海洋中微塑料的环境行为和生态影响

微塑料一般指直径小于5 mm的微小型塑料颗粒或碎片,海洋中常见的微塑料类型主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。由于形状、颜色多变,分子量大,结构稳定,粒径范围与浮游植物相近,海洋中的微塑料很容易对浮游植物、浮游动物和其他海洋动物等产生影响。微塑料还可以为病毒、细菌提供附着载体,影响浮游植物分布,进入海洋生物消化道或进一步转移到组织中对机体产生毒性效应,甚至通过捕食作用沿食物链传递,对高等动物及人类健康造成威胁。此外,微塑料可以作为海水中痕量化学物质的吸附载体,对生物产生联合毒性。根据目前对微塑料的研究进展情况,未来应加强对海洋微塑料分离、鉴定技术的研发以及海洋微塑料的生物毒性效应和生物传递效应机制等问题的研究。

微塑料与有机污染物的相互作用研究进展

微塑料(粒径小于5 mm的塑料)作为海洋中一种新型的污染物正受到越来越多的关注。微塑料在全球多个海域均有检出,根据其来源分为原生微塑料和次生微塑料。原生微塑料由人工直接制造所得,常见于日常生活用品中;次生微塑料由大块塑料制品长期风化、磨损和光解形成。塑料自身含有多种有机添加剂,不断向环境中释放,污染海洋环境;微塑料表面还可吸附有机污染物,此吸附作用受两者的物理化学性质和环境条件影响,吸附污染物后的微塑料生物毒性增强。另外,聚合物复合光催化材料可加快有机污染物如染料的光降解反应速率,因而微塑料可能会促进有机污染物的光解。针对目前微塑料对有机物光降解的贡献、机理鲜见研究的问题,未来应加强以下3方面的研究:(1)微塑料对不同有机污染物光降解是否存在影响?(2)微塑料类型、尺寸以及反应条件对有机污染物光降解如何影响?(3)微塑料对有机污染物光降解影响的内在机制是什么?

溶解性黑碳促进水环境中四环素的光降解

具有固碳功能的生物炭材料在土壤修复和水体污染治理中的大规模施用导致了溶解性黑碳的(dissolved black carbon,DBC)的大量释放,其在污染物的环境地球化学过程发挥着重要作用.相比于天然溶解有机质,DBC稠环度高、芳香性强、分子量小,有更高的光电转化效率,更易产生活性中间体促进有机污染物的光降解.但不同热解温度(heating temperature,HTT)和生物质类型的DBC对水环境中抗生素(antibiotics,ATs)的光降解影响尚有待深入研究.本文选取不同HTT(300—600℃)的芦苇和芦竹生物炭制备DBC,表征其基本理化性质及结构特征,研究其对水环境中典型ATs四环素(tetracycline,TC)光降解过程的影响,探究关键水环境条件的影响.结果表明,随着HTT升高,两类DBC的有机碳含量呈先升高后降低趋势,平均分子量呈先降低后增加趋势;芳香性官能团含量增加,芳香性增强,腐殖酸和富里酸类物质含量升高.所有DBC均促进了TC的光降解(16.3%—97.0%),促进效果随HTT的升高而呈上升趋势.HTT相同时,芦竹DBC对TC光降解的促进效果高于芦苇DBC.水环境中常见阴离子(NO_(3)^(-)、HCO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)、Cl^(-))及阳离子(Fe^(3+)、Ca^(2+))均在不同程度上抑制了TC的光降解;碱性(pH 7—11)环境中DBC对TC光降解的促进作用强于酸性(pH 3—5)环境.活性中间体猝灭实验表明DBC对TC光降解的促进作用主要由三重激发态DBC(3DBC*)主导.本研究拓展了人们对水环境中DBC环境行为及其对共存ATs归趋的理解,为水环境中ATs环境过程和生态风险的预测提供了理论依据.

