【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】微塑料在雪冰、水體、土壤、沉積物、大氣等環(huán)境中廣泛分布，被認(rèn)為是全球重要新污染物之一。青藏高原冰凍圈地區(qū)遠(yuǎn)離人類活動(dòng)密集區(qū)，是研究污染物來(lái)源、傳輸以及影響的天然實(shí)驗(yàn)室。開(kāi)展青藏高原冰凍圈地區(qū)不同環(huán)境介質(zhì)中微塑料分布特征以及環(huán)境效應(yīng)的研究，能夠提升對(duì)微塑料污染全球影響的認(rèn)識(shí)。
中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍圈化學(xué)與環(huán)境效應(yīng)研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)微塑料在青藏高原冰凍圈地區(qū)的特征、來(lái)源與潛在影響等進(jìn)行了研究，并取得一系列成果。
基于青藏高原6條典型冰川(昂龍冰川、冬克瑪?shù)妆ā⒗匣?2號(hào)冰川、闊瓊崗日冰川、德姆拉冰川和白水河1號(hào)冰川)雪坑中微塑料的研究結(jié)果表明，6個(gè)雪坑中微塑料的平均豐度為339.22±51.85個(gè)/升(粒徑≥10 μm)，表現(xiàn)為青藏高原南部的微塑料豐度相對(duì)較高，而北部較低。低密度聚合物聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)和橡膠是主要的微塑料類型，在每個(gè)雪坑中以尺寸小于100 μm的碎片為主(圖1)。冰川上微塑料來(lái)源受當(dāng)?shù)厝祟惢顒?dòng)排放的影響，同時(shí)來(lái)自周邊地區(qū)的微塑料遠(yuǎn)距離大氣遷移也不容忽視。后向軌跡分析表明，來(lái)自南亞的大氣微塑料跨境傳輸對(duì)沉積到青藏高原冰川的微塑料起著重要作用。進(jìn)一步分析揭示，冰川中的微塑料與大氣礦物粉塵沉降有關(guān)。
研究結(jié)果顯示，青藏高原北部祁連山的自然土壤和農(nóng)田土壤中微塑料的平均豐度分別為29778和56123個(gè)/千克，檢測(cè)粒徑范圍為10～1000 μm。粒徑范圍在10～100 μm的微塑料占檢測(cè)到微塑料的84.1%。在檢測(cè)到的21種聚合物中，聚乙烯(PE)在農(nóng)田和自然土壤中均占主導(dǎo)地位。在自然土壤中，高海拔地區(qū)(>3000米)微塑料的豐度與海拔的升高呈正相關(guān)(圖2)。而在該地區(qū)的覆膜和未覆膜土壤中，覆膜土壤中微塑料的豐度((4.12 ± 2.13)×105個(gè)/千克)高于未覆膜土壤((1.04 ± 0.26)×105個(gè)/千克)，檢測(cè)到的微塑料以20～50 μm的碎片和聚酰胺(PA)為主。
高通量測(cè)序分析表明，塑料圈中的α多樣性(Chao1和香農(nóng)指數(shù))低于土壤中的α多樣性，且隨土壤中微塑料豐度的變化而顯著不同。隨著微塑料豐度的增加，土壤中有機(jī)質(zhì)降解類群和光自養(yǎng)類群的比例也隨之增加，并顯示在塑料圈中富集。功能預(yù)測(cè)進(jìn)一步表明，微塑料的豐度影響了土壤的潛在功能，如與碳和氮循環(huán)相關(guān)的代謝途徑。與土壤環(huán)境相比，塑料圈中與有機(jī)物降解相關(guān)的功能豐度較高，且塑料圈的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)更高。根據(jù)冗余(RDA)分析，可以確定環(huán)境理化性質(zhì)和微塑料豐度對(duì)真菌群落的影響大于對(duì)細(xì)菌群落的影響(圖3)。這表明，微塑料豐度會(huì)影響微生物多樣性組成，并可能影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的整體性能。
總體上，青藏高原微塑料和納米塑料研究仍面臨諸多挑戰(zhàn)(圖4)，應(yīng)攻克幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，包括厘清微塑料和納米塑料在多種環(huán)境區(qū)系中的特征，重建微塑料和納米塑料的歷史變化，揭示微塑料和納米塑料與其他污染物的協(xié)同變化特征等。
此外，需要分析微塑料和納米塑料的潛在來(lái)源，模擬微塑料和納米塑料在青藏高原上的遷移途徑，從而實(shí)現(xiàn)在典型的冰川-河流/湖泊流域尺度上跟蹤微塑料的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程。在微塑料和納米塑料對(duì)環(huán)境影響方面，基于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析以及模擬、評(píng)估冰凍圈萎縮導(dǎo)致的微塑料和納米塑料輸出，進(jìn)而揭示其對(duì)河流和湖泊生態(tài)系統(tǒng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。
上述成果發(fā)表在Science Bulletin、Science of the Total Environment、Environmental Pollution等期刊。西北研究院冰凍圈科學(xué)與凍土工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張玉蘭研究員、碩士研究生康強(qiáng)強(qiáng)等為論文第一作者，張玉蘭研究員為論文通訊作者。相關(guān)研究由中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院、蘭州大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院、英國(guó)斯伯明翰大學(xué)共同參與該研究。該研究獲第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目聯(lián)合資助。
圖1 青藏高原典型冰川雪坑中微塑料的特征。其中：(a) 微塑料豐度，(b) 微塑料聚合物成分，(c) 微塑料形狀，(d) 微塑料尺寸分布。(YL-白水河1號(hào)冰川、DML-德姆拉冰川、KQGR-闊瓊崗日冰川、AL-昂龍冰川、DKMD-冬克瑪?shù)妆āHG-老虎溝12號(hào)冰川)。(Wang Z et al.，2024)
圖2 青藏高原祁連山地區(qū)以及典型流域表土中微塑料豐度分布圖 (Kang Q et al.，2024a，2024b)
圖3 土壤環(huán)境參數(shù)和土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的 RDA 分析。(a) 細(xì)菌群落；(b) 真菌群落 (Li L et al.，2024)
圖4 青藏高原冰凍圈地區(qū)微納塑料研究方向概述(Zhang Y et al.，2024)
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