论文部分内容阅读
微塑料（Microplastics,MPs,粒径小于5 mm的塑料颗粒）是一类疏水性强、比表面积大和难被降解的新型污染物。由于其颗粒小、数量大,广泛分布于海洋、湖泊、河流、土壤、沉积物和生物中,近年来受到国内外关注。2015年微塑料问题已被列为环境与生态科学领域亟待研究的第二大科学问题。尽管目前超过96%的微塑料研究集中在海洋生态系统,然而约80%的海洋MPs被认为是来源于陆域系统。作为初级及次级MPs重要的“源”和“汇”,河流和湖泊是MPs迁移转化及入海传输的重要渠道,更是受人类活动和物质运输影响的重要区域。目前针对微塑料在地表水环境中调查尤其是饮用水源区污染赋存和生态风险评价的数据非常有限。因此本研究以淀山湖和太浦河为研究对象,通过H2O2消解过滤-体视镜拣选考察了淡水环境中MPs的丰度、粒径、颜色和形态。应用傅里叶变换红外显微光谱仪（μ-FTIR）对聚合物进行定性分析。探明了流域微塑料的污染负荷、空间分布、组成特征和生态风险。在方法学和基础数据方面为MPs的环境行为和生态风险评价提供科学参考。本文主要研究结果如下:（1）淀山湖西纳太湖,东达黄浦江,是上海市最大的天然淡水湖和区域重要的饮用水源保护区。基于“源-汇”设计,本研究对淀山湖18个采样点表层水进行了调查研究。结果显示,微塑料100%被检出,表层水中微塑料的丰度范围为0.58-5.38 items/L,平均值为1.96±1.08 items/L。位于近生活区采样点的微塑料丰度（2.49±1.26items/L）显著高于风景区（1.54±1.28 items/L）和农田区（1.17±0.43items/L）。另外,出湖口采样点的微塑料丰度（3.57±2.16 items/L）显著高于入湖口（2.12±0.58 items/L）及其他位置（1.50±0.73 items/L）,表现出明显的空间分布差异。纤维是最常见的微塑料形态（88.0%）、“小粒径”（＜0.5 mm）和“黑色”微塑料占据主导地位,分别占比56.4%和57.9%。聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene terephthalate,PET）是最主要的聚合物类型,占比72.9%。其次为聚乙烯（Polyethylene,PE,11.9%）和聚丙烯（Polypropylene,PP,3.81%）。不同采样点微塑料的形态-粒径-颜色-聚合物赋存特征指示其潜在污染来源（纺织品的洗涤、渔业活动及农用地膜使用）。与长江口其他研究相比,淀山湖地表水微塑料的污染风险处于轻微水平(污染负荷指数PLIZONE＜10),但这些微塑料会通过黄浦江-长江口排入东海,由此带来的生态风险是持续且积累的,需要进行长期的监测。本研究评估了淀山湖水域的微塑料污染现状,为补充水生生态系统中的微塑料潜在风险提供科学依据。（2）太浦河依次流经江苏、浙江和上海,因其独特的产业结构特征,聚集了众多纺织印染企业,是太湖流域水质和生态评估的重要组成部分。基于微塑料的迁移特征,本研究对太浦河13个采样点的表层水（水面下0-15 cm）和底层水（河床上0-15 cm）样本开展监测,对微塑料丰度、形态、粒径、颜色和聚合物类型进行分析。结果显示,微塑料颗粒广泛存在于表层和底层水域,检出率100%。其丰度范围分别在0.65-6.07 items/L和0.30-3.63 items/L之间。T检验发现表层水（2.74±1.53 items/L）的微塑料丰度显著高于底层水（1.65±1.02items/L）（t=5.42,p=0.0240*）。ANOVA检验发现纺织工业区水域的微塑料（4.87±1.08 items/L）丰度最高,显著高于生活区（2.68±1.40items/L）、风景区（1.99±0.51 items/L）和饮用水源区（1.65±0.64 items/L）（F=14.6,p＜0.001*）,表现出明显的空间赋存差异。纤维是最常见的微塑料形态,占表层和底层微塑料的87.2%和81.4%。另外,0.1-0.5mm的微塑料（表层和底层占比分别为46.7%和45.8%）和透明微塑料（表层和底层占比分别为50.0%和47.4%）占据主导地位。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）作为涤纶的原料而广泛应用于纺织行业,分别占太浦河表层和底层水体微塑料的71.4%和59.7%,且以“纤维”形状为主,进一步反映出纺织废水是太浦河微塑料污染的主要来源。此外,聚醋酸乙烯酯（Polyvinyl acetate,PVAC）作为织物涂层和树脂基质常用于制造无纺布,首次在流域范围内被检出,其在表层和底层水样不同聚合物中占比分别为6.72%和2.98%。与长江口其他研究相比,太浦河表层和底层水的微塑料风险指数（H）分别为94.2和263,表层和底层水的污染负荷指数PLI分别为0.122和0.071,这表明了微塑料在太浦河流域的污染程度为轻度至中度。然而纺织废水增加了环境“灰水”足迹,并提高了纺织品生命周期中的微塑料污染风险,需要制定更高的清洁生产政策和策略。本研究为识别流域微塑料生态环境风险提供支持,并为纺织工业的清洁生产提供启示。总体而言,本文对淀山湖和太浦河开展了调查研究,初步揭示了微塑料的污染残留特征。基于微塑料形态、粒径、颜色、聚合物特征和潜在风险的结果,明确了淀山湖和太浦河流域微塑料污染负荷现状和水生生态系统中的潜在风险。本研究在淡水环境微塑料污染方面具有重要意义,为微塑料的污染管控和水源地水质的安全保障提供参考。未来需要对纺织品生命周期中的微塑料进行持续监测,以补充微塑料化学足迹数据。