铜离子对海洋浮游动物褶皱臂尾轮虫的世代毒性效应

本文针对近岸海域铜离子污染严重,可能对海洋渔业资源重要饵料浮游动物褶皱臂尾轮虫(Brachionus plicatilis)产生种群世代毒性效应的问题,通过连续多代暴露和净化实验,探究了铜对褶皱臂尾轮虫繁殖能力和生活史特征的影响。结果显示:同一世代,与空白对照相比,50μg·L^(-1)Cu^(2+)显著地降低了轮虫的产卵数和净生殖率;从F0到F1代,轮虫的产卵数、净生殖率和内禀增长率呈升高趋势,寿命和世代时间呈降低趋势,这可能是轮虫为保持最大拓殖能力的一种种群适应策略;从F1~F3代轮虫的产卵数、净生殖率、内禀增长率和寿命随暴露世代明显降低,世代时间呈上升趋势,轮虫的繁殖能力显著下降,其生活史特征发生明显改变,Cu^(2+)对轮虫产生了世代毒性和代际效应。但经过2~3代的净化后,Cu^(2+)对轮虫的不利影响逐渐消失,其繁殖潜力和生活史特征均恢复到污染前状态。该研究结果表明,对重金属污染严重的水域进行污染治理和生态修复将有助于受损浮游动物褶皱臂尾轮虫种群和渔业资源的恢复。

畜禽养殖环境中抗生素抗性基因污染的研究进展

畜禽养殖中抗生素不当使用导致的抗生素抗性基因(ARGs)污染问题日益严重,引起了国际社会的广泛关注。养殖环境中的ARGs不但可通过吸附、解吸、迁移等途径发生跨介质扩散,也可通过水平基因转移(HGT)使耐药性跨菌属传播,甚至通过食物链传递给人类,对公众健康造成潜在威胁。然而,目前缺少以大健康视角总结分析畜禽养殖环境ARGs赋存特征、关键环境过程和阻控技术的研究,导致对ARGs传播风险的评估和污染阻控对策的制定难以有效开展。本文在分析不同国家、畜种、环境介质中ARGs污染水平差异的基础上,阐述了ARGs在畜禽养殖环境中的关键环境过程和主要影响因素,重点论述了当前畜禽养殖业ARGs的污染阻控技术,最后结合大健康的方法理念,指出了目前研究存在的不足和亟需加强的方面,尤其强调了明确ARGs时空演变规律和环境过程机制、开发绿色高效的污染阻控技术的重要性与紧迫性,以期为畜禽养殖环境中ARGs健康风险评估和污染阻控技术的开发提供理论依据。

潜流人工湿地堵塞程度的原位测定研究

人工湿地因其生态友好、运行费用低廉、处理效果好而被广泛运用于污水处理中,然而潜流人工湿地在运行过程中会发生填料堵塞,导致其利用率下降、寿命缩短,但目前还缺乏简单有效的原位测定人工湿地堵塞程度的方法和仪器.为了客观地评价湿地的堵塞程度,以渗透系数法为测定原理构建了人工湿地堵塞程度原位测定法,结合压力探测和数据处理模块开发了人工湿地堵塞程度原位测定仪,并进行了实验室试验和原位测量以检验方法和仪器的可行性.实验室试验中测量了利用砂土和砾石模拟的不同程度的堵塞.结果表明:当填料砂土与砾石的质量比为2∶1、4∶1、8∶1时,堵塞系数分别为0. 69、0. 84、0. 91 km/d,测得的堵塞系数和填料比例显著相关,能够准确地反映堵塞程度.原位测量选择运行了1～5 a的4个潜流人工湿地(A、B、C、D湿地)进行,运行一段时间后,潜流人工湿地入口处、湿地管道破损处和使用时间较长的湿地堵塞系数较高,最高达0. 998 km/d,而运行情况良好的D湿地堵塞系数在0. 5 km/d以下.研究显示,原位测定结果能很好地反映湿地的堵塞情况.

