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.     

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.     

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.     

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.     

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...     

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%～104%.通过质谱检测发现, PET在天津市大气降尘和污水处理厂剩余污泥样品中广泛存在,浓度分别高达776～5400μg/g(降尘)和296～519μg/g(污泥).可估算在天津市范围内大气沉降和污泥施用导致的PET微塑料陆地输入通量分别为4.8～28和28～49 t/a.此外,某垃圾填埋场矿化垃圾土中的PET浓度为73～944μg/g.本研究提出了微塑料陆地输入的具体通量数值.大气沉降输入是微塑料非主动陆地输入的重要途径,其输入的区域时空分布较为均匀.而污泥施用与矿化垃圾土再利用则可能导致微塑料在农田和城市园林中的高强度集中输入,其生态风险值得关注.     

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。     

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.     

滨海湿地环境中微塑料表面性质及形貌变化

海岸带湿地是微塑料的重要聚集区.目前,对海岸带真实湿地土壤环境中微塑料表面形貌和性质变化研究甚少.本研究选取我国北方温带的黄河口盐沼湿地和南方亚热带的北部湾红树林湿地,以聚苯乙烯发泡和聚乙烯薄膜为受试微塑料对象,通过原位土壤掩埋(地下暴露)和非掩埋(地上暴露)定位试验和定期采样,观察和分析微塑料表面形貌、官能团、比表面积和疏水性等变化,以揭示南北典型生物地理海岸带湿地环境微塑料表面性质及形貌变化特征.在形貌上,南方北部湾红树林湿地中发泡微塑料表面出现更多的凹坑和孔洞,地上暴露的发泡18个月后,表面发生脆化和易脱落现象,而地下暴露的未出现此现象;对于比表面积,黄河口盐沼湿地原位土壤掩埋发泡和薄膜的更高;对于羰基指数,黄河口盐沼湿地土壤环境中发泡和薄膜表面的增长速率更快,地上暴露的微塑料更容易老化;对于表面疏水性,南北两类湿地土壤中掩埋薄膜表面疏水性均降低.对于微塑料类型,发泡和薄膜型微塑料均以大孔和介孔为主,发泡表面形貌更易发生变化,但薄膜比表面积变化更大.可见,滨海土壤环境微塑料表面性质及形貌变化与湿地类型及条件、微塑料种类及其暴露方式和时间等多因素有关,但对这些变化的机理有待深入研究.综上,本研究可为我国海岸带环境微塑料表面微界面化学过程和环境行为研究及其风险管控提供科学依据.     

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.     

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.     

海洋中的塑料垃圾和微塑料：从污染到治理

<正>轻便、耐用的塑料制品自1960年代量产以来,迅速在全球得到广泛应用。到了1990年代,塑料污染逐渐成为环境污染的重要议题,特别是海洋中的塑料垃圾与微塑料污染成为亟待解决的全球性海洋环境问题。许多塑料垃圾在海洋环境中难以降解并持久存在,小型海洋塑料垃圾,即微塑料,对海洋生态系统的潜在风险也使得海洋塑料垃圾和微塑料问题备受关注。目前,国际上尚未形成全球层面且具有法律约束力的行动。海洋中的塑料垃圾和微塑料要实现从污染到治理,还有很长的路要走。     

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.     

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的试验结果表明,微塑料的添加会一定程度抑制土壤细菌群落丰富度的恢复. 16S r RNA高通量测序结果显示,土壤细菌群落结构的改变不随微塑料暴露量的增加而加剧, 1%暴露量时聚乙烯微塑料对土壤细菌群落结构的影响比5%暴露量时更为显著;土壤中的微塑料暴露主要使鞘脂单胞菌目(Sphingomonadales)、黄色单胞菌目(Xanthomonadales)、丙酸杆菌目(Propionibacteriales)、Chitinophagales、鞘脂杆菌目(Sphingobacteriales)和黄杆菌目(Flavobacteriales)等相对丰度显著上升,而未分类的放线菌目(unclassified Actinobacteria)、β-变形菌目(Betaproteobacteriales)、粘球菌目(Myxococcales)、芽单胞菌目(Gemmatimonadales)等相对丰度显著下降; KEGG代谢通路预测显示土壤微塑料污染可能会影响异黄酮等次级代谢产物的生物合成,促进多环芳烃的降解.未来需进一步从相关功能基因角度探讨微塑料污染对土壤中养分和外源污染物生物转化的影响.     

