IHB OpenIR  > 学位论文
中国典型内陆水体的微塑料污染研究
张凯
Subtype博士
Thesis Advisor刘剑彤
2018
Degree Grantor中国科学院水生生物研究所
Abstract塑料由于其质量轻、结构强、经久耐用,且具有抗腐蚀和绝缘等特点,迅速占领了人们生活的各方各面,成为了使用最为广泛的一类材质之一。然而,它的这些优点确成为了环境的灾难。大量未经合理处置的塑料垃圾进入到环境中,引起了许多负面问题。更糟糕的是这些进入到环境中的塑料垃圾,可以降解成无数微小的塑料颗粒。这些小于5毫米的塑料颗粒被称之为微塑料。微塑料颗粒对水生生物具有潜在的生态风险,而被认为是环境中的新型污染物(CECs)。 研究发现,由于尺寸与外形与沉积物颗粒和某些浮游生物相似,微塑料可以被水生动物摄食。摄入的微塑料,包括纤维和碎片。这些微塑料在被摄食以后可能会聚积在体内,因此那些海洋生物会发生窒息或饱腹感进而影响其营养摄入。塑料中的添加剂随着时间推移,可能释放出来,对水生生物造成威胁。另一方面,由于微塑料较大的比表面积,添加剂和塑料单体更容易从微塑料中释放。微塑料还具有从环境中富集有机污染物的能力,类似于生物的脂肪和沉积物中的生物炭。一旦被摄食,这些吸附的污染物可能重新释放出来,对生物造成不利影响。 微塑料在海洋环境中的赋存情况的研究已相对丰富。这些研究包括近海和远海,甚至包括深海和极地地区。然而,内陆淡水水体的研究还相对较少。内陆水体的微塑料研究十分重要,它能帮助我们更好地了解内陆地区微塑料污染的现状以及陆源性微塑料对海洋微塑料污染的贡献。中国是一个遍布河流跟湖泊的国家,同时也是全球第一大塑料生产国和消费国。在中国乡村等欠发达地区,由于缺乏合理的垃圾管理,导致环境中随处可见恣意抛洒的塑料垃圾。这些塑料垃圾能轻易的进入邻近的水体。因此,在这些地区可能含有较高浓度的微塑料。然而,2014年以前,我国的微塑料研究还没有起步。 本研究调查了我国两类代表性水体——库区河流和高原湖泊的微塑料污染情况。在对三峡库区坝前的干流水体进行调查后发现,干流几个点位的微塑料浓度范围从3407.7 × 103 到13,617.5 × 103 particles/km2不等,四条支流河口的点位微塑料浓度范围从192.5 × 103 到 11,889.7 × 103 particles/km2不等。干流微塑料浓度从上游到下游逐渐增大。所收集到的微塑料都是聚乙烯(PE),聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)。除微塑料外,水样中还观察到高浓度的粉煤灰。与之前报道的数据相比,三峡库区中微塑料的浓度大约高1至3个数量级,表明三峡库区是微塑料污染的潜在热点区域。 除了三峡库区干流的研究外,还季节性调查了库区一级支流香溪河回水区表层水体微塑料赋存情况和时空分布,并调查了沉积物和鱼体内消化道微塑料污染情况。结果显示,三种环境介质中都检测到了高浓度的微塑料,表层水浓度范围从0.55 × 105 到342 × 105 particles/km2,沉积物浓度范围从80到864 particles/m2。表层水收集到的微塑料是PE、PP、和PS材质,而沉积物中收集到的微塑料包括PE、PP、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料材质。染料也在沉积物样品中有发现。25.7%的鱼样品,体内消化道检测到了微塑料,其材质为PE和尼龙。冗余分析(Redundancy Analysis)显示微塑料浓度与水质相关指标的相关性较弱,而与水位和透明度有负相关性。本研究揭示了受库区影响的支流有较高浓度的微塑料含量,水位相关的水动力条件和面源污染是影响微塑料在库区支流回水区聚积的重要因素。 青藏高原由于其海拔高,有极低的人口密度和非常有限的人类活动,被称为世界第三极。青藏高原分布着世界上最多的高海拔湖泊。