辽东湾海水中金属基纳米颗粒的赋存水平与环境风险

纳米科技的迅速发展使得纳米材料,特别是金属基纳米颗粒(NPs)的环境污染问题备受关注.海洋(特别是近海海湾)是金属基NPs重要的“汇”,然而环境浓度的缺失阻碍了金属基NPs在海洋环境中的风险评估.本文采用单粒子电感耦合等离子体质谱法(sp-ICP-MS)探究了辽东湾海水中Ag、Ti、Cu和Zn基NPs的赋存水平及空间分布,并基于金属基NPs对海洋生物的预测无效应浓度(PNECs),使用风险表征比(RCR)对4种金属基NPs在辽东湾的环境风险进行了评估.结果表明,使用sp-ICP-MS以稀释法(Ti、Cu和Zn基NPs)和浊点萃取法(Ag基NPs)可以实现对4种金属基NPs的准确定量,回收率分别为97.1%、96.4%、95.3%和96.7%.空间分布表明,辽东湾中Ti基NPs的平均浓度最高(3.98×10^(8)个/L),其次为Ag、Cu和Zn基NPs;Ag基NPs在辽东湾西部沿岸浓度最高(6.81×10^(7)个/L),其他3种NPs则在北部沿岸大凌河口浓度最高,分别为1.87×10^(9)(Ti基NPs)、5.86×10^(7)(Ag基NPs)和2.12×10^(7)个/L(Zn基NPs).4种金属基NPs中,Ag基NPs的环境风险最高,在所有调查的16个站位中,有15个站位为“中风险”;4种NPs的总体环境风险(RCRtotal)在所有调查站位均处于“中风险”,且Ag基NPs对总体环境风险的贡献最大(>50%).本研究将有助于科学认识辽东湾海域金属基NPs的赋存水平和客观评估其环境风险.

聚合钛盐除藻污泥的资源化回收及其光催化性能

采用一步煅烧法从钛基混凝剂混凝后的富藻污泥中回收制备TiO_(2)纳米颗粒,并经光沉积法制备了Pt负载的TiO_(2)光催化剂(Pt@TiO_(2))。采用XRD、SEM、TEM、EDS、BET对Pt@TiO_(2)进行了表征,结合PL光谱、UV-Vis DRS谱图探究了不同Pt负载量(以TiO_(2)纳米颗粒的质量为基准,下同)Pt@TiO_(2)光催化降解4-氯苯酚(4-CP)的活性,考察了Pt@TiO_(2)用量(即在一定体积4-CP溶液中的加入质量,下同)、4-CP溶液质量浓度、溶液pH、腐植酸质量浓度对4-CP降解率的影响,并考察了最优催化剂的循环稳定性。结果表明,Pt负载量为0.3%的0.3%Pt@TiO_(2)具有最佳的光催化降解4-CP的活性,其为纳米球形(介孔)结构,平均孔径约为10 nm,晶格间距0.350 nm。当4-CP初始质量浓度为20 mg/L、0.3%Pt@TiO_(2)用量为0.5 g/L、pH=7时,催化剂可在60 min内完全降解4-CP。Pt@TiO_(2)光催化降解4-CP的活性物种为羟基自由基和超氧自由基,0.3%Pt@TiO_(2)循环使用5次后,仍可降解92.5%的4-CP。

高光谱显微成像技术在微/纳米塑料分析检测中的新应用

随着塑料污染问题的日益严重,微/纳米塑料因其对生态环境及人体健康的潜在风险而备受关注,精准识别并鉴定复杂介质及生物体中的微/纳米塑料(以纳米塑料为主)已成为该领域深入发展的瓶颈。高光谱成像是一种前沿分析技术,能够对微/纳米颗粒、生物大分子等进行非破坏性、多组分检测,提供目标样品的空间信息和光谱特征,实现精确识别和定量分析。由于该技术在生物体无标记原位成像应用中的可行性,近年来在微/纳米塑料分析检测中展现出巨大的应用潜力。对高光谱显微成像技术的工作原理进行阐述,总结了该技术在生态环境、生物医学等不同科学领域及交叉学科的发展,重点分析了该技术在微/纳米塑料分析检测中的优势,系统综述了该技术在不同环境介质(如,水、大气)和生物体中微/纳米塑料检测的应用。最后,对高光谱显微成像技术未来的功能开发及研究方向进行了建议及展望,为建立并完善微/纳米塑料的精准识别与鉴定方法提供技术保障。

