城乡景观中土壤生态系统微塑料的来源、迁移特征及其风险

土壤微塑料污染的持久性、复杂性及其对土壤生态系统的影响受到越来越广泛的关注,但对其来源、迁移过程等仍有许多问题尚未理清。从复合生态系统的角度,通过对城乡景观中土壤微塑料的来源、迁移过程及其风险等相关研究进展进行了系统梳理,分析了城乡不同景观中土壤微塑料的主要来源和特点,讨论了土壤微塑料在城乡景观中的迁移特征及其驱动力,探讨了土壤微塑料在城乡景观中的生态和健康风险。今后需进一步明确城乡景观中土壤微塑料污染的物质流过程与环境归趋特征,加强微塑料对土壤生态系统的作用过程及生态系统服务影响的研究,揭示土壤微塑料对人类健康的直接或间接影响,建立城乡复合生态系统土壤微塑料污染预测模型,以维护土壤生态安全与人居环境健康。     

微塑料对稻田土壤温室气体排放和微生物群落的影响

微塑料因在土壤环境中广泛存在及其潜在的生态风险而受到越来越多的关注。微塑料的赋存会改变土壤理化性质,并对土壤微生物群落及其驱动的生物地球化学过程产生影响,而相关研究尚处于起步阶段。可生物降解塑料作为传统塑料的替代品,越来越多地应用于农业活动,并释放到土壤中。然而,可生物降解微塑料对土壤微生物特性产生影响的研究鲜有报道。基于此,本试验以我国三江平原水稻田土壤为研究对象,选取了2种常见的微塑料为试验材料,分别为传统型微塑料聚丙烯(Polypropylene,PP)和可降解微塑料聚乳酸(Polylactic acid,PLA),进行了为期41d的微宇宙培养实验,旨在分析不同浓度与类型的微塑料对土壤可溶性有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)含量及官能团特征、温室气体排放以及微生物群落结构的差异性影响。结果表明,传统型微塑料PP与可降解微塑料PLA添加均对土壤理化性质与微生物群落产生显著影响。其中,微塑料添加大体上增加了土壤DOC含量,PLA的促进作用较为明显,且增加含量与微塑料添加量呈正相关;PP和PLA均影响土壤DOC分子结构,削弱了土壤团聚化程度并促进了大分子量DOC化合物的生成;微塑料的添加促进土壤CH₄排放,而有效抑制了土壤CO₂排放;微塑料显著改变了土壤细菌和真菌群落的丰富度与多样性。相关分析结果表明,土壤CO₂累计排放量与芳香族化合物结构及疏水性等官能团特征、变形菌门(Proteobacteria)与放线菌门(Actinobacteria)均呈显著正相关关系。以上结果表明,微塑料添加改变了土壤DOC含量及官能团特征与微生物环境,进而影响土壤温室气体排放。本研究为今后微塑料对土壤地球化学和微生物特性的影响研究提供了科学的思路,同时也有助于评估微塑料对土壤生态系统的生态风险。     

Microplastic ingestion ubiquitous in marine turtles

Despite concerns regarding the environmental impacts of microplastics, knowledge of the incidence and levels of synthetic particles in large marine vertebrates is lacking. Here, we utilize an optimized enzymatic digestion methodology, previously developed for zooplankton, to explore whether synthetic particles could be isolated from marine turtle ingesta. We report the presence of synthetic particles in every turtle subjected to investigation (n = 102) which included individuals from all seven species of marine turtle, sampled from three ocean basins (Atlantic [ATL]: n = 30, four species; Mediterranean (MED): n = 56, two species; Pacific (PAC): n = 16, five species). Most particles (n = 811) were fibres (ATL: 77.1% MED: 85.3% PAC: 64.8%) with blue and black being the dominant colours. In lesser quantities were fragments (ATL: 22.9%: MED: 14.7% PAC: 20.2%) and microbeads (4.8%; PAC only; to our knowledge the first isolation of microbeads from marine megavertebrates). Fourier transform infrared spectroscopy (FT‐IR) of a subsample of particles (n = 169) showed a range of synthetic materials such as elastomers (MED: 61.2%; PAC: 3.4%), thermoplastics (ATL: 36.8%: MED: 20.7% PAC: 27.7%) and synthetic regenerated cellulosic fibres (SRCF; ATL: 63.2%: MED: 5.8% PAC: 68.9%). Synthetic particles being isolated from species occupying different trophic levels suggest the possibility of multiple ingestion pathways. These include exposure from polluted seawater and sediments and/or additional trophic transfer from contaminated prey/forage items. We assess the likelihood that microplastic ingestion presents a significant conservation problem at current levels compared to other anthropogenic threats.     

