论文部分内容阅读
微塑料(Microplastics)作为一种新型污染物,广泛分布在海洋环境中,被称为海洋中的“PM2.5”。由于其较小的尺寸(<5mm),容易被海洋生物所摄食,并通过食物链传递对生物体产生一定的物理和毒性危害,最终对整个生物系统产生潜在的生态风险。目前海洋微塑料污染引起了国内外学者以及公众的高度关注。对微塑料进行源解析并估算其排放通量是微塑料管控的基础和关键环节。由于环境中微塑料的复杂性,目前并未建立微塑料源解析体系,多是在实地调研的基础上对特定研究区域的微塑料进行定性化的源解析。此外,目前微塑料源排放方面的研究多针对于大块塑料垃圾,而针对海洋中另一重要的种类一初级源微塑料的排放及入海通量方面的研究相对较少,且并未得到广泛的关注。建立微塑料源解析体系并对近海环境中微塑料进行源解析,估算微塑料的排放量及入海通量,可为微塑料的“源-汇”研究提供一定的思路与参考,最终为微塑料管控提供一定的理论指导。有研究报道我国是向海洋排放塑料垃圾最多的国家之一。我国的江苏沿海地区是主要江河的入海口,且沿岸人口密集,又有许多新兴的临海工业区,可能会带来一定的微塑料污染。目前江苏近海环境的微塑料污染仍缺乏“源-汇”的系统性研究。基于以上研究背景,本研究以江苏近海海域以及典型人工构筑物海区为研究区,重点关注其表层水体及沉积物中的微塑料污染特征,并系统分析影响其空间分布的主要因素。另外,本研究在前人研究的基础上建立相对较为全面的微塑料源解析体系,并应用在江苏近海区域,定量化该区域的微塑料来源组成,并针对主要种类提供一定的政策建议。最后针对该区域主要的微塑料类型-初级源微塑料绘制了空间精细化的排放清单,并估算其入海通量。在此基础上与江苏近海环境中的微塑料种类组成进行对比,最终提出了微塑料精准防控的政策建议。研究的主要结论如下:(1)江苏近海海域的水体和沉积物中的微塑料分布均呈现东西向近岸高、远岸低,南北向长江口北支区域较高的分布趋势。微塑料在江苏近海水体和沉积物中普遍存在。表层水体中微塑料(d<5mm)的丰度为0.0998±0.0720个/m3。沉积物中的微塑料丰度为0.1858±0.0927个/g(干重)。从可比的微塑料丰度来看,江苏近海的微塑料的污染处于中等偏低水平。该区域的表层水体和沉积物中微塑料的分布均呈现东西向近岸高(水体:0.1441±0.0864个/m3、沉积物:0.2208±0.1020 个/g)、远岸低(水体:0.0691±0.0417 个/m3、沉积物:0.1557±0.0711个/g),南北向长江口北支海区较高(水体:0.1431±0.0707个/m3、沉积物:0.2740±0.1240个/g)的分布趋势。近岸与远岸的微塑料丰度之间具有显著性差异,但南北向仅长江口北支区域和辐射沙脊群区域沉积物中的微塑料丰度之间具有显著性差异(非参数Kruskal-WallisH检验,P=0.034<0.05)。陆源输入和水动力条件是影响研究区微塑料分布格局的主要因素。该区域沉积物中微塑料丰度与粒度之间并无相关关系。研究区水体和沉积物中的微塑料占比最多的形状均为纤维状,分别为71.61%和39.21%,占比最多的成份分别为PE(33.99%)和PES(40.65%),南北不同区域之间的各种微塑料特征都具有明显的差异。(2)人类活动影响下的水动力效应是影响江苏典型人工构筑物区域(如东风电场区域)微塑料的空间分布与迁移的主要因素。通过对江苏典型人工构筑物区域—如东风电场区域中微塑料的污染状况的研究发现,该区域表层水体中微塑料丰度为0.330±0.278个/m3,沉积物中丰度为2.697±1.284个/g(干重)。在江苏近海处于较高的污染水平。从全球尺度来看,污染水平中等偏上。风电场内微塑料丰度(水体:0.208±0.052个/m3、沉积物:2.361±0.951个/g)均低于风电场外区域(水体:0.708±0.381个/m3、沉积物:3.707±2.058个/g),且风电场建立越早其微塑料丰度越低。该区域布设站点区域内微塑料的来源较为均一,人类活动影响下的水动力效应是影响该区域微塑料分布的主要因素。风电场的存在会增加落潮阶段的底部切应力,使底床更多的泥沙被起动和输送,而微塑料与沉积物中细颗粒物质的尺寸与密度类似,也亦被起动和输运,导致风电场区域内的微塑料丰度相对较低。该区域沉积物中微塑料丰度和沉积物平均粒径之间负相关关系(R=0.622*,N=12,P<0.05)也证实了水动力或沉积环境对微塑料分布与迁移产生的影响。(3)文章在建立了初步源解析体系的基础上,对江苏近海中的微塑料进行了定量源解析,表层水体和沉积物中占比最多的微塑料来源分别为“hardFragdeco”和“Fibthin”类。本章在前人文献综述的基础上建立了指示特定源的微塑料分类体系,用于微塑料的初步源解析。根据微塑料的形貌特征以及化学成份方面的特征,分类体系共区分出10种来源的微塑料,并量化了其属于每种来源的可能性。本文以江苏近海为案例区,使用上述源解析体系对该区域表层水体和沉积物中的微塑料进行了源解析。在表层水体和沉积物中分别有效识别出了 10类和9种来源的微塑料,且占比最多的分别为“hardFragdeco”(常见塑料垃圾的降解)和“Fibthin”(衣物纤维)类来源的微塑料,分别占比为29.72%和61.94%。通过对江苏近海不同海区水体中微塑料的来源种类组成发现,海州湾区域和长江口北支区域中微塑料来源种类占比最高的都是衣物纤维类(“Fibthin”),分别占其全部微塑料的38.40%和40.44%,这些海区应加强入海水系沿岸农村地区的排水系统建设,并提高污水处理中对微塑料的拦截率;辐射沙脊群海域水体中的微塑料以“hardFragdeco”类为主(51.95%),该区域应加强入海河流中塑料垃圾的治理。由于海洋中的微塑料复杂的运输及沉降机制,故沉积物中与表层水体中同种来源的微塑料分布存在一定的差异。(4)2015年中国大陆地区共排放73.73万吨的初级源微塑料,其中约1/6进入海洋,衣物纤维类和轮胎灰尘类微塑料占比最高。本研究首次建立了中国大陆初级源微塑料的排放清单,并分析了其排放特征。2015年中国大陆地区的初级源微塑料的排放量为73.73万吨。从省域尺度来看,初级源微塑料的排放密度主要取决于人口密度和经济发展水平,中国大陆地区平均每人每年约产生538g的初级源微塑料。2015年中国大陆地区约有12.03万吨的初级源微塑料进入海洋,其中占比最高的是纤维类(37.15%)和轮胎灰尘类(33.67%)。最终分别会有2.90万吨、1.76万吨、4.50万吨以及1.77万吨的初级源微塑料排放到渤海和辽东湾、黄海、东海和台湾海峡以及南海海域。总体而言,衣物纤维类微塑料的排放占比以及在海洋中的浓度都较高。但由于入海通量和环境浓度之间计量单位的差异以及排放量估算的不确定性,初级源微塑料的入海通量组成和海洋环境中微塑料的组成有一定的差异。在污水处理环节增加细筛网拦截微塑料,是减缓微塑料进入水生系统及海洋的短期可行的措施。