不同粒径的聚乙烯微塑料对玉米和黄瓜种子发芽和幼苗生长的影响

近年来,微塑料(MPs)对土壤生态系统的污染和危害备受关注。聚乙烯(PE)微塑料对农作物生长发育的影响主要聚焦于粒径和浓度效应,但粒径和浓度的交互作用对植物的生长的影响知之甚少。该研究通过发芽试验和盆栽实验探究了3种粒径(13、58、178μm)PE微塑料在不同质量分数(0、0.1%、0.5%、1%、2%)下对玉米(Zea mays L.)和黄瓜(Cucumis sativusL.)种子发芽、幼苗生长及根系形态的影响。结果表明,3种粒径的PE微塑料均不同程度地降低了玉米和黄瓜种子的发芽势和芽长,种子活力指数下降;对于幼苗生长,除了0.1%的PE13显著增加了玉米株高,0.1%和0.5%的PE13显著增加了玉米根体积和根表面积外,3种粒径的PE均不同程度地抑制了玉米和黄瓜幼苗的生长。双因素方差分析结果显示PE粒径、质量分数和二者交互作用均显著影响玉米种子的发芽,且质量分数效应更显著,而PE对黄瓜种子发芽仅存在质量分数效应;PE对玉米幼苗的株高、黄瓜地下部鲜质量和干质量以及玉米的根尖数具有更显著的粒径效应。RDA分析结果也显示,PE对玉米和黄瓜种子的萌发、幼苗的生长和黄瓜的根系形态存在显著的粒径效应和质量分数效应,PE粒径越大和质量分数越大其抑制作用越显著;PE的浸出物重金属Zn和Cu以及有机添加剂对玉米和黄瓜种子的萌发、幼苗的生长和根系形态均有不同程度的负面效应。

黄河口湿地典型盐碱植被群落土壤氮素的季节动态及根际效应

于5、8和10月对黄河口湿地典型断面盐碱植被群落进行3个航次的野外生态调查,研究了不同植被覆盖的湿地土壤氮素的时空分布特征及典型盐碱植物碱蓬和芦苇群落土壤氮素的根际效应,并基于线性模型的冗余分析(RDA)探讨土壤理化参数对氮素分布特征的影响.结果表明,黄河口湿地5月和10月土壤氮素含量高于8月,土壤氮素以有机氮为主,无机氮以铵态氮为主;总体上,表层土壤氮素含量芦苇>碱蓬>光滩,光滩土壤氮素含量低于碱蓬和芦苇群落土壤的30%—50%;光滩、碱蓬和芦苇群落剖面土壤总氮、有机氮和铵态氮在0—10 cm表层含量最高,随土壤深度其含量下降,硝态氮在土壤中呈现显著淋溶作用,其峰值出现在地下土壤层30 cm左右;碱蓬和芦苇群落根际土壤氮素含量均高于非根际土壤,且碱蓬根际土壤氮素含量显著高于芦苇根际土壤(P<0.05).RDA分析结果表明,影响土壤氮素分布特征的主要理化参数是土壤有机碳含量和pH.植被种类影响黄河口湿地土壤氮素的累积,一般情况下土壤氮素的累积量呈现芦苇>碱蓬>光滩的特征,并具有明显的季节差异,相对芦苇群落,碱蓬在生长季节8月份根际土壤中积累更多的氮素.

微塑料与水中污染物的联合作用研究进展

微塑料(直径<5mm的塑料)因其吸附、迁移性能和生物毒性成为目前研究的热点。微塑料进入水体后,会与水中的持久性污染物和重金属进行相互作用,与它们单独作用于生物的毒性效应不同。本文从微塑料对污染物的富集、迁移以及微塑料与污染物的联合毒性效应方面,对微塑料与污染物的联合作用进行了总结。环境中的微塑料能通过吸附作用富集水中有机污染物和金属离子,该过程主要受微塑料自身性质、塑料的老化程度、污染物的空间分布和其他环境条件的影响。污染物能以微塑料为载体在环境和生物体间迁移,包括空间上的转移和生物体内的转移。微塑料与污染物联合作用于生物体时,会通过增加摄入浓度、加剧组织损伤和降低机体抗性等方式增强污染物对生物体的毒性效应,或者通过降低污染物接触浓度、污染物或共污染物的生物可利用性减缓污染物对生物体的毒性效应。未来应对微塑料的吸附行为、相互作用机制以及评价方法、生物积累和慢性毒性进行探究。

