青藏高原东部和南部地区水土环境微塑料分布、来源及其迁移转化过程

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhilong217
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微塑料普遍存在于水土环境中,对生态系统和人类健康构成潜在威胁。目前,国内外学者对平原地区河湖系统中微塑料组成特征及迁移机制进行了大量的研究,而对江河源区等高海拔地区流域的微塑料组成及变化规律认识较少。本研究基于在青藏高原地区典型流域采集的152个样点的地表水(淡水湖、盐湖、城市河流、乡村河流和农业渠道等)、沉积物和土壤样品(覆膜农田、大棚农田、露天农田、草地),分析了青藏高原水体中微塑料的丰度、组成、来源和迁移转化机制,以及土壤中微塑料的组成和来源。对于水体,100个水样中的97个样品有微塑料检出,浓度在66.7~2000个/m3之间(平均值:584.82个/m3),在城市和大型湖泊附近检测到较高浓度的微塑料且与人类活动有关。不同水体之间平均微塑料水平差异显著(p>0.05),浓度由高到低依次为:浑浊河流>灌渠水>湖泊>自然河流;盐湖>咸水湖>淡水湖(按盐度分)。水体中最常见的微塑料形状是纤维,尺寸主要在100~500μm之间,数量最多的聚合物为聚丙烯。水体中的主要结论包括:(1)来源分析方面:青藏高原微塑料的主要来源是生活污水和部分地区(景区)的旅游业,其他来源还有农业活动(青藏高原西南地区)、大气传输。(2)水质参数与微塑料浓度的分析结果表明:高原水体中微塑料丰度与水质(尤其是COD)有关,与海拔高度呈负相关,因为高海拔地区的人类活动较少(尤其是农业活动)。此外,高海拔地区的小尺寸微塑料比低海拔地区多。(3)小尺寸微塑料(20-100μm)的比例随着离子浓度的增加而增加,说明在高离子(特别是阳离子)浓度下,微塑料降解更快。水体中的离子可能通过表面侵蚀来影响微塑料的降解率,高离子浓度与微塑料的强烈表面侵蚀有关。(4)雅鲁藏布江下游的微塑料丰度明显增加,这是由于下游人口密度较高,塑料废弃物输入较多,另外从支流流入雅鲁藏布江的微塑料不可忽视(特别是来自第一大主要支流拉萨河。)(5)基于InVEST模型的雅鲁藏布江微塑料总量估算和模拟显示:雅鲁藏布江流域出口年平均排出微塑料总量为994.60吨。其中,雅鲁藏布江流域微塑料年产量最高的区域位于拉萨市区,产量为20.72kg/km2,相当于每平方公里每年产出约1151个550 mL矿泉水瓶。对于沉积物:所有沉积物样品中都检出微塑料,平均丰度为(41.52±22.31)个/kg,范围在10~90个/kg之间。水体中和沉积物中最常见的微塑料的特征是相似的,微塑料浓度的分布格局也基本一致,但是不同盐度的湖泊沉积物中微塑料浓度没有显著差异。对于土壤,在52个土壤样品中有49个检测到微塑料。(1)土壤微塑料的浓度范围是0-260个/kg(低于大部分已研究地区),第一层(0~3cm)和第二层(3~6cm)土壤中微塑料的平均浓度分别为(53.2±29.7)个/kg和(43.9±22.3)个/kg。(2)不同土地利用类型的土壤中微塑料丰度从高到低依次为:覆膜农田、温室大棚、裸露农田和草地。(3)微塑料主要以薄膜的形式存在,呈透明色,土壤样品中微塑料的主要聚合物为聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)。(4)来源方面,土壤微塑料的主要来源是农田地膜破碎化,其他来源包括塑料包装的丢弃。(5)设施农业中微塑料丰度随着设施农业覆盖时间的延长而增加,且其中较小尺寸的微塑料(<500 μm)比例高于裸露农田和草地,人为干扰和设施农业覆盖时间的增加会促进土壤微塑料的破碎化。本研究为研究高海拔地区微塑料迁移和降解过程提供了数据和理论基础。在未来的调查中,应该考虑对青藏高原水土环境中微塑料的长期监测,这对了解高原环境中微塑料的命运具有重要意义。
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