几种新型污染物在青藏高原地区的污染状况已有报道,然而有关微塑料污染的现状与特征还未见报道。本研究调查了色林错流域四个高原湖泊的湖岸沉积物,并在8个采样点中的6个检测到微塑料,浓度范围从8 ± 14 到 563 ± 1219 particles/m2。根据微塑料浓度分布,我们推测河流输入可能是这偏远地区重要的微塑料来源。微塑料的形态特征显示其应该是从日常使用的塑料制品降解而来。激光拉曼共聚焦显微镜鉴定出的塑料种类有PE、PP、PS、PET和聚氯乙烯(PVC)。在如此偏远,人类活动匮乏的高原湖泊也检测到微塑料,说明微塑料污染是一个全球化的问题。 青海湖位于青藏高原东北部,与色林错流域不同,青海湖每年吸引上百万游客前来观光。虽然也是坐落在人口稀少的高原地区,但游客的影响不可忽略。对青海湖进行微塑料污染研究,发现表层水微塑料浓度范围从5 × 103到758 × 103 particles/km2,其中,中部与南部的点位有较高的检出,北部和河口区有较低的检出。采集到的样品中,0.112到0.5毫米大小,片状微塑料和PP、PE材质的微塑料在各自的分类里所占比例最高。从微塑料在表层水和湖岸沉积物的分布情况,可以看出环湖旅游业是重要的微塑料输入源。湖流也在微塑料的转移中有重要的作用,并促进了微塑料在湖心区域的聚积,导致中部区域较高的微塑料检出。高原较高的紫外线和大风有利于微塑料的形成。即使集水区污染相对较少,封闭的水体也可能聚积较多的微塑料。高原湖泊脆弱的生态系统值得我们更多的关注,因为即使地处偏远,青海湖也没有摆脱微塑料污染的威胁。 有研究发现塑料颗粒对环芳烃(PAHs)和多氯联苯(PCBs)等污染物的具有较强亲和力。但这些研究的塑料颗粒相对较大,而微塑料具有较高的比表面积,因此应该对污染物具有更强的吸附性。本研究针对包括卡马西平(CBZ),4-甲基亚苄基樟脑(4MBC),三氯生(TCS)和17α-乙炔雌二醇(EE2)在内的药物和个人护理产品(PPCP),研究其在PE微塑料(粒径250到280 μm)表面的吸附情况。结果显示,CBZ,EE2,TCS和4MBC的吸附系数(Kd)与各自的疏水性有关,分别为191.4, 311.5, 5140和53,225 L/kg。溶液的盐度从0.05%增加到3.5%不影响4MBC,CBZ和EE2的吸附,但增强了TCS的吸附,这可能是由于盐析效应。以Aldrich腐殖酸(HA)为代表的溶解有机质(DOM)含量的增加,减少了4MBC,EE2和TCS的吸附,这些都与HA有较强的相关性。本研究说明微塑料可能在PPCPs的归趋和输移中发挥重要作用,尤其是那些疏水性化合物。综上所述,我们对中国的两种类型的水体进行了微塑料污染研究并评价了PE微塑料对PPCP的吸附能力和影响因素。在三峡库区和青藏高原的湖泊中均检测到较高浓度的微塑料。三峡库区坝前干流水体的的微塑料浓度由上游到下游呈上升趋势。支流为干流输入了大量微塑料。水库支流回水区的水动力特性也影响了微塑性的积累和分布。微塑料能沉降到水体底层并在沉积物中积累,特别是在水流较小和营养盐含量高的区域,这可能与微塑料的密度和生物膜的形成密切相关。在封闭的水系统中,高原湖泊流域内的所有塑料垃圾最终都会进入湖泊,这造成了青藏高原微塑料污染严重的问题。进一步的研究发现,微塑料可能作为输移PPCPs的重要载体,特别是那些疏水性化合物。据我们所知,本研究是第一个揭示中国内陆水体微塑料赋存特征的研究。
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ihb.ac.cn/handle/342005/39064
Collection学位论文
Recommended Citation
GB/T 7714
张凯. 中国典型内陆水体的微塑料污染研究[D]. 中国科学院水生生物研究所,2018.
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