陆源微塑料向海的大气输运模式及通量研究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:johnathan126
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海洋中塑料垃圾的持续累积及其潜在负面生态风险,使其成为了全人类共同瞩目的重大环境问题。为实施有效的管控政策则需要我们对于海洋微塑料源汇过程有着较好的了解,尤其是对于其排放源头和入海路径。然而,尽管已有研究估算了近80%的塑料垃圾可归结于陆源输入,但是对于其迁移途径方面大多聚焦于地表径流(入海河口)、沿海排放和海上生产活动,忽视了大气沉降对于海洋微塑料污染的潜在重要贡献。为进一步厘清大气微塑料来源,揭示其陆海迁移模式及入海通量,本研究于2018-2019年对亚太地区重要沿海城市及其邻近海域和西太平洋低空大气进行了采集,初步得出以下结论:(1)本研究探究了采样体积和大气微塑料丰度之间的潜在关系。研究揭示了大气微塑料丰度与过滤空气的体积之间存在显著的对数回归,并且建议今后的研究采用足够的过滤空气体积以精确定量其含量。调查结果还显示出纤维状和碎片状的微塑料占所有已鉴定合成颗粒的91%。此外,还初步估算了6月份上海地区大气微塑料的传输通量,范围为9.94×104 n/(m·d)-6.52×105 n/(m·d)(个/(天·单位距离),均值达到了3.00±1.58×105 n/(m·d)。本研究的目的是为今后大气环境微塑料真实含量的准确测定奠定重要的方法学基础,以期更好地了解特大城市的陆源大气微塑料迁移模式。(2)本研究采用主动悬浮颗粒物采样器调查了人口密集的沿海超大型城市—上海市低空大气微塑料空间分布,对于揭示陆源微塑料向海的大气输运模式有着重要的意义。总体上,其低空中大气微塑料丰度最高可达4.18 n/m3(每立方米空气中微塑料个数),且水平分布呈现出明显的空间异质性;垂向上来看,近地表不同高度大气微塑料含量并无显著差异。尽管本研究中上海市大气微塑料空间分布与区域人口密度、PM2.5和街道扬尘并无显著关联,但是收集的微塑料丰度峰值出现在人口密集的城区,且以纤维状为主,表明其主要来源为纺织品。鉴于空气中漂浮的微纤维普遍存在,为了准确测定环境微塑料真实含量,未来的研究应寻求和开发更严格和全面的质控方法来评估和确保微塑料样品数据的准确性。(3)基于西太平洋走航低空大气样品,本研究首次证实了大气输运在陆-海环境中微塑料迁移的重要贡献,并且揭示了其输运模式。大气微塑料丰度峰值达到了1.37 n/m3,中值为0.01 n/m3。纤维、碎片和颗粒状微塑料分别占总微塑料的60%、31%和8%。此外,还观察到塑料微珠的存在,数量比例为5%,且尚属首次报道。空间分布显示出了近海-远洋-偏远区域海上大气微塑料丰度梯度递减模式,整体上呈现出明显的陆源特性。时间序列分析显示出近岸海上大气环境中微塑料丰度白天高于夜间,但无论在含量还是粒径谱系上均无显著差异,暗示了其输运的持续性。随后,基于气团的后向轨迹模型,本研究进一步识别了邻近陆地的排放源头。该研究结果首次证实了大气悬浮微塑料是海洋中微塑料污染的重要来源,特别是来自纺织品的微纤维造成的污染。(4)除了入海地表径流和沿海排放外,上述章节证实了大气传输是内陆微塑料进入海洋的一个重要途径。然而,大气环境中微塑料入海通量鲜有报道。为解决这一问题,在2018年10月至2019年9月的9次走航中,本研究以亚太地区为例,进一步估算了大气微塑料从源头排放到入海沉降的输运通量。调查中收集的大气降尘微塑料(DAMPs,Deposited Atmospheric Microplastics)通量在23.04-67.54 n/(m2·d);悬浮态大气微塑料(SAMPs,Suspended Atmospheric Microplastics),其含量为0.02-0.58 n/m3。而进一步的粒径谱系显示,源于陆地地区的大气降尘微塑料不足以表征其入海通量。此外,结合空气动力学模型,本研究初步估算出2018年全球产生了7.64-33.76 t的纤维状大气微塑料。若按中点质量计算,分别占长江和珠江河流输入微塑料的3%和31%。鉴于这些可被生物误食的塑料不断增加,其会对海洋生态环境产生深远影响,值得进一步评估。
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