不同粒径商品聚乙烯微塑料对2种蔬菜种子发芽和幼苗生长的影响

陆地生态系统中微塑料(MPs)污染问题已成为全球关注的热点环境问题。MPs对土壤生物的影响表现出生态毒性和遗传毒性,但不同粒径MPs对典型农作物生长的影响有待深入研究。因此,本研究通过发芽实验和盆栽实验研究不同粒径(23μm、54μm和155μm)的聚乙烯MPs(PE-MPs)在不同污染浓度下(0.1%、0.5%、1%、2%和5%(m∶m))对西红柿(Lycopersicon esculentum)和辣椒(Capsicum annuumL.)种子发芽、幼苗生长及根系发育的影响。结果表明,3种粒径的PE-MPs对2种作物发芽的影响存在差异。对西红柿,不同粒径的PE-MPs在高浓度(5%)下均显著抑制了种子发芽,降低了种子活性,但并无显著的粒径差异。对辣椒而言,不同粒径的PE-MPs在5%的暴露浓度下均显著降低了辣椒种子活性,且23μm的PE-MPs抑制程度最大,但仅23μm和54μm的PE-MPs显著抑制了种子的发芽。盆栽实验表明,23μm的PE-MPs在5%的暴露浓度下显著抑制了西红柿和辣椒幼苗的生长,54μm和155μm的PE-MPs对其影响较小。此外,对根系发育而言,2%和5%浓度的23μm的PE-MPs暴露下,西红柿根系变得细长,但对辣椒根系无显著影响。PE-MPs对2种作物发芽的抑制效应可能是由于其在种子表皮和根毛上积累,造成物理堵塞,抑制了对水分和营养物质的吸收导致的。PE-MPs还可能通过释放添加剂对植物生长造成毒性,抑制其对水分及营养元素的吸收,改变幼苗酶活性,扰乱作物中的氧化还原稳态抑制植物幼苗生长。本研究为深入评估农业生态系统中不同粒径PE-MPs污染的生态风险提供了基础数据。

碳纳米材料的环境降解及其降解机制

碳纳米材料(carbon nanomaterials, CNMs)是一类具有优异物理化学特性的新型材料. CNMs在广泛应用过程中不可避免地进入环境,对环境中的生物体造成一定危害.同时,环境中的CNMs在自然条件下可能会发生降解,而降解后的CNMs由于材料结构和性质上的改变进而影响其生物毒性.因此,亟需对CNMs环境降解途径系统地进行探究和总结.本综述围绕CNMs的生物降解和非生物降解这两种主要的降解方式展开.生物降解包括酶降解、细菌降解和细胞降解,非生物降解则重点阐述了光降解和(光)化学降解这两大过程.通过系统总结降解的反应条件、降解终点、中间产物和终产物等降解特性,最终揭示了CNMs环境降解的规律和机制.此外,我们结合尚未明了的降解机制和降解的环境限制条件对CNMs降解研究中面临的挑战和发展方向进行了展望.本综述为深入理解CNMs的环境归趋和长期环境风险提供了重要的理论支持.

生物炭对盐渍化土壤改良的研究进展

盐渍土的绿色改良和利用是培育健康土壤、保障全球粮食安全和缓解气候变化的重要保障。具有固碳、污染物控制和生态修复等多功能的环境友好型材料生物炭在土壤改良方面潜力巨大。近年来,生物炭对盐渍土改良的研究也备受关注。然而,生物炭对盐渍土的改良效果表现出极大的复杂性和不确定性,不同研究得出的结论差异较大,关键机制缺乏系统的总结。这极大地限制了生物炭技术在盐渍化土壤改良中的应用以及生物炭产业化的发展。基于此,综合分析了生物炭对盐渍化土壤物理、化学和生物学性质的影响,重点阐述了生物炭特性与盐渍土改良效果之间的联系和关键机制,最后指出了目前研究存在的不足和需要加强的方面,尤其强调了从土壤健康角度综合评估生物炭改良盐渍土效果的重要性和紧迫性,以期为生物炭的应用推广提供理论依据,为盐渍土壤的绿色开发提供技术保障。

