水生环境中微塑料自身及负载有机污染物的生物富集效应

微塑料广泛存在于水体环境中,由于其具有较高的疏水性而能够负载有机污染物,同时影响它们在生物体内的累积与毒性.目前在微塑料对污染物生物富集过程的作用方面尚有分歧,其根源在于大部分的室内暴露研究往往缺乏对复杂环境介质的考量,而野外场景的模型分析又少了验证环节.生物富集和生物放大效应通常是对于传统污染物而言的,对于微塑料来说暂无明确的界定,本文就此展开详细讨论.本文归纳了野外或室内暴露的不同环境条件下,微塑料在水生生物体内的生物富集特点;分析了影响微塑料生物有效性的关键因素;探索了微塑料对共存有机污染物生物有效性的影响和规律;评估了关键水环境化学因素对微塑料和共存有机污染物在生物体内累积的影响.本文将有助于我们深入认识微塑料在水生生态系统中的累积情况,及其对共存有机污染物在生物体内运移的贡献和可能存在的生态风险,也将为微塑料风险评估及政策导向提供重要依据.     

环境中微塑料的迁移分布、生物效应及分析方法的研究进展

微塑料由于其粒径小、光降解能力弱等特点,被视为一种潜在持久性有机污染物,是近年来研究的热点.在微塑料的来源、迁移分布、生物效应和分析方法方面,国内外已有大量的研究,但是缺乏对已有近期研究成果的比较系统、全面的综述.因此,本文对近几年来微塑料在自然环境(陆地、淡水和海洋)中迁移分布、生物效应和分析方法方面的研究进展进行了归纳总结:环境中微塑料的来源分为初级微塑料的直接排放和环境中大块塑料的降解;微塑料在环境中迁移主要通过淡水环境在陆地和海洋环境之间双向迁移;当前,微塑料在环境中的分布研究主要集中在海洋环境中,研究证实微塑料通过洋流作用分布于整个海洋;微塑料的生物效应主要分为摄入效应和与有机污染物结合的复合效应,微塑料对生物的潜在健康风险被初步证实;微塑料的分析方法是微塑料相关研究的基础,很多仪器方法(如显微镜检、光谱质谱分析)已经应用到微塑料的分析鉴定之中,一些新的仪器联用技术(如扫描电子显微镜与能谱仪联用、热吸附解吸与气相色谱质谱联用)也被开发出来.今后应加强对陆地和淡水环境中微塑料的分布、生物效应以及对人体健康影响的研究,并发展更为准确的微塑料定性定量分析方法.本文为微塑料的污染防治提供了较为系统的参考资料,也为该领域的研究、发展提供了可借鉴的思路.     

海岸环境中微塑料污染及其生态效应研究进展

海洋及海岸环境中的微塑料作为一种新型污染物近年来受到广泛关注.通过系统调研,综述了近10年来国际上在海岸环境中微塑料污染及其生态效应方面的研究进展;认为完善高效准确的微塑料分析与鉴定方法,建立可靠的源解析技术和模型仍然是当前海岸环境微塑料研究亟待解决的关键技术难点.同时,基于洋流、潮汐等水动力模型揭示海岸环境微塑料的时空分布规律,结合微塑料表面特性阐明微塑料与毒害污染物结合与释放机制,系统构建微塑料及其复合污染物的生态与健康风险评估的方法学平台和基础数据库将是今后该领域研究的热点.因此,在联系国际前沿科学问题与关键技术难点的基础上,紧密结合海岸带污染特征,未来应重点加强海岸带微塑料污染状况的调查、监测、与其他新型污染物的复合机制、跨营养级生物传递与富集规律、以及管理体系等研究,以提升海岸带微塑料污染的研究水平和监管能力.     

封面说明

正微塑料通常是指直径小于5 mm的塑料碎屑和颗粒.微塑料作为一种新污染物,被列入环境与生态科学研究领域的第二大科学问题,成为与气候变化等并列的重大全球环境问题.本期"环境微塑料"专题系统介绍了水、土、气、生、沉积物等多介质环境中微塑料的研究现状与进展,展望了环境微塑料未来研究方向与关键科学问题.封面图片显示了环境中塑料垃圾分解产生的微塑料通过摄食与呼吸等途径进入人体的过程与积累.     