我国三大水系环境微塑料污染现状及其表面微生物群落特征的研究进展

微塑料(microplastics,MPs)广泛存在于水生生态系统表层,可为水环境中微生物的富集提供独特的生态位,并对生态系统及人类健康造成潜在威胁。我国是塑料生产及使用大国,正面临着严重的塑料污染问题,我国水系的微塑料污染状况及其表面微生物群落的生态效应受到重点关注。本文总结了我国三大水系(长江、黄河、珠江)微塑料污染现状、微塑料表面微生物群落的分布特征及影响因素,最后对我国水环境中微塑料表面的微生物研究现状和未来发展提出总结与展望。     

First record of microplastics ingestion by European hake MERLUCCIUS MERLUCCIUS from the Tyrrhenian Sicilian coast (Central Mediterranean Sea)

A sample of 67 European hake Merluccius merluccius were examined to highlight the ingestion of microplastics in the Tyrrhenian Sea. In all samples, 31 black fibres were found in the stomach contents corresponding to 46.3% of the specimens. The data presented here could be important for the implementation of the EU Marine Strategy Framework Directive in Mediterranean waters.     

聚苯乙烯微塑料对黑藻生长及生理生化特征的影响

为探讨淡水环境中微塑料的污染对沉水植物产生的生理生化影响,选择典型沉水植物黑藻为供试材料,以粒径3 μm的聚苯乙烯微塑料颗粒(PS-MPs)为外源胁迫污染物,通过添加不同浓度的PS-MPs(5、10、30、50、100 mg·L^-1)设置不同暴露组及对照组,测定沉水植物的株高、生物量、叶绿素含量、抗氧化酶活性、光合荧光参数及荧光成像的变化特征。结果表明: 50～100 mg·L^-1PS-MPs下黑藻的株高显著下降;较低浓度下(如5 mg·L^-1)黑藻的鲜重显著升高,但随着PS-MPs暴露浓度进一步增加,黑藻鲜重降低,干重无显著变化。黑藻叶绿素总量、叶绿素a和叶绿素a/b均随PS-MPs浓度的增加呈显著下降趋势,叶绿素b无明显变化。PS-MPs处理下超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性均随胁迫浓度的增加呈先上升后下降的趋势,叶绿素荧光参数(F_o、F_m、F_v/F_m)均呈下降趋势,而稳态下的PSⅡ反应中心关闭程度(1-Q_p-Lss)总体呈上升趋势,这可能与PS-MPs抑制黑藻PSⅡ反应中心有关。黑藻的荧光成像强度随PS-MPs浓度的增加而降低,在PS-MPs浓度为10 mg·L^-1及以下时,黑藻叶片表现出正常的光合活性;当PS-MPs为30 mg·L^-1及以上时,叶片边缘的光合强度小于茎秆及其周边,叶片呈现发黄、残叶等现象。推测黑藻基本能适应低浓度PS-MPs(0～30 mg·L^-1)的污染水域,而在PS-MPs高于30 mg·L^-1的污染水域中其生长和光合作用将受到抑制。     

鄱阳湖湿地水土环境中微塑料的时空分布及多源性

淡水湿地中日益严重的微塑料(MPs)污染已引起全球关注。为了解鄱阳湖典型湿地微塑料的时空动态特征,相继于丰水期和枯水期采集鄱阳湖流域五河入湖段和鄱阳湖汇入长江出湖段的水体和沉积物样品,分别采用消解抽滤法和浮选分离-消解抽滤法分离水体和沉积物中的微塑料,采用显微镜、傅里叶变换红外光谱仪和扫描电镜鉴定分析微塑料表征。结果表明: 鄱阳湖各区域丰水期水体和沉积物微塑料丰度范围分别为32.1～127.3 n·L^-1和533.3～1286.6 n·kg^-1,枯水期分别为87.1～295.5 n·L^-1和460.0～1368.0 n·kg^-1,与其他淡水湿地相比,鄱阳湖具有较高的微塑料丰度,且各区域间呈时空差异性。研究区微塑料的主要形态有微球、碎片、薄膜和纤维等,相应聚合物成分主要为聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)等;水体中微塑料以微球类(丰水期35.7%,枯水期52.0%)为主要形态,沉积物中以碎片类(丰水期45.8%,枯水期69.7%)为主要形态;两个水期水体和沉积物中均以小粒径(<0.1 mm)微塑料占优势(>50%),不同粒径微塑料丰度随粒径增大呈减少趋势。鄱阳湖湿地微塑料的潜在主要来源包括工业废水排放、城乡生活污水处理厂排放、农业和渔业活动以及生活垃圾处理不当。     

