乌梁素海微塑料空间分布及迁移-沉降规律

来源 :内蒙古农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenglian_chen
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微塑料作为一种易迁移、粒径小、危害大的新型污染物,在水体环境研究中受到越来越多的关注,目前在海洋、河流、高山湖泊、城市湖泊、水库等环境中都发现了微塑料的踪迹,但大多以微塑料的基础调查、受外界环境影响的水平迁移分布和在水体中的毒理效应为主,关于微塑料自身性质影响其在不同环境中的迁移分布以及不同类型微塑料的迁移分布与风速相关性的研究为数不多。本文以北方典型浅水湖泊乌梁素海作为研究区,以微塑料为研究对象,结合微塑料与悬浮颗粒在水体中相似的环境行为,又考虑其不同之处,参考悬浮颗粒的研究方法,提出一种针对新型微塑料的研究方法,并采用自制新型微塑料捕获器收集样品,准确量化不同类型微塑料垂向的沉降过程,使用室内试验和显微镜观测相结合的方法,调查乌梁素海水体和沉积物中微塑料的污染水平,探究乌梁素海微塑料的来源,分析密度、尺寸、形状参数对微塑料在不同介质中迁移发挥的作用,并采用风险指数(H)模型和负荷污染指数法(PLI)对湖泊水体和沉积物环境中微塑料的生态风险进行评价,确定等级和污染程度;探究微塑料发生垂向迁移-沉降过程时,自身物理性质(密度、尺寸、形状)以及不同风速对不同类型微塑料的影响。本文主要研究结果分列如下:1.乌梁素海水体中微塑料丰度范围在(621±62.8)-(1224±185)n·L-1之间,随着湖泊水流方向由北向南呈波浪形分布,其中湖泊入湖口和景区丰度值较高。三个不同密度范围的微塑料中,1.0-1.2g·(cm~3)-1的微塑料在湖泊中丰度最高;三个粒径范围的微塑料中,介于0.5-2mm的微塑料丰度最高且呈现由北向南递减的趋势;另外,在四种不同形状微塑料中,纤维状微塑料分布均匀且占主导地位。根据拉曼光谱的结果显示,乌梁素海水体中微塑料有5种材质,分别为聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),其中,聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)含量高。2.乌梁素海沉积物中微塑料丰度范围在(582±45)-(1013±49)n·100g-1之间,且在各个采样点的微塑料丰度均普遍较高,其丰度在湖泊中呈现中部湖区高、两端低的趋势,其中入湖口附近丰度最高。密度范围为1.0-1.2g·(cm~3)-1的微塑料在湖泊沉积物中的丰度较高,尺寸为0.05-0.5mm的微塑料丰度较高且呈现由北向南递增的趋势。另外,沉积物中微塑料主要以薄膜状和纤维状为主。根据拉曼光谱的结果显示,在乌梁素海沉积物中发现与水体中相同的5种材质微塑料,其中密度较大的聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)含量较高。3.采用风险指数(H)和污染负荷(PLI)指数两种模型分别从微塑料成分毒性和丰度角度评估了微塑料在不同环境中总体的潜在生态风险。结果表明,水体和沉积物中的微塑料污染处于中、重度水平,另外沉积物介质总体上比水体环境的生态风险更大。4.乌梁素海中低密度微塑料聚合物(密度小于水体)在垂向上的沉降通量随风速的增加而变大,其中纤维状和不同尺寸(0.05-0.5mm、0.5-2mm、2-5mm)低密度微塑料聚合物沉降通量与风速具有相关性,其相关系数在0.268-0.836之间。另外,根据傅里叶红外光谱的检测结果显示,低密度微塑料聚合物的主要成分为聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)。5.乌梁素海中高密度微塑料聚合物(密度大于水体)在垂向上的沉降通量与随风速的增加而变大,其相关系数在0.72-0.894之间。且与低密度微塑料聚合物相比,高密度微塑料聚合物受风力影响更大。另外,根据傅里叶红外光谱的检测结果显示,高密度微塑料聚合物的主要成分为聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和人造丝(RAY)。6.乌梁素海中微塑料的自身性质(密度、尺寸、形状)对其在水体中水平方向和垂向迁移-沉降过程都有重要影响。对于不同密度的微塑料来说,密度越大水平方向的迁移距离越短,更倾向于发生垂向的沉降过程,密度越小则迁移距离越长。对于不同尺寸来说,微塑料粒径越小,迁移距离越长,粒径越大,迁移距离越短。对于不同形状来说,纤维状和薄膜状微塑料更倾向于水平方向的迁移,碎片状和球状微塑料更倾向于发生垂向的沉降。
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