微塑料携带外源微生物进入土壤环境,并通过释放添加剂和吸附物对土壤微生物产生影响,且微塑料通过改变土壤理化性质、土壤动物肠道微生物和植物根际微生物间接改变土壤微生物,包括改变土壤微生物的生物量、群落结构和功能,此外,土壤微生物对微塑料的降解也起到了一定的作用.基于这些分析结果,文章还展望了未来应该深入研究的关键科学问题,旨在促进土壤微塑料对生态系统和健康影响评估研究.     

海洋生物对微塑料迁移转化的调控作用

近年来,海洋微塑料污染已成为全球关注的重要环境问题。海洋中广泛存在的微塑料可被藻类吸附、微生物定植,亦可被海洋动物摄食并蓄积。生物与微塑料之间的相互作用必然会改变微塑料的物理、化学性质,及其在海洋中的迁移转化。因此,本文系统地阐述了海洋生物对微塑料的吸附、摄入、蓄积与排泄等关键过程;重点总结了微塑料在海洋生物过程(如排泄、与海洋雪团聚、形成生物膜以及生物扰动)影响下的沉降-埋藏等迁移过程;深入讨论了海洋动物对微塑料的摄食、消化过程以及微生物的分解作用导致的微塑料破碎、降解以及塑料添加剂和吸附污染物的释放过程及其机理。本文阐明了海洋生物对微塑料迁移转化的调控作用,为理解海洋微塑料的环境归趋提供理论依据。     

土壤中微塑料对陆生植物的毒性及其降解机制研究进展

微塑料(MPs)作为一种新型环境污染物,自2004年被英国科学家提出以来受到广泛关注.土壤作为微塑料的重要聚集地,随农田灌水和翻耕等农业操作的进行,微塑料污染范围和积累量不断扩大并对陆生植物产生多种毒性,且由于其粒径小、难降解和吸附能力强的特点给土壤微塑料污染治理带来了较大挑战.从微塑料的直接和间接毒性及其与其他污染物结合时产生的联合毒性这3个方面综述了微塑料对陆生植物的毒性,主要表现为微塑料存在对植物造成机械损伤、诱导植物产生氧化应激、细胞毒性和基因毒性,导致植物生长和植物组织代谢受阻等一系列问题.进一步,基于当前研究阐述了微塑料的物理、化学和微生物降解机制：微塑料的物理和化学降解主要通过改变微塑料的粒径大小和表面性质并产生中间产物;而更小粒径微塑料及其中间产物可以在物理、化学和微生物这3种因素同步影响下最终转化为水和二氧化碳,但该过程极其复杂和缓慢.最后,对微塑料的进一步研究方向进行展望,可为未来微塑料的陆地生态系统领域研究重点和污染控制提供资料借鉴.     

电子废物拆解区微塑料与周围土壤环境之间的关系

微塑料污染无处不在,并受到了社会各界的关注.近年来,关于微塑料在水生态系统中的报道越来越多,而关于陆地生态环境,尤其在电子废物拆解区土壤微塑料污染的研究还十分匮乏.以广东省汕头地区贵屿镇废弃的以不同拆解方式所造成的电子废物拆解样地为研究对象,从生态毒理学和微生物学角度探讨了微塑料与其周围土壤环境之间的关系.通过SEM-EDS对微塑料表面进行表征,发现其表面具有老化和降解的迹象;这可能是由于微塑料长期暴露在土壤中,以及原始的拆解方法造成其表面形态及性质发生了变化.另外,在同一微塑料样品的不同表面位置,金属元素类型存在较大差异;说明微塑料所携带的一些金属元素并非本身固有,而是从周围土壤环境中吸附的.利用ICP-OES对微塑料内载固有的7种重金属（Pb、Cd、Cr、As、Ba、Co和Ni）进行分析发现,由于微塑料主要来源于各类电子废物,其所含各重金属含量在不同样地中有所不同,且几乎均高于周围土壤,尤其Ba在微塑料中的含量比在土壤中高出10³数量级.Ba在塑料中主要以BaSO₄的形式存在,常作为填料广泛添加于各种塑料中.此外,对微塑料表面微生物进行16S rRNA测序,并采用Spearman等级相关系数分析了微塑料表面细菌群落平均丰度前50的属与土壤环境因子之间的关系.这些微生物主要来源于微塑料所处的周围环境,因此环境因子的差异会直接影响微塑料表面微生物群落.由不同拆解方式所导致的电子废物污染场地具有不同的土壤环境因素,这些因素与微塑料表面微生物的相关性也存在差异.     

