Research progress on distribution,sources, identification,toxicity, and biodegradation of microplastics in the ocean,freshwater, and soil environment

• Microplastics are widely found in both aquatic and terrestrial environments. • Cleaning products and discarded plastic waste are primary sources of microplastics. • Microplastics have apparent toxic effects on the growth of fish and soil plants. • Multiple strains of biodegradable microplastics have been isolated. Microplastics (MPs) are distributed in the oceans, freshwater, and soil environment and have become major pollutants. MPs are generally referred to as plastic particles less than 5 mm in diameter. They consist of primary microplastics synthesized in microscopic size manufactured production and secondary microplastics generated by physical and environmental degradation. Plastic particles are long-lived pollutants that are highly resistant to environmental degradation. In this review, the distribution and possible sources of MPs in aquatic and terrestrial environments are described. Moreover, the adverse effects of MPs on natural creatures due to ingestion have been discussed. We also have summarized identification methods based on MPs particle size and chemical bond. To control the pollution of MPs, the biodegradation of MPs under the action of different microbes has also been reviewed in this work. This review will contribute to a better understanding of MPs pollution in the environment, as well as their identification, toxicity, and biodegradation in the ocean, freshwater, and soil, and the assessment and control of microplastics exposure.     

Ce-ZnO/AC在真空紫外下催化降解对二甲苯废气

将Ce掺杂ZnO光催化剂通过负载活性炭 (AC)的方式制备Ce-ZnO/AC吸附-催化复合材料,并以对二甲苯为典型挥发性有机污染物(VOC),研究其在真空紫外体系中光催化转化性能。结果表明：活性炭的负载能有效提高臭氧的利用效率,强化对二甲苯的去除率和矿化率;当Ce-ZnO与活性炭的负载比例为1∶2时,复合材料的光催化性能达到最优,此时对二甲苯的转化率达到95%以上;活性炭的负载不仅可使污染物与催化剂充分接触,还可有效利用臭氧从而产生·OH等自由基,协同促进对二甲苯的降解,同时更多的中间产物被降解。复合催化材料显示了良好的稳定性,在利用5次后,仍可再生恢复其光催化性能至初始状态。相对于单独的真空紫外光解,Ce-ZnO/AC吸附-催化复合材料与真空紫外体系耦合降解二甲苯的能量利用率提高了2倍,经济性好。     

辽东湾北部海域大型底栖动物研究：Ⅱ.生物多样性与群落结构

为深入了解辽东湾北部海域大型底栖动物的生态学特征及其与环境因子的相互作用,依据2007年7月下旬在辽东湾进行的大型底栖动物生态调查数据,论述了大型底栖动物的生物多样性与群落结构特点.调查区内大型底栖动物的Shannon-Wiener多样性指数为0～3.40,平均值为2.41;Margalef物种丰富度指数为0～2.40,平均值为1.58.两指数的空间分布趋势较为一致,低值区主要位于调查区北部的沿岸浅水区,其他海域的生物多样性指数较高且无显著的空间差异.以20%的相似性程度划分,取样站可被划为7个大型底栖动物站组,各站组在调查区内呈斑块状分布.其中,有4个站组(站组Ⅰ,Ⅱ,Ⅴ和Ⅵ)的生物量曲线始终在丰度曲线之上,且优势度明显,表明大型底栖动物群落尚未受到显著干扰;其他站组的生物量曲线与丰度曲线相互交叉或非常接近,显示大型底栖动物群落已受到中等程度干扰.统计分析表明,水深,底层水中的ρ(DO),ρ(总磷)共同构成了解释调查区内大型底栖动物群落结构的最佳环境因子组合,它们与栖息密度(R=0.484)和生物量(R=0.489)的相关关系均达到显著水平(P<0.01).     

