水环境中的微塑料及其生态效应

塑料在日常生活中无处不在,随意丢弃的塑料会在各种作用下最终进入江河、湖泊、近海、深海、以及大洋甚至极地地区。在外界条件(如高温、风化、紫外线)影响下,大型塑料结构的完整性易遭到破坏而被逐渐分解成微小的塑料碎片,当其粒径小于5 mm时即可被称为微塑料。塑料中的某些添加剂,如壬基苯酚、多溴联苯醚、邻苯二甲酸盐、双酚A等会在塑料降解为微塑料的过程中释放到水环境中,从而威胁到水生生态系统的安全。微塑料粒径小,易被浮游动物误食或沿着食物链传递,在生物体内累积转移,对机体产生不可逆转的毒害作用。此外,微塑料还能作为某些污染物富集的载体,产生较强的复合毒性。因此水环境正面临着微塑料污染的威胁,如何治理已成为全球性的环境问题。本文对水环境中微塑料的来源与分布、微塑料的迁移和转化以及微塑料对水环境的影响进行了综述,并对水环境中的微塑料污染问题提出了一些解决方案,期望能为微塑料及其在水环境中的生态效应研究提供理论基础和数据支持。     

次生微塑料食物暴露对土壤白符跳Folsomia Candida毒性的初步研究

土壤微塑料污染已引起国内外学者的广泛关注。但关于次生微塑料在土壤动物食物链上的迁移及其毒理效应的研究较少。为探究次生微塑料的生物传递效应,本试验以同步化14 d （幼虫）和28 d （成虫）的土壤白符跳（Folsomia Candida）为供试生物,将废料（塑料类废料混合物）、保温棉、麦麸保温棉混合和细保温棉经黄粉虫（Tenebrio molitor Linnaeus）降解后形成的4种不同次生微塑料产物作为处理因子,研究次生微塑料对土壤跳虫生物学的影响。结果发现:1）第7天,所有跳虫开始蜕皮,喂食保温棉、麦麸保温棉和细保温棉组的幼虫死亡率分别为1.67%、1.67%和5%;2）第14天,跳虫蜕皮量增多,保温棉和细保温棉组的幼虫死亡率分别为6.67%和5%,各组成虫产卵量剧增,喂食酵母菌的对照组产卵率显著高于处理组;3）第28天,蜕皮量增势趋缓,除废料组外,各组幼虫开始产卵且无死亡现象发生;4）与处理组相比,对照组中跳虫的蜕皮量、产卵量和生物量都是最高的,且体长变化显著（P<0.05）。综上,研究结果将进一步完善次生微塑料对土壤动物毒理效应的基础数据,为土壤环境中的次生微塑料的生态风险评价提供理论依据。     

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.     

PS和PVC微塑料对小球藻的生长抑制效应及其影响途径

近年来海洋微塑料污染已成为不可忽略的全球性环境问题.海洋中的微塑料可能被海洋动物摄入,对其造成物理损伤或生化毒性;同时与浮游植物形成团聚物,影响其生长和光合作用等,从而对海洋生态系统构成威胁.海洋小球藻（Chlorella sp.）作为食物链中的重要生产者,是污染物在食物链中富集的起点.为了解微塑料对小球藻的毒性作用及其作用途径,本研究测定了聚苯乙烯微塑料（PS, d=150~200 μm）以及聚氯乙烯微塑料（PVC, d=1~2 μm）对海洋小球藻生长速率的影响,并进一步探究了不同微塑料对小球藻的可能致毒机理.研究发现微塑料浓度低于2500 mg·L^-1时对小球藻的生长无显著效应,研究中只有极高浓度下（5000 mg·L^-1）的PVC和PS会对小球藻的生长产生抑制作用,且PVC的抑制作用大于PS.进一步实验显示二者产生抑制作用的机理存在差异：PS对小球藻生长的抑制作用主要是由于其浸出的小分子有机物质对小球藻产生毒性;而PVC微塑料对小球藻生长抑制除浸出物质毒性以外,还可能由于其小粒径和相对较大的密度,在水中呈悬浮状态产生遮光效应,同时与小球藻产生吸附团聚作用.本研究结果表明,高浓度情况下微塑料可能对海洋浮游植物存在生态风险,该结果对进一步探究微塑料对海洋食物链及海洋生态系统的影响提供了参考依据.     