秸秆还田影响汞污染地区“稻田汞”环境行为的研究进展

秸秆还田是一项正大力推广的农业措施,既可避免秸秆焚烧导致的空气污染,又可通过提升土壤肥力、改善土壤性质而促进作物生长.与此同时,秸秆还田对农田重金属生态风险的影响值得关注.已有不少研究报道了秸秆还田导致铜、镉、锌等重金属生物有效性下降,然而秸秆还田对土壤中汞环境行为与风险的影响却鲜有报道.本文综述了近年来秸秆还田影响汞污染地区"稻田汞"行为与风险的研究进展.近期研究揭示秸秆还田可显著提升"稻田汞"的生态风险:秸秆还田可影响"稻田汞"的地球化学相态分布、汞的微生物甲基化、汞的生物有效性,以及汞的植物累积,并讨论了这些影响可能的内在机制(如微生物活性上升、秸秆产生溶解性有机质导致汞活性上升等).本文所阐述的信息,有助于从机理层面理解陆生系统中汞的行为与风险,并有助于汞污染地区有关秸秆处理方式的决策.     

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显微镜手段,分析了它们在UV光降解过程中的性能变化特征.结果表明, 6种塑料膜的断裂伸长率均随光照时间增加而降低,杨氏模量一般随光照时间增加先升高后降低,而拉伸强度随光照时间增加呈先升高后降低或者持续降低的变化趋势,食品包装袋和可降解垃圾袋在光照强度为160 W/m2的UV光照射36 h后发生脆化无法进行拉伸性能测试,易于破碎为微塑料,而快递包装袋180 h后断裂伸长率仍达76%;光降解过程中聚乙烯发生氧化断链反应,分子结构发生变化,食品包装袋光降解的主要产物为醚类物质,厚塑料膜和快递包装袋的降解产物包含酮、酯或酸类物质和乙烯基等,但聚乙烯作为塑料的主要成分没有变化;光降解后塑料的表面和拉伸断裂截面均产生细小裂纹,发生脆化.研究结果可以为环境中大片塑料垃圾的行为过程、微塑料来源及环境风险评估等研究提供基础数据.     

霾污染天气大气微生物气溶胶特性的研究进展

自从2013年以来,中国霾事件频发,霾污染已经成为全国人民广泛关注的环境问题之一.霾污染的本质是大气细颗粒物污染.大气颗粒物的生物成分(即生物气溶胶)与其化学成分一样,不仅对空气质量和人群健康具有潜在威胁,而且对全球气候变化以及大气物理化学过程也具有间接影响.然而,目前学术界对大气颗粒物的生物成分及其性质的研究相对滞后,尤其是对霾污染天气大气颗粒物中微生物的多样性、丰度及其时空变异特性等基本科学问题认识不足.因此,本文综述了目前霾污染天气大气微生物气溶胶的研究现状,结合我们的研究着重阐述了在不同霾污染程度下生物气溶胶的浓度、粒径分布与群落结构特性,以及空气污染和环境因子对生物气溶胶分布的影响机理等方面存在的问题.最后,给出了未来霾污染过程生物气溶胶研究应主要开展的5个方面的工作展望,以期为深入理解霾天生物气溶胶的来源、变化机理以及评估不同空气质量的健康影响提供参考.     

生物气溶胶的昨天、今天和明天

生物气溶胶在环境与健康、大气环境、生物反恐、传染病、公共卫生、生态环境、气候变化以及食品安全等方面均有重要影响.过去10年,国内外生物气溶胶领域研究方向、研究对象、研究人员发生了巨大变化.例如,从事大气化学研究专家学者也陆续开展生物气溶胶研究等.生物气溶胶的研究手段也日新月异,其中新型生物气溶胶监测技术、捕获系统、各种生物传感器、微流控技术以及高通量测序等技术使得科学界对空气中的微生物有了更多新的认识.人体生物气溶胶排放与室内微生物健康效应等成为了当前研究热点之一,包括对大气颗粒物的氧化潜势的影响.由气溶胶传播导致的呼吸系统感染仍然是危害人类生命的一大杀手,特别是对于低龄儿童.呼吸道病原体的快速高通量筛查目前已取得了重要进展,然而病原体在空气中的传播致病机理、大气污染对其活性的影响、有效传播距离等依然存在争议.局部地区军事冲突风险加剧,生物气溶胶形式的大规模杀伤性武器的使用风险也在升高.此外,空气中耐药基因成为新一类生物污染物,其传播也得到了广泛的关注.通过集成空气采集、微流控以及多种生物传感器,科学界在生物气溶胶的实时在线甄别、生物预警方面迈出了重要的一步.呼出气生物气溶胶也越来越被用来研究疾病的早期诊断筛查,其中在医院环境中传播导致的感染受到特别关注.在生物防护与灭活控制方面,如低温等离子体与纳米材料滤膜的研究,科学界也取得了进步.该综述对生物气溶胶的过去、现在以及未来发展态势和前沿研究方向进一步凝练、讨论,指出存在的科学问题与技术挑战.未来通过进一步加强多学科的交叉合作,包括军民融合,有望使得生物气溶胶的研究迈上新的台阶.     

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