供水管网中微/纳米塑料的赋存及污染特性

微/纳米塑料具有分布广泛、粒径小、难降解、可吸附有毒物质等特性,其去除效果及对环境污染的现状尚不明晰,是当前研究热点和难点.本文从供水管网中微/纳米塑料的来源、分布规律及水质安全危害等角度,概述了全球范围内供水管网中微/纳米塑料的研究现状.结果表明,给水处理厂出厂水携带残留的微/纳米塑料颗粒进入供水管网,而塑料材质管道在水力、水质作用下(流速、机械磨损、消毒剂等)同样存在微/纳米塑料释放可能.微/纳米塑料自身的密度、电荷等固有特性影响了它在供水管网中的空间分布规律,且在饮用水输配过程中,微/纳米塑料可同有机物、微生物等物质反应,从而影响供水管网的水质安全.本文旨在提出未来的研究重点和方向,从而为进一步了解微/纳米塑料对饮用水安全的影响及如何控制其污染提供理论基础.     

浅析淡水河流中微塑料的研究进展

微塑料是一种存在于环境中的持久性有机污染物,最早发现于海洋环境中,目前的主要研究集中在海洋环境中微塑料的污染现状以及对生物的毒理学等方面。但是,微塑料在环境中迁移是通过淡水环境在陆地和海洋环境之间双向迁移的,即淡水河流是微塑料迁移到海洋中的主要途径,因此,研究淡水河流中微塑料的污染及环境行为具有重大意义。     

海洋微塑料污染状况及其应对措施建议

海洋塑料垃圾污染是人类面临的最为急迫的全球海洋环境问题之一,已引起各国政府、公众、科学界、媒体及非政府组织等的广泛关注,并成为当前海洋生态与环境研究的热点问题之一,亟待应对和解决.从水体、沉积物及生物体内海洋塑料垃圾及微塑料污染特征、来源及归趋角度,阐述了海洋微塑料垃圾的分布特征、潜在生态风险和应对措施,以及国内外应对海洋塑料及微塑料污染所采取的管控措施,介绍了各国政府和非政府组织所提出的法律法规和公约倡议.鉴于当前鲜见典型区域塑料污染管控和生态风险评估体系研究,从科学研究和管理控制两个方面,进一步指出现阶段在海洋塑料垃圾及微塑料研究和管控方面存在的诸多问题,如方法学（采集、预处理和分析）的差异性,来源、输运与归趋尚不明确,生态风险评估体系未建立及相关管控的法律法规待健全等.在此基础上对我国海洋塑料和微塑料研究提出建议:①深入研究与国际接轨的标准化塑料及微塑料研究方法学（样本采集、预处理和分析）问题、准确估算入海通量、环境归趋及环境浓度下潜在的生态风险等;②支持开展海洋塑料垃圾和微塑料研究专题的大洋航次（太平洋和印度洋等）,系统地开展河流系统-深海海盆-极地等的海洋微塑料综合研究;③研发水环境中塑料和微塑料垃圾的拦截和处理技术,制定和强化塑料及微塑料管控的法律法规和政策措施;④建立完善的海洋塑料垃圾污染公共环境意识教育体系,以唤起公众对海洋污染的关注.      

中国海洋微塑料污染现状与防治建议

微塑料作为一类新型的塑料污染物,广泛存在于全球海洋环境中,已经成为国际社会普遍关注的热点环境问题,管理不善的废物是海洋污染的重要来源.本文简要分析了全球塑料垃圾和微塑料污染形势以及微塑料的来源,探讨了巴塞尔公约所涉及塑料废物附件修订的最新进展,同时总结分析了我国沿海、河口以及内陆水域微塑料的粒径大小、含量、分布和来源.提出未来应建立健全我国塑料和微塑料管理体系,加强对重点行业向海洋中排放塑料和微塑料的研究和监管,建立微塑料对海洋生态系统影响的风险评价体系、加强宣传和教育、积极参与国际环境公约履约谈判以推动全球治理     