典型城市化区域土壤重金属污染的空间特征与风险评价

随着我国城市化的快速发展,土壤环境面临着较高的生态环境风险.本文以我国南方某典型城市化区域土壤环境作为研究对象,共采集表层(0～20 cm)土壤样品106份,亚表层(20～40 cm) 96份并测定其重金属含量,然后采用内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害法评价其生态风险程度,最后通过空间插值探讨其生态风险空间分布.结果表明,表层土壤Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg的含量范围分别为2. 87～84. 64、1. 40～56. 00、2. 75～125. 05、15. 05～201. 39、1. 46～89. 92、0. 001～0. 92、15. 29～160. 07和0. 006～0. 52 mg·kg~(-1);亚表层土壤的含量范围为3. 56～75. 14、1. 65～71. 58、3. 28～290. 04、17. 99～296. 94、3. 07～65. 67、0. 02～1. 00、11. 10～97. 59和0. 01～0. 41 mg·kg~(-1).依据农用地土壤污染风险管控标准,表层土壤中Cd、Cu、Pb、As和Zn的超标率分别为71. 70%、40. 57%、4. 72%、3. 77%和0. 94%,亚表层土壤中Cd、Cu、As、Zn、Pb和Ni的超标率分别为72. 92%、39. 58%、6. 25%、3. 13%、3. 13%和1. 04%,可见区域主要重金属污染因子为Cd和Cu,土壤重金属空间分布特征显示超标区域集中在区域北部.基于两种评价结果可以看出,北部地区污染程度和生态风险较高,其中Cd为风险指数偏高的主要驱动因子,风险评价空间分布特征与Cd的含量空间分布特征类似,说明区域土壤Cd污染应该引起重点关注.     

优化施肥模式对我国热带地区水稻-豇豆轮作系统N2O和CH4排放的影响

选择海南典型的水稻-豇豆轮作系统进行氧化亚氮(N_2O)和甲烷(CH_4)排放的原位监测,探究不同施肥模式下该系统土壤温室气体排放特征.试验设当地常规施肥对照(CON)、优化施肥量(OPT)、有机无机配施(ORG)、缓控肥替代优化(SCOPT)及不施氮对照(CK)共5个处理,采用静态箱-气相色谱法监测整个种植季土壤N_2O和CH_4排放,并估算增温潜势(GWP)和温室气体排放强度(GHGI).结果表明,各处理水稻季N_2O累积排放量为0. 19～1. 37 kg·hm~(-2),相较于CON处理,优化施肥处理N_2O减排50%～86%;豇豆季N_2O累积排放量为1. 29～3. 55 kg·hm~(-2),除ORG增加14%,其他处理减排16%～59%.各处理水稻季CH_4累积排放量为4. 67～14. 23 kg·hm~(-2),CK、OPT和ORG处理分别较CON增加116%、22%和102%,而SCOPT减少了29%;豇豆季CH_4累积排放量为0. 03～0. 26 kg·hm~(-2),期间出现CH_4吸收.比较两个作物季和休闲期对农田土壤直接排放的温室气体GWP的贡献率,豇豆季在CH_4排放极低的情况下,仍有44. 7%～54. 5%的占比;两种温室气体比较中,N_2O对GWP的贡献率为66. 7%～77. 2%. SCOPT处理的GWP和两季作物GHGI均显著低于CON处理.3个优化施肥处理中,SCOPT的增产减排效果最显著,为最优的施肥方案.     

氨基改性MCM-41对水中1,2-二氯乙烷的吸附

为治理地下水中氯代烃污染,以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)为改性试剂,采用共聚法制备NH₂-MCM-41。利用XRD、SEM、TEM、BET和FT-IR对材料结构进行表征,并研究材料对水中1,2-二氯乙烷(1,2-DCA)的吸附行为。结果表明：氨基取代部分硅羟基,造成孔道毛糙,未改变材料的六方堆积结构;改性后材料比表面积、孔容、孔径分别减小了约10%、25%和26%。氨基的引入增强了材料对1,2-DCA的亲和力和吸附能力,吸附容量由11.75 mg·g⁻¹增加到15.59 mg·g⁻¹,提升32.68%;NH₂-MCM-41对1,2-DCA吸附初始阶段受物理吸附控制,后续过程主要受化学吸附控制;颗粒内扩散拟合表明颗粒内扩散过程是主要控速步骤;等温吸附拟合说明材料吸附位点分布均匀,吸附过程中单层与多层吸附共存;在温度为20 ℃,pH为7时NH₂-MCM-41对1,2-DCA的吸附效果最佳;腐殖酸(HA)和共存阴离子对 NH₂-MCM-41吸附1,2-DCA起抑制作用。由此可知,NH₂-MCM-41能够有效地吸附水中1,2-DCA。该研究成果可为地下水氯代烃污染治理提供相关参考。     

池火灾热辐射下的最小安全距离

防火间距是石油化工企业平面设计中的一个重要参数 ,笔者旨在从流体力学角度研究池火灾发生情况下邻罐之间最小安全距离 ,从而给防火间距的制定提供依据。辐射是储罐区池火灾的主要传热方式 ,作者对池火灾形状以及介质辐射吸收性质进行了适当的简化 ,用CFD软件Fluent对丙烷液化烃储罐池火灾热辐射进行了数值模拟。模拟结果表明对于锰钢材料、内径为 1 2 4 1 0mm液化烃压力储罐 ,稳态池火灾情况下 ,相邻两储罐之间的最小安全距离为 1 5m。     