热解温度和时间对香蒲生物炭性质的影响及生态风险评估

以典型湿地挺水植物香蒲(Typha angustifolia)为原料,采用慢速限氧热解法在200~500℃下分别热解2 h和6 h制备香蒲生物炭(TBCs),探究热解温度和热解时间对TBCs基本性质的影响,同时以微生物大肠杆菌HB101(E.coli HB101)和农作物油葵(Helianthus annuus)种子为受试生物,初步评估了其生态风险.结果表明,热解时间2 h和6 h对TBCs的性质无明显影响,而热解温度显著影响TBCs的性质.随热解温度的升高,TBCs产率降低;碳(C)和灰分含量增加,氢(H)和氧(O)含量逐渐降低;pH显著增加;表面孔隙结构增加;含氧官能团减少,芳香化程度增加;养分元素总磷(TP)和钾(K)含量显著增加.TBCs中溶解性有机质(DOM)的主要组分为腐殖酸类物质和富里酸类物质,随热解温度升高,腐殖酸类物质含量降低,富里酸类物质含量升高.所有TBCs对E.coli HB101生长和油葵种子萌发无显著影响,表明实验条件下TBCs无潜在生态风险.本研究为湿地废弃生物质资源化利用提供了一种新途径,同时也为筛选适用于贫瘠土壤改良的BC改良剂提供了重要的理论依据.

微纳米塑料在典型日用塑料制品使用过程中的释放规律及机制

塑料制品由于低廉和便利性,在生活中被广泛的应用.然而,塑料制品在日常使用过程中会产生并释放微纳米塑料(MNPs),可通过呼吸、无意摄入等方式进入人体,带来潜在的健康风险.因此,明确塑料制品在使用过程中MNPs的释放情况具有重要的现实意义.本文详细总结了“食品包装及容器”“母婴用品”“医疗及防护用品”“衣服与织物”以及“其他日用品”等5类典型日用塑料制品在各自主要使用场景下MNPs的释放情况.其中,“食品包装及容器”类塑料制品的研究最丰富,主要释放出聚丙烯材质的、颗粒状的MNPs,且约70%的MNPs粒径分布在0~100μm.进一步归纳了塑料制品在机械破碎、热降解和其他作用下(光/生物降解)的释放机制.其中,机械应力(如磨损、搅拌、洗涤等)导致塑料制品发生的机械破碎,以及温度的变化(高温或冷冻)是引发塑料制品释放MNPs的主要机制.此外,深入分析了影响塑料降解和释放的关键因素,发现机械应力强度的增强、温度的升高和降低、光照(紫外光)时间的延长、微波时间和强度的增加、使用时长和次数的增多以及接触物质的成分等均会促进MNPs的释放;同时,塑料的种类和结构也是影响MNPs释放的重要原因之一.随后,探讨了其他有机化合物(如,酚类、酯类、芳香族化合物)、重金属离子(如,砷、铬、铅离子)、金属纳米颗粒(如,铜纳米颗粒)等添加剂在MNPs产生过程中的释放情况.最后,对塑料制品的未来研究方向进行了建议和展望,为探明塑料制品对人体健康的影响提供了理论支持.

海产物种体内微塑料的赋存、来源及其潜在人体健康风险

微塑料(microplastics,MPs)污染已成为全球备受关注的环境问题.目前,海洋环境已成为全球MPs污染的“汇”.海产物种可以通过多种途径从海洋环境中摄入MPs,其生长、繁殖和营养品质等必然会受到MPs污染的影响.海产品作为人类获取优质蛋白的重要来源,摄食MPs污染的海产品可能对人类健康构成潜在威胁.因此,本文归纳总结了全球常见海产物种(如甲壳类、双壳贝类和鱼类等)体内MPs的赋存水平,并探讨了影响其污染水平的因素(如MPs形状、生物摄食方式和栖息地等).此外,明晰了海产物种中MPs的主要来源(陆源输入、船运排放、大气沉降和渔业活动),特别强调了渔业活动对海洋环境和海产物种MPs污染的重要贡献.同时,阐明了MPs对海产物种的生长发育、氧化应激、免疫反应和生殖能力等方面的毒性效应,及其对海产物种营养品质带来的负面影响;进一步归纳了海产物种中MPs污染对人体健康的潜在风险;最后,对海产物种中MPs的污染防治策略及其生态风险等方面的未来研究方向进行了建议和展望.本文有助于科学评估海产物种体内MPs可能引发的食品安全问题和人体健康风险.