專家研究成果 | 濕地大氣微塑料輸入的時空模式、驅(qū)動因素以及獨特的生態(tài)影響

時間：2024-12-4 閱讀：120

近日，北京大學黃藝教授課題組在“Water Research”上發(fā)表了題為“Atmospheric microplastic input into wetlands: Spatiotemporal patterns, drivers and ecological impacts”的研究論文，由徐力波博士研究生作為第一作者完成。

大氣是地表和水體生態(tài)系統(tǒng)中污染物的重要來源之一。近來，大氣對水生生態(tài)系統(tǒng)中微塑料輸入的影響引起了廣泛關注。濕地是多種水體生態(tài)系統(tǒng)中主要的微塑料匯聚區(qū)之一，但關于大氣微塑料進入濕地的許多細節(jié)尚不明確，尤其是在污染輸入的時空模式和生態(tài)影響方面。本研究在中國長江流域下游的 11 個經(jīng)濟發(fā)達城市收集了四季的大氣沉降和苔蘚組織樣本，并使用配 Clarity 軟件的 8700 LDIR 紅外成像儀器進行了微塑料顆粒的全自動檢測。該方法能夠捕獲顆粒的圖像、光譜數(shù)據(jù)和形態(tài)學分析，并對單個微塑料顆粒進行聚合物類型匹配。全自動化且基于圖像的處理方式確保了結果的標準化和可比性，而嚴格的預處理和顆粒識別程序則保證了有機顆粒的準確識別。

在研究區(qū)域，大氣微塑料的平均沉積速率為 512.31 items m⁻² d⁻¹，相當于每年向總面積為 1652 平方公里的調(diào)查濕地貢獻約 17.46 噸塑料。檢測到的微塑料主要由聚酰胺（PA）和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）組成，尺寸分布范圍為 20 μm 到 2302 μm，顆粒是最主要的形態(tài)。與此相對應，研究區(qū)域濕地苔蘚樣本中截獲的微塑料也得出了類似的結果。后續(xù)分析表明，微塑料進入濕地的模式在雨季和非雨季之間存在差異，主要受風速、降雨量和臭氧濃度等自然因素的影響。同時，民用車輛密度和紡織工業(yè)的發(fā)展是驅(qū)動微塑料沉積的主要社會經(jīng)濟因素。進一步的室內(nèi)實驗結果表明，苔蘚葉狀細菌群落的結構和功能受到微塑料豐度和粒徑的影響，這表明空中沉降的微塑料對濕地生態(tài)系統(tǒng)具有獨特的生態(tài)風險。

專家介紹

黃藝

教授

現(xiàn)任北京大學環(huán)境科學與工程學院教授，博士生導師，北京大學深圳研究院海洋生物資源與環(huán)境研究所所長，從事環(huán)境生態(tài)和環(huán)境生物技術以及海洋微生物資源挖掘和產(chǎn)業(yè)化工作，在污染環(huán)境和極端生鏡下的微生物生態(tài)過程、環(huán)境修復生物技術和微生物資源挖掘方面具有獨特的建樹。

胡敏

教授

北京大學教授、北京大學環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室主任，國家杰出青年基金獲得者、教育部“長江學者”特聘教授。環(huán)境保護部“國家環(huán)境保護專業(yè)技術領軍人才”。榮獲“中國青年女科學家”獎，美國地球物理學會會士。亞洲氣溶膠學會 Fellow 和中國環(huán)境科學學會首屆會士。長期從事大氣顆粒物來源、二次轉(zhuǎn)化及其環(huán)境影響和控制對策研究，主持國家自然科學基金重點和集成項目、科技部重點研發(fā)計劃項目和總理基金項目等，發(fā)表 PNAS、Environ. Sci. Technol. 和 Atmos. Chem. Phys. 等 SCI 文章，H 因子 94。獲國家自然科學二等獎 1 項，國家科技進步二等獎 1 項，教育部科技進步一等獎 2 項和自然科學獎一等獎 2 項，環(huán)境保護部一等獎 2 項二等獎 1 項。曾任 J. Aero. Sci. 學術刊物主編，現(xiàn)任新刊 npj Clean Air 主編。世界氣象組織 (WMO) 全球大氣觀測計劃 (GAW) 氣溶膠科學咨詢組成員。

徐力波

博士研究生

師從黃藝教授，現(xiàn)于北京大學就讀博士研究生，研究方向為大氣微塑料傳輸過程及其對下墊面微生態(tài)影響，以第一作者于 Environ. Sci. Technol. 和 Water Res. 等期刊發(fā)表學術論文 6 篇。

用戶反饋

為了探究大氣對下墊面生態(tài)中微塑料污染的面源輸入總量和特征，我們采用了8700 LDIR激光紅外成像光譜儀對大氣降塵樣品中的微塑料進行上機檢測。LDIR具備自動化、高通量的的顆粒識別和紅外光譜讀取功能，可根據(jù)專門為微塑料研究而建立的數(shù)據(jù)庫準確地匹配檢測顆粒的聚合物成分。上機后的全自動化流程大大減少了人工操作和時間成本，能夠快速獲取有關微塑料尺寸、形狀和聚合物類型等多項參數(shù)。

通過使用8700 LDIR激光紅外成像技術，我們的研究發(fā)現(xiàn)了大量尺寸在10-50微米之間的微小塑料顆粒，共涵蓋了24種不同的聚合物類型。這些發(fā)現(xiàn)遠遠超過了傳統(tǒng)的人工目視檢查結果，極大地提升了我們對大氣傳輸加劇其他生境中微塑料污染的了解，為更有效地管理大氣微塑料問題提供了有力的數(shù)據(jù)支持。

8700 LDIR 紅外成像降塵中微塑料快速定性及定量測試解決方案

8700 LDIR 紅外成像光譜儀采用量子級聯(lián)激光器作為光源，搭配安捷倫開發(fā)的高度智能化 Clarity 軟件，可自動實現(xiàn)對微塑料顆粒識別、圖像采集、紅外譜圖測試、尺寸信息以及定性結果統(tǒng)計等功能。與此同時，它還可以提供每個顆粒的形態(tài)分析數(shù)據(jù)，可用于顆粒的形狀篩分及溯源工作。如下圖所示，大氣降塵樣品中微塑料的粒徑具有隨著尺寸的降低而呈指數(shù)級上升趨勢，且粒徑大小基本低于 120 μm 等特性，常規(guī)傳統(tǒng)紅外顯微儀器很難實現(xiàn)準確測試。而 8700 LDIR 紅外成像高精度的顆粒識別方法，可將大于 6 μm 以上的顆粒全部自動識別并實現(xiàn)準確測試。測試全程由軟件自動控制，最大限度的消除了人為誤差的影響，為實驗室間進行數(shù)據(jù)對比提供了更多可行性。