微塑料对城市污水中胞内和胞外抗性基因的富集特征研究

作为近年来国内外关注的焦点问题,微塑料不仅本身具有生物毒性,还能携带多种污染物构成复合污染.然而目前对于微塑料携带抗性基因的污染特征尚鲜有研究.考察了聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯及再生聚乙烯4种微塑料对城市污水中胞内与胞外抗性基因的富集特征与影响因素.结果表明:4种微塑料对胞外抗性基因的富集倍数在3.12×102~4.07×103之间,显著高于胞内（4.44×101~2.14×103）,且对于同种污水类型,最高能达胞内的13.1倍.微塑料对二沉池出水中抗性基因的富集倍数（2.14×103~4.07×103）显著高于污水厂进水（3.12×102~7.61×102）和活性污泥（4.44×101~5.84×102）.微塑料类型对抗性基因的富集有显著影响,其中聚丙烯的富集能力最强,最高达3.03×1014 copies/g（胞内抗性基因）和6.27×1013 copies/g（胞外抗性基因）;聚苯乙烯对胞外基因的富集倍数高于聚乙烯,而对于胞内基因的富集倍数低于后者;再生聚乙烯与聚乙烯的富集能力无显著差异.微塑料对抗性基因的富集量与微塑料的粒径、浓度均成反比,富集过程遵循准二级动力学模型.研究显示,微塑料能大量富集污水中的抗性基因,特别是胞外抗性基因,从而显著提高抗性基因的迁移能力,增大后续公共健康风险.      

微塑料对环境介质中氮循环的影响研究进展

微塑料作为一种新污染物,在全球范围内引发了广泛关注.微塑料在威胁生物体健康的同时,也会通过定殖微生物等途径影响氮素正常的循环过程,但相关研究仍相对匮乏.本文在简述当前微塑料污染现状的基础上,介绍了微塑料对污泥、水、沉积物和土壤4种环境介质中氮循环的影响研究进展,并重点分析了微塑料作用下不同环境介质中氮转化过程的响应及作用机制.结果表明:当前微塑料影响氮循环的研究主要集中于污泥和土壤,对水环境和沉积物中的研究相对较少;环境介质和微塑料的聚合物类型、浓度、粒径等因素都会导致微塑料对氮循环的影响产生明显差异.进一步分析发现,微塑料主要通过影响氮转化相关的微生物、酶活性和功能基因以及改变氧通量等来影响硝化和反硝化等过程,其中,微生物受塑料添加剂释放的影响较大,微塑料自身也可能作为有机底物促进相关功能菌的生长;硝化和反硝化过程中关键酶及功能基因也会对微塑料的影响产生响应,进而影响氮循环过程.此外,微塑料能够通过改变沉积物的孔隙度增加氧通量,增强硝化作用.在后续研究中应重点关注微塑料参与氮循环的环境驱动机制,阐述其在潜流带等地球关键带中的作用路径,为全面评估微塑料对生态环境健康的影响提供支持.      

海水青鳉摄食微塑料的荧光和C-14同位素法示踪定量研究

微塑料已在多种海洋生物体内检出,造成不同程度的毒性效应,但由于技术限制,关于海洋鱼类对小粒径微塑料摄入和排出过程的定量研究仍比较缺乏.该研究针对生物体内小粒径微塑料定量示踪的技术难题,提出荧光和放射性同位素示踪法,并对比了两种方法的检测限、灵敏度和定性定量的方便程度等;同时以PS（聚苯乙烯,polystyrene）为微塑料代表,采用荧光法和C-14同位素法定量研究了PS微塑料（< 1 μm）在海水青鳉（marine medaka,Oryzias melastigma）成鱼和仔鱼中的摄入和排出情况,以及摄食行为对微塑料赋存状态的影响.结果表明:①荧光法适用于直观观察微塑料在生物体内的分布及高浓度暴露时的荧光定量,而C-14同位素法因具有更低的检测限和高的灵敏度,在复杂介质中的定量检测更具优势.②海水青鳉成鱼和仔鱼摄入微塑料的量随着培养时间而变化,且均在24 h摄入较多微塑料,成鱼（以鱼湿质量计）摄入的微塑料含量[（246.8±38.1）mg/g]显著（P < 0.05）高于仔鱼[（4.32±0.77）mg/g].③微塑料在海水青鳉体内主要分布部位为肠道（99.9%）,极少量在鱼鳃（0.07%）和体表（0.03%）中,表明摄食是微塑料进入鱼体的主要途径;在不喂食72 h后,微塑料在肠道内仍有一定量残留[（1.29±0.52）mg/g],鱼鳃中微塑料则完全排出至检测限以下.研究显示,海水青鳉通过对水中悬浮状态微塑料的摄入,将海水中的微塑料由初始悬浮分散态变成粪便团聚体沉入水底,在很大程度上改变了微塑料在环境中的赋存形态,由此对微塑料环境过程和生态效应产生的未知影响值得进一步关注.      