河流微塑料入海通量研究进展

目前微塑料污染已经造成全球性的环境问题,其中海洋环境的微塑料污染问题尤为突出,入海河流是陆地与海洋相互作用的重要通道,海洋的陆源物质大多经河流迁移入海,因此入海河流的水质状况及污染物输送量成为陆地对海洋影响的中心问题.该研究通过系统调研,综述了近年来全球范围内有关入海河流的微塑料入海通量与丰度的内容与方法研究;据最近研究估计,陆源的微塑料通量占海洋环境塑料碎片总量的64%~90%,全球河流每年向海洋运输的塑料碎片（微塑料和大塑料）总量为0.41×106~4×106 t,但全球模型是否适用于特定流域仍需校正和检验;从方法学角度而言,对微塑料丰度数据的采集是研究河流微塑料入海通量的基本前提,并且目前缺乏统一的监测和分析等研究方法,使得不同河流之间通量难以直观对比,加之实测数据不足,导致入海河流中微塑料的陆源分析及定量研究仍处于初步阶段;未来的研究中应注重将微塑料运输量与河流流量高度耦合的数据优化方式,以基于水动力模型阐明微塑料在河流入海过程中的迁移及转化机制.此外,应在全球范围内开展广泛密切的国际合作,建立统一的研究体系,不断完善全球微塑料研究的基础数据库信息,推动国际社会共同应对微塑料污染.      

塑料制品中微塑料的释放行为及在环境中的迁移规律研究进展

塑料制品的管理及处置不善是导致微塑料污染的关键因素,微塑料不仅会与环境中多种污染物相互吸附,也极易被大型藻类、动物、植物等生物摄入富集,具有巨大的环境风险。城市作为塑料制品的主要生产以及消费主体,是微塑料污染的重要源头。塑料制品会受到各种环境因素的影响,如温度、光照、机械力、水力作用等,发生老化、裂解、剥离进而迁移至自然环境,存在潜在的污染风险。掌握微塑料从塑料制品中的释放行为以及在环境介质中的迁移规律,对评估城市源微塑料污染风险十分重要。综述了城市生活用品、垃圾、基础设施中微塑料的释放行为,阐述了微塑料在水、砂及土壤介质中的迁移规律,为微塑料污染的风险评估及防控提供依据。今后可在环境因素对城市塑料设施中微塑料释放、迁移的影响,以及微塑料与城市水环境中污染物的相互作用行为2个方面进行深入研究。     

中国水环境微塑料污染现状及其潜在生态风险

微塑料在水环境中的广泛存在导致的环境污染问题引起了全世界的关注.微塑料对水生生物的生长活动、生命健康产生威胁,同时也对生态系统的功能产生影响.中国是世界上十大塑料制品生产和消费国之一,近年来,我国在多个水环境中发现了微塑料的踪迹.本文对中国几种水环境（污水处理厂、淡水、海洋）中微塑料的污染情况进行了总结,并对微塑料产生的影响,特别是微塑料产生的潜在生态风险进行了介绍.现阶段水环境中微塑料的研究大多数是针对于某一特定水域,缺少微塑料在不同水域环境中迁移赋存的探究,且对于微塑料生态毒性的研究还很少,为此我们提出了未来水环境中针对微塑料研究的建议与展望.     

农田土壤微塑料污染现状与进展

微塑料是一种新的土壤污染物,对土壤环境与健康有严重影响,已成为国内外研究的热点。系统分析了农田土壤微塑料的污染现状与分布特点,总结了不同农业生产方式对土壤微塑料污染丰度的影响,及其在土壤中分布和迁移特征,阐述了不同微塑料的污染来源及其对土壤环境的危害,提出地膜覆盖将成为农田土壤微塑料污染的重要来源,且微塑料因粒径、浓度及类型的不同对农田土壤理化性质和土壤生物会造成不同程度的影响;并比较分析了土壤微塑料的检测分析方法与手段,从土壤微塑料的溯源、迁移转化、污染危害以及检测分析手段层面,对未来需要解决的科学问题和研究方向进行了展望,以期为农田土壤微塑料的研究以及微塑料污染防控提供科学参考。     