微塑料与土壤环境中微生物互作研究进展

作为环境中广泛存在的污染物,微塑料(microplastics)的相关研究备受关注。基于已有研究,本文综合分析了微塑料与土壤微生物(soil microorganisms)的互作关系,微塑料会通过直接或间接的方式影响微生物群落结构与多样性,影响的程度取决于微塑料的类型、剂量和形状。土壤微生物会通过形成表面生物膜和群落选择效应来适应微塑料这一外来物所引起的变化。本文还特别关注了微塑料的生物降解机理,同时探究了影响这一过程的因素,微生物首先会定殖在微塑料表面,分泌多种胞外酶在特定位点发挥作用,将聚合物转化成低聚物或单体,解聚的小分子进入胞内进一步分解代谢,而影响这一降解过程的因素除了分子量、密度、结晶度等微塑料自身理化性质,还包括一些生物因素和非生物因素对相关微生物生长代谢和酶活性的作用。未来研究应注重与实际环境的联系,在深入探究微塑料生物降解研究的同时,开发解决微塑料污染问题的新技术。     

微塑料对湖泊生态系统初级生产者的影响

塑料的广泛应用导致大量微塑料进入环境,尤其是水环境,从而产生环境风险。浮游植物等自养生物是湖泊系统的主要初级生产者,是湖泊食物链的关键组成部分,为食物链的上游提供能量和物质基础。同时,浮游植物也是对微塑料响应最敏感的类群。了解湖泊浮游植物等初级生产者对微塑料的响应是探究微塑料对湖泊生态系统功能影响的重要基础。总结了全球湖泊生态系统微塑料的丰度、类型、尺寸、来源等分布特征,系统分析了微塑料暴露对浮游植物等初级生产者细胞结构、基因表达和生长,以及对浮游植物叶绿素a含量、光合活性的影响,并总结了其中的影响机制。总体而言,微塑料会降低初级生产者的叶绿素a含量,剂量越高、尺寸越小,这种抑制作用越强烈;同时,微塑料也会作用于初级生产者,造成细胞膜损伤、DNA损伤,调控其相关功能基因表达,抑制其生长和光合活性等。然而,湖泊生态系统微塑料的实际检出浓度远低于室内暴露实验中的添加剂量,微塑料结构和组分也更为复杂,野外观测结果与室内培养实验之间还不能建立直接的对应关系。因此,未来的相关研究应集中在如何有效联系野外观测结果与室内培养实验结果,进一步聚焦建立可靠的、可应用推广的微塑料浓度与初级生产者之间的剂量-效应关系模型,探究微塑料对湖泊初级生产者的作用机制,为刻画微塑料对湖泊生态系统初级生产者及其功能的作用机制提供科学支撑。     

Food web transfer of plastics to an apex riverine predator

As a rapidly accelerating expression of global change, plastics now occur extensively in freshwater ecosystems, yet there is barely any evidence of their transfer through food webs. Following previous observations that plastics occur widely in their prey, we used a field study of free‐living Eurasian dippers (Cinclus cinclus), to test the hypotheses that (1) plastics are transferred from prey to predators in rivers, (2) plastics contained in prey are transferred by adults to altricial offspring during provisioning and (3) plastic concentrations in faecal and regurgitated pellets from dippers increase with urbanization. Plastic occurred in 50% of regurgitates (n = 74) and 45% of faecal samples (n = 92) collected non‐invasively from adult and nestling dippers at 15 sites across South Wales (UK). Over 95% of particles were fibres, and concentrations in samples increased with urban land cover. Fourier transform infrared spectroscopy identified multiple polymers, including polyester, polypropylene, polyvinyl chloride and vinyl chloride copolymers. Although characterized by uncertainty, steady‐state models using energetic data along with plastic concentration in prey and excreta suggest that around 200 plastic particles are ingested daily by dippers, but also excreted at rates that suggest transitory throughput. As some of the first evidence revealing that plastic is now being transferred through freshwater food webs, and between adult passerines and their offspring, these data emphasize the need to appraise the potential ecotoxicological consequences of increasing plastic pollution.