滨海河口潮滩中微塑料的表面风化和成分变化

微塑料作为新兴环境污染物日益受到关注,但对真实环境中不同类型微塑料的表面形貌、成分及其变化了解甚少,相应的方法学研究多处于探索阶段.本研究以受人类活动强烈影响的黄渤海沿岸河口潮滩为对象,运用多种显微技术和微分析方法,研究了微塑料类型、表面形貌及其成分变化.采用光学显微镜和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)分析表明,潮滩环境中微塑料除了碎片、纤维、薄膜等形貌类型外,还存在发泡类和树脂类颗粒.表面呈现不同形状和大小的皱褶、微孔、裂纹或凸起等,可能受到了机械摩檫、化学氧化或生物侵蚀等作用.运用衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪(attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy,ATR-FT-IR),在分析微塑料聚合物成分的基础上,鉴定出潮滩环境中微塑料表面具有羧酸、醛、酯或酮类等含氧官能团.通过裂解气相色谱-质谱(pyrolysis gas chromatography-mass spectrometry,pyr-GC-MS)不仅鉴定出纤维类微塑料是聚乙烯与聚丙烯共混聚合物,还观测到发泡类风化表层与剥离风化表层后的内部之间的成分差异,其中,油酸腈、芥酸酰胺、ɑ-N-去甲基美沙醇、1,1-二苯基-螺[2,3]-己烷-5-羧酸甲酯、棕榈酸十八酯和棕榈酸十六酯等含氧、含氮化学物为风化表层特有,进一步证实了河口潮滩环境中微塑料表面含氧物质的存在.由此可见,环境中微塑料表面在风化的同时还发生了成分的变化.未来应关注海岸和海洋中微塑料的表面变化过程和生态环境效应研究.     

常见塑料薄膜制品在UV作用下的性能变化特征

塑料自问世以来给人类的日常生活带来极大改变和方便,但同时由于其难降解性而产生大量塑料垃圾.这些垃圾在光、物理、化学和生物等作用下发生破碎降解产生微塑料,成为环境中微塑料的一个重要来源.本研究选取生活中常见的食品包装袋、垃圾袋、厚塑料膜和快递包装袋等塑料薄膜制品开展UV光降解实验,通过拉伸性能检测,结合红外光谱和扫描电子...     

典型塑料的生物降解及其降解机理

塑料由于具有易于加工、运输和储存以及化学性质稳定等特点,在生产生活中应用非常广泛,但同时也增加了其进入自然环境并在环境中长期停留的可能性.环境中的塑料在生物和非生物因素作用下可发生物理和化学性质的变化.其中,生物降解既是塑料不可避免的环境行为之一,也是环境友好型塑料废弃物的处理方法.因此,探究塑料的生物降解更加具有现实和生态意义.本文首先详细总结了动物、植物、微生物和酶对塑料的生物降解过程,然后进一步归纳并揭示了塑料的生物降解机理.动物和植物对塑料的生物降解均与微生物和酶相关.微生物首先定殖在塑料表面形成生物膜,然后分泌胞外酶或胞内酶将塑料分解为分子量较低的低聚物、二聚体或单体,它们可以被微生物作为碳源而吸收,最终矿化生成CO_2、CH_4、H_2O等.此外,本文深入分析了影响塑料生物降解效率的关键因素,包括塑料种类、玻璃化转化温度、表面亲疏水性等自身性质,动物、微生物和酶的不同种类和性质,以及温度、氧气含量、太阳辐射等环境因素.同时,还讨论了塑料生物降解产物的环境行为,塑料经生物降解后产生的小尺寸碎片和低聚物以及释放的增塑剂等具有不同程度的生态毒性.最后,本文对塑料生物降解的未来研究方向进行了建议和展望,为探明塑料的环境归趋提供了理论支持.     

大气环境中微塑料分布与迁移及生态环境影响研究进展

新兴污染物微塑料广泛分布于水体、陆地和大气环境中,大气中的微塑料研究起步较晚,但其潜在生态环境影响的范围更广.本文以2015年以来发表的大气微塑料相关文献为基础,对室外环境大气与室内大气中微塑料的分布、来源、迁移过程和生态环境影响进行了系统的综述.研究表明,大气微塑料已分布于全球大气中,其分布特征与室内外环境、下垫面类型和污染扩散等环境因素相关.大气环境中微塑料主要来源于塑料制品的生产、使用和回收过程,少量来源于陆地和海洋中积累的微塑料.值得关注的是,新冠肺炎疫情中口罩的使用可能加重了大气中的微塑料污染.微塑料在大气环境中可发生悬浮、沉降和扩散等迁移过程,并受到微塑料形态、风力、风向和降水等因素的影响.微塑料在大气中的扩散,也称大气传输,是全球塑料循环的重要一环.目前多采用混合单质点拉格朗日集成轨迹模型(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory, HYSPLIT)进行后向轨迹模拟以研究其扩散路径,主要通过统计沉降量并结合空气动力学模型估算其传输量.大气中的微塑料能够影响区域大气环境质量,可能通过影响热收支和水循环等因...     