PVC微塑料对大型溞繁殖及应激与能量相关基因表达的影响

近年来,微塑料污染已成为海洋和淡水生态环境关注的热点问题.然而,目前有关微塑料对淡水生物影响的报道仍然较少.试验选择淡水模式动物大型溞作为受试生物,以2 μm聚氯乙烯微粒（PVC）作为研究对象,探讨了PVC微塑料对大型溞繁殖和基因表达的影响.急性毒性试验表明,PVC对大型溞的48 h LC₅₀为20.5 mg·L^-1.21 d慢性毒性试验发现,随着PVC浓度的增加,产第一胎时间显著延迟,第一胎产幼溞数明显下降;总胎数在2.56 mg·L^-1和5.125 mg·L^-1 PVC处理组无明显差异,而10.25 mg·L^-1处理组显著增加,但所有处理组产幼溞总数与对照组相比均显著下降.同时,PVC暴露大型溞48 h后显著上调超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、α-酯酶（EST）、热休克蛋白70（HSP70）、精氨酸激酶（AK）和血红蛋白（DHB）基因表达.试验结果表明,PVC微塑料能干扰大型溞体内基因表达,长期暴露可显著降低大型溞繁殖量,水体中PVC微塑料的长期存在将对水生态系统产生危害.     

铅离子和四环素在微塑料表面的吸附机理与协同效应

水环境中存在的微塑料能够显著地影响无机或者有机物污染物的迁移和转化.本文探究了Pb （II）和四环素（TC）在聚氯乙烯（PVC）和聚酰胺（PA）微塑料上的吸附特征与作用机制.结果表明,在二元体系中,TC与Pb （Ⅱ）相互促进在PVC和PA表面上的吸附行为,呈现出协同效应.PA和PVC对TC的吸附等温线呈高度的线型,而PA对Pb （II）的吸附过程则符合Langmuir模型.溶液pH值显著地影响TC和Pb （II）在PVC和PA表面的吸附.溶液中NaCl的存在明显地降低了PA对Pb （Ⅱ）的吸附,但对TC吸附特征影响很小.傅里叶红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）分析表明,PVC主要通过疏水相互作用键合TC,而PA则主要通过氢键和疏水相互作用与TC作用,通过静电相互作用与Pb （II）结合.本研究结果加深了对微塑料与污染物之间作用机制的理解,可为环境中微塑料风险评估提供一定的科学依据.     

海州湾潮间带沙蚕对沉积物微塑料的指示作用

2018年7月于海州湾潮滩设置3个断面共9个站位,通过对海州湾潮滩沉积物中以及沙蚕体内微塑料的丰度和形态特征的研究,探讨了沙蚕体内微塑料的来源,以及沙蚕对潮滩沉积物微塑料的指示作用.结果表明,潮滩沉积物中微塑料的平均丰度为（0.49±0.17） n·g^-1,处于国内近岸环境研究的较高水平.所有检测到的微塑料中,最为丰富的形态和颜色类型分别为纤维和黑灰色,材质以聚乙烯（polyethylene,PE）、聚酯纤维（polyester,PET）和聚苯乙烯（polystyrene,PS）为主.沙蚕中微塑料检出率为77.78%~86.67%,平均丰度为（6.68±2.21） n·ind^-1,其丰度与个体质量显著正相关（r=0.42,P=0.002）,个体质量1.5 g以上的沙蚕中微塑料丰度显著高于<0.5 g和0.5~1 g两个组别（F₃=141.029,P=0.000）,微塑料形态以黑色或蓝色小纤维为主,主要材质同样为聚乙烯和聚酯纤维.通过对0~3 mm范围内的微塑料各项特征分析发现,沉积物与沙蚕中的微塑料丰度强相关（r=0.79,P=0.01）,其主要形态组成（r=0.90,P=0.035）和材质组成（r=0.73,P=0.024）同样显著相关,表明沙蚕会摄取沉积环境中的微塑料,存在与沉积物之间的微塑料交换,沙蚕作为沉积物中微塑料污染指示生物物种是可行的.