巨厚砾岩下冲击地压发生机理及加固技术研究

针对深部矿井巨厚砾岩下采场冲击地压的易发性和危险性,运用理论分析和室内相似材料模拟试验方法,对华丰煤矿巨厚砾岩下覆岩运动规律及采场冲击地压发生机理进行研究。研究发现:随着工作面的推进,离层自下而上发育,在巨厚砾岩层下部离层空间达到最大。煤层极限平衡区内集中静载荷能量E静和巨厚砾岩破断、垮落释放的集中动载荷能量E动是造成采场冲击地压的根本原因,并且E动诱发冲击地压的强度更高,危险性更大。当E静+E动-Ef min>0时,采场冲击地压启动。在此基础上,提出一种囊袋式离层加固技术,对离层区域进行横向挤压和纵向加固,有效控制巨厚砾岩断裂、垮落,防止冲击地压的发生,减少地表沉陷,实现了煤矿安全绿色开采。     

河岸带地下水营养元素和有机质变化及与洪水的响应关系研究

河岸带地下水和河水存在复杂的交互作用,地下水和地表水存在明显的补排关系,洪水事件是影响河岸带地下水水质波动的重要水文过程. 以黄河湿地国家级自然保护区孟津湿地为研究对象,通过河岸带地下水营养元素指标(特别是小浪底水库调水调沙期间)野外定位观测,深入分析了河岸带地下水水质变化及其与洪水的响应关系. 结果表明,河岸滩区的农业开发存在明显的氮、磷下渗流失风险. 临近河岸的农耕旱作区,是河流与人工湿地之间一个特殊的氮污染物控制单元,对地下水和河流之间的氮迁移隔离起着极为重要的作用. 在人工湿地,农家粪作为底肥加入可能是磷下渗流失的重要源头,进入地下水中的磷顺着水力坡度还发生着显著的横向迁移,尤其在调水期横向迁移更加明显. 河岸滩区的开发类型及其耕作制度对地下水的硝氮含量产生重要的影响. 在鱼塘区,常年的土壤厌氧环境加重了氮的下渗迁移和积累;在荷塘区,春夏季节,土壤淹没呈厌氧环境,氮迁移和硝化作用显著,在秋冬季节,土壤呈好氧环境,氮硝化作用显著发生,全年氮达到相对平衡的状态;距离河岸50～200 m之间氮的硝化-反硝化作用强烈,是一个高效的微生物氮净化单元. 人工湿地施用的农家粪是有机物流失的重要源头,河岸滩区土壤质地呈沙性,渗透能力强,土壤保水保肥能力差,在此区进行农业活动,尤其是人工湿地开发中大量施用肥料,容易造成土壤表层有机质和氮磷养分因灌溉而导致的下渗流失,进而污染地下水与河水,较由降雨引起的地表径流流失显得更为突出. 距离河道50～200 m的范围是重要的污染净化单元,为典型的滩区地下水-河流的水陆交错带. 该区域的合理保护,对于保护河流水质和地下水水质十分重要.     

乌江梯级筑坝对河流碳酸氢根的影响机制

梯级筑坝显著改变了河流碳的生物地球化学循环。为了了解梯级筑坝对河流HCO_3~-的影响,本文对乌江中上游梯级水库的HCO_3~-浓度、溶解无机碳同位素(δ~(13)CDIC)及相关的环境参数进行了长时间跨度的分析。乌江中上游梯级水库-河流体系HCO_3~-浓度为1 42154～3 38752μmol/L,平均值为2 36321μmol/L;δ~(13)CDIC为-1066‰～-452‰,平均值为-854‰;梯级筑坝导致河流具有下游HCO_3~-浓度升高的变化趋势。河流筑坝发电,易形成峡谷型深水水库。碳同位素证据和相关性分析表明,上层的光合作用和下层的呼吸作用成为控制发电水库碳循环的主要因素。这导致HCO_3~-浓度在水库剖面上呈现出由上层至下层逐渐增高的变化规律,再加上水库底层泄水的发电方式,最终导致梯级筑坝河流下游HCO_3~-浓度逐渐升高。本研究将加深梯级筑坝对河流碳循环影响机理的理解。