食用蔬菜能吸收和积累微塑料

微塑料(100 nm～5 mm)作为一种新型环境污染物,具有潜在的动植物和人体健康风险,其污染已成为高度关注的全球环境问题.当前已有不少关于微塑料在水生生物体内积累的报道,但对于陆地生态系统的研究则相对匮乏,高等植物对微塑料的吸收和积累更未见报道.本文基于室内培养实验报道了微塑料在生菜(Lactuca sativa)体内的吸收、传输及分布.通过激光扫描共聚焦荧光显微镜和扫描电子显微镜观察发现,聚苯乙烯微球(0.2μm)可被生菜根部大量吸收和富集,并从根部迁移到地上部,积累和分布在可被直接食用的茎叶之中.研究结果为开展土壤-植物系统中微塑料积累机制及食物链传递与健康风险研究提供了新依据.     

以PET聚合物为例定量评估微塑料的非主动陆地输入

微塑料的水体污染已受到广泛关注,但对于陆地环境中微塑料的污染问题,特别是除塑料废物填埋或堆放以外的微塑料非主动陆地输入,目前知之甚少.聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是产用量最大的塑料之一.本研究优化了基于化学解聚-液相色谱连接三重四级杆质谱的PET聚合物定量分析方法,使其对降尘与污泥中PET的检测回收率达到94％～ 1...     

湖泊——内陆水体微塑料污染的热点区域

近年来越来越多的研究开始关注内陆水体的微塑料污染状况。湖泊由于其独特的水文水动力特征,可能成为流域内微塑料的重要汇,因此湖泊也是内陆水体微塑料污染研究重点关注的区域。目前,对北美洲、亚洲、欧洲、非洲和南美洲大中型湖泊的相关研究发现了丰度较高的微塑料污染。流域内人类活动产生的塑料垃圾是湖泊微塑料污染的主要来源,并且对湖泊中微塑料的分布产生重要影响。人类活动密集的湖泊和水库区域微塑料丰度也较高。风力和湖流作用下微塑料在湖泊内水平迁移;而在相对静稳的湖泊中,水动力条件、生物膜和颗粒物的协同作用、水生生物的摄食,使得微塑料从水表层到沉积物表层垂向迁移。未来,湖泊微塑料污染还需要采用标准化调查方法,进一步解析微塑料污染的来源,并从生态系统角度评估湖泊微塑料污染的毒性效应。     

南沙群岛及邻近海区的微体生物与环境研究

由中国科学院组织的南沙综合科学考察队近10年来在我国南沙群岛及其邻近海区进行了包括地球科学各个领域的综合考察,取得丰硕的科学研究成果。其中的微体生物(包括微体古生物及其现代类群)研究中,共分析了177个站位的表层样和7个岩芯柱的937个分层样(图1),开展了包括有孔虫、介形类、放射虫、苔藓虫、腹足类、双壳类、硅藻、沟鞭藻、孢粉和钙质超微化石(颗石藻)等10个大类群的分析研究工作,几乎涉及微体生物的所有门类。该项成果以分类学研究为前提,讨论它们的现代区系特征、生态特征和沉积埋藏特征,进而分析微体生物各浮游类群和底栖类群分布与海洋环境的关系,从中总结和归纳可作为指示环境变化的指标;在此基础上进一步分析柱状样品,依据各柱状样包含的晚第四纪以来微体生物组合与演     

滨海潮滩土壤中微塑料的分离及其表面微观特征

微塑料(5 mm)作为海岸带地区的新型污染物正越来越受到关注.本研究以我国河北省曹妃甸围填海区潮滩土壤为例,采用自行改进设计的连续流动-气浮分离一体化装置,有效分离和提取了潮滩土壤样品中微塑料,并结合扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)对微塑料表面的微观特性进行了表征.研究结果表明,供试土壤中微塑料丰度达到317 n/500 g(其中n表示微塑料个数),平均粒径为1.56±0.63 mm,其中1 mm的微塑料占49.8%;微塑料丰度上整体呈现随粒径变小而增加的趋势.在土壤中分离到碎片、颗粒、纤维和薄膜四类微塑料,其中,黑色碎片类微塑料为首次报道的类型.颗粒类微塑料丰度最大但平均粒径最小.土壤中微塑料表面均有不同程度的风化痕迹,具有不同形态和大小的微孔结构.在部分微塑料中还发现其表面附着稳定的铁氧化物.未来需要深入研究了解基于微塑料表面特性的污染物结合机制、生物积累与生态毒性,尤其更需关注丰度较高、颗粒更细的1 mm的这部分微塑料(MP1).     