大连海岸带夏、秋季大气沉降(微)塑料的赋存特征及其表面生物膜特性

微塑料作为一种新污染物,在水体、土壤和大气环境介质中均有分布.相比于海洋和陆地环境中微塑料研究的广度和深度,大气微塑料的研究还处于起步阶段.目前,有关大气环境中微塑料研究较少,对其污染特征和潜在风险的认识还不足.因此,调查了大连海岸带夏、秋季大气沉降样品中微塑料的赋存特征,探索了大气沉降塑料碎片表面生物膜的群落结构与功能特征.结果表明,大连海岸带夏、秋季大气沉降微塑料类型以纤维类为主,颜色以透明、蓝色和黑色为主,粒径以小于1 mm为主,成分主要为聚对苯二甲酸乙二醇酯、赛璐玢和乙烯-丙烯-二烯三元共聚物等(>90%).大连海岸带夏、秋季大气微塑料表面风化特征明显,且有微生物的定殖和生物膜的形成.变形菌门(Proteobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)是构成大连海岸带夏、秋季大气沉降塑料碎片表面生物膜的优势菌群.基因功能预测结果表明,大连海岸带夏、秋季大气沉降塑料碎片附生生物膜中存在与人类疾病密切相关的功能基因.本研究结果可为大气微塑料及其附生生物膜的环境与健康风险评估提供科学依据.     

微塑料的环境影响行为及其在我国的分布状况

微塑料是一种存在于不同环境介质中的新兴污染物,因其分布范围广、潜在环境危害大,近年来逐渐引起人们的广泛关注.主要分析了微塑料的环境影响行为及机制,以及微塑料在我国污水处理厂、土壤、地表水和海洋等环境介质中的分布特征及影响因素.结果表明,微塑料可通过物理、化学、载体等多重作用危害生态环境健康,甚至微塑料会随着食物链由低营养级向高营养级传递,对人类食品安全造成潜在威胁.我国污水处理系统、土壤及不同水体环境（河流、湖泊、海洋及饮用水等）均受到不同程度的微塑料污染,并且其污染水平总体高于国外,这可能与我国较大的人口密度相关.进一步分析发现,我国环境中微塑料的分布呈现一定的地域差异性,其分布特征不仅与人类活动、地区经济、工业结构与发展水平等因素密切相关,同时污水处理厂的处理处置工艺、环境容量也会影响环境中微塑料的污染水平.针对我国微塑料污染研究现状,建议后续从微塑料的生物毒性效应、时空分布特征及其在环境介质中的迁移转化规律等方面进一步深入研究,以便更加全面地了解我国微塑料污染现状及其潜在的环境生态风险,并为微塑料的污染防控提供指导.      

环境微纳塑料的分析方法进展

为探究环境中微纳塑料的含量、归趋和生态风险,发展可靠的检测方法是重要前提.目前,对微纳塑料的分析方法多种多样,国内外已有多篇综述归纳了各方法的优缺点,甚至提出了"统一"或"标准化"的方法.然而,由于研究目标和技术方法本身的成熟度不同等原因,很难笼统地提出一套适用于所有监测或研究的方法.微纳塑料的研究是基于颗粒性和尺寸效应的研究,笔者将其划分为大粒级微塑料（0.02~5 mm）、小粒级微塑料（1~20 μm）和纳米塑料（1~1 000 nm）3个类别,分别概述各粒级的分析方法进展和技术目标等.对于大粒级微塑料,已形成相对成熟的检测方案,适合开展常规监测和大规模基线数据的调查,但方法多样化,数据的质量不统一导致可比性差,提高方法的可行性和统一性是努力重点;对于20 μm以下的小粒级微塑料,检测的准确度有待提高,发展可靠的定性及定量方法是当前的目标;对于1 000 nm以下的塑料颗粒和可溶性聚合物,发展尚不成熟,需要研究更有效的前处理和分析方法.今后,应针对不同粒级微纳塑料所面临的问题开展方法学研究,加强对微纳塑料环境行为等的基础研究,并逐步发展微纳塑料的预测模型,在可靠数据的基础上进行全面的生态风险评估.