见微知著 塑战速决——面向可持续发展的环境微塑料研究

正2004年,英国科学家Thompson等人[1]首次在Science上提出"微塑料"(microplastics)一词,即需要借助显微镜才能较好地观察到的塑料颗粒. 2008年,在美国华盛顿大学举办的第一届国际海洋微塑料分布、影响及归趋研讨会上,微塑料被定义为直径小于5 mm的塑料颗粒,并得到广泛应用[2].从此,微塑料研究成为全球环境领域的热门话题.在2016年召开的第二届联合国环境大会上,     

滨海城市大气环境中发现多种微塑料及其沉降通量差异

微塑料污染已成为全球高度关注的海陆环境问题.微塑料的大气污染研究在国际上鲜见报道,在中国尚属空白.本文基于大气沉降样品的收集和分析,报道了中国滨海城市大气环境中微塑料的类型、沉降通量及季节性变化的研究成果.分离和鉴定结果表明,采样点大气环境中微塑料有4种形貌类型,即纤维类、碎片类、薄膜类和发泡类,绝大部分为纤维类,占95%;这些微塑料的主要成分为聚酯(纤维类)、聚氯乙烯(纤维类和薄膜类)、聚乙烯(碎片类)和聚苯乙烯(发泡类).在粒径上,春、夏、秋、冬四季均以小于0.5 mm的颗粒为主,占50%以上.大气微塑料沉降通量可达1.46×10~5个/(m~2 a),其中纤维类达1.38×10~5个/(m~2 a);不同类型微塑料的沉降通量变幅在0~6.02×10~2个/(m~2 d),以纤维类的最高.微塑料沉降通量存在季节性差异,春、夏、冬季较高,秋季最低.本研究认为滨海城市大气环境中微塑料可能会通过沉降进入陆海环境,成为海洋和海岸环境中微塑料的重要来源,未来需要加强大气环境微塑料污染特征、沉降规律及生态效应的系统研究.     

海盐中微塑料的研究进展

自从海盐中检测出微塑料以来,其健康风险已引起广泛的关注。文章综述了海盐微塑料的来源、分布、物理特性、化学组成、检测技术以及相关研究进展,并对未来的研究进行展望。研究表明,海盐中微塑料可能来自海水及加工过程,产自亚洲的海盐中微塑料丰度相对较高。检出的微塑料尺寸大多小于500 μm,其主要成分为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)。海盐微塑料检测技术主要有光学显微镜法、光谱分析法、热分析法等。     

设施农业土壤微塑料污染及其对细菌群落多样性的影响

设施农业土壤普遍使用塑料薄膜覆盖和施加大量有机肥,可能成为微塑料污染区.对杭州湾沿岸集中连片设施农业区54个表层土壤样品的调查研究表明,黑色地膜覆盖土壤中微塑料丰度普遍高于透明棚膜、棚膜与地膜结合覆盖土壤,微塑料最高丰度可达1560个/kg,聚乙烯薄膜类微塑料普遍存在.进一步通过聚乙烯微塑料污染土壤暴露培养29 d的试...     

多学科交叉与未来环境科技工作者的成才之路

本文利用辩证法的思想，以环境科学的发展历程和环境科学研究对象的复杂怀的依据，论证了环境科学的多学科相互交叉特点和未来环境科技工作者必须走多学科相互交叉之路的观点。多学科相互交叉的成才之路要求未来环境科技工作者不仅具备广博的多学科基础知识和分析问题，解决问题的能力，而且还要保持对学科前沿的掌握和对实际需要的了解。     

浅谈我国地球环境与生命过程研究中的一些科学问题

社会可持续发展的需求与人类环保意识的增强对地球地表环境与生命协同演变的研究提出了更高和更具体的要求. 地球表层环境生物地球化学过程及地生物学效应是认识与解决地表环境与生命演化的关键科学问题, 其核心研究内容概括为生源要素的环境生物界面动力学及生态效应; 毒害污染物的环境生物地球化学过程及机体影响; 地表环境变化的地生物学响应与生命适应机制; 污染地表环境的生态风险评估与生物修复等. 古生物学作为一门地质学和生物学的古老交叉学科, 在地球系统科学研究中能够发挥独特的作用. 古生物学家和地质学家应当更加关注地质历史时期环境的变化对生物演化的影响, 从而为研究现代环境和生物多样性的关系提供更多历史的借鉴. 基于我国地层古生物学研究的现状和资源的优势, 提出了我国在地史时期环境变迁与生命演化研究领域值得关注的几个热点的科学问题. 经济的快速发展推动了地球科学发展的同时也产生一些新的问题, 如荒漠化加重、环境污染的加重、化石资源的破坏等, 这些都对我国地球环境与生命过程的研究提出了严峻的挑战.     

转基因植物生产生物可降解塑料的研究进展

塑料制品需求日益增加,传统的合成塑料废物已带来越来越严重的环境污染问题,生物可降解塑料的研制与开发迫在眉睫.聚-β-羟基丁酸酯(简称PHB)是生物可降解塑料中研究得最多的一种.为降低PHB的生产成本,提高PHB与传统塑料的市场竞争力,可向植物体内引入PHB生物合成途径.以植物为表达载体,利用CO2及光能合成PHB,是大规模廉价生产PHB的一种很有前景的方法.