ES&T:揭示暴露景观:微塑料在大型远洋湖内环境实验中的命运

文摘   科学   2024-05-06 14:18   日本  

ES&T:揭示暴露景观:微塑料在大型远洋湖内环境实验中的命运

在2021年6月至8月期间,作者在国际可持续发展研究所实验湖区进行了一项关于微塑料的湖泊中试验。整个实验的目标包括微塑料的命运和运输,以及对个体、种群和群落的生态影响。在本文中,介绍了实验,并仅呈现了有关微塑料在水柱、试验桶壁上的生物膜、浮游生物和鱼类的消化道中的运输和命运的结果。论文中将描述对生物体的影响以及添加化学物质的命运。本文的目标是通过(1)测量微塑料在试验桶中的各种基质(即水和生物体)中的分配情况,以及(2)测量不同聚合物类型和尺寸之间的命运和运输的变化,以便了解自然界中生物体对微塑料的暴露情况(即实际浓度)。


结果讨论:
(1)     

图1( 左图:对G号中试桶的特写无人机图像,显示了三种类型的微塑料在添加过程中的情况。每种不同的聚合物类型都标有标签(带有它们的相对密度),通过颜色进行区分(蓝色为聚对苯二甲酸乙二醇酯,粉红色为聚苯乙烯,黄色为聚乙烯)。右图:所有九个中试桶的无人机图像和显示每个中试桶内名义水浓度(y轴)的图示(x轴)。


2021年6月2日,微塑料被添加到9个微生态系统中的7个中。两个阴性对照中生态系统被纳入,以解释中生态系统之间的自然变异性。我们的实验设计包括一个近似对数尺度的回归设计,目标是6、24、100、414、1,710、7,071和29,240微塑料颗粒/L的标称浓度(图1)。实验中使用的微塑料是由黄色PE(线性低密度聚乙烯)、粉红色PS(聚苯乙烯)和蓝色PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)碎片组成的等量混合物。将微塑料添加到介膜中,首先将每种塑料浸湿(以减少风的损失),将每种塑料完全淹没在介膜水的浆液中(取决于处理方式),然后手动混合并释放在水面以下的浆液,以确保在介膜中部署。

图2(每升6(左)、414(中)和29240(右)处理水柱中的微塑料浓度。浓度在对数尺度(y轴)上,并报告了每种聚合物类型(PE黄色(正浮力),PET蓝色(负浮力),PS粉红色(中性浮力))随时间(x轴)和每个样品深度(顶部10厘米,中部1米,底部2米)的浓度。彩色线是局部多项式回归平滑,使用R中的黄土函数来帮助可视化。

从三个深度和不同时间采样水,以确定水柱中微塑料的暴露情况(图2)。在最高标称浓度处理(29,240颗粒/L)中,作者观察到总体平均(±stdev)浓度(在所有深度和采样周期)为246(±202)颗粒/L),范围从48到631颗粒/L(随时间变化没有明确的模式)。这比添加到介体中的粒子的名义浓度低2个数量级,约为1%,这表明大多数微塑料在其他环境隔间中(例如,在水面上,在底部,在壁上的生物膜中)或可能通过风和波浪作用逃离介体。

不同处理的水柱中聚合物类型的相对分布是相似的(图2),因此使用最高标称浓度的中观环境的数据来讨论每种聚合物类型的时间、深度和粒径的相关模式。总体而言,水柱中微塑料的总浓度远低于标称浓度,并且每种聚合物类型都有明显的深度模式。密度大的粒子比浮力大的粒子少。此外,小颗粒比大颗粒多(PE和PS观察到)。目视观察证实了数据中的这些模式。观察到PET微塑料在加入后迅速下沉,而中性浮力颗粒(PS)随着时间的推移逐渐下沉。对于浮力PE,可以观察到表面有光滑,采样没有量化。随着时间的推移,浮油逐渐减少,可能会补充水柱中的微塑料,因为它们会慢慢沉入实验的底部。


图3(微塑料浓度(y轴;在6,414和29,240颗粒/L处理(行)和每个深度(列)中,在3周、6周和9周采样周期(x轴),对每种类型的微塑料(PE =黄色,PET =蓝色,PS =粉红色)的壁条进行采样。

可以观察到,在整个中膜中,每个中膜内附着在壁上的生物膜中的微塑料数量随着标称浓度的增加而增加(图3)。

图4(暴露景观,显示中膜中每个取样隔间中添加到最高浓度中膜的总塑料的平均百分比(随时间和相关深度)。

在实验过程中,在水样中检测到作者添加到中生态系统中的塑料的0.9%(±0.7%)。因此,大约99%的塑料在其他地方:漂浮在水面上,附着在墙壁上的生物膜上,在底部,在浮游动物体内,在鱼类体内,或者通过风和海浪逃逸。将平均生物膜浓度放大到中膜壁面积,壁上的生物膜占添加塑料的0.4%(±0.6%)。在浮游动物中,如果我们假定所有的浮游动物都消耗了5种浮游动物所测得的每个个体的平均量,观察到的塑料增加量是0.01%。在鱼中,可以观察到0.0001%的添加塑料(图4)。



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总结:
了解微塑料接触及其影响对了解风险至关重要。在这里,作者通过大型的湖内闭底中生态系统来研究暴露及其对远洋淡水生态系统的影响。本文详细介绍了微塑料的运输和暴露于远洋生物的实验设计和结果。实验包括三种不同密度和尺寸的微塑料聚合物(PE, PS和PET)。标称浓度范围为每升0至29,240微塑料。中生态系统包括天然微生物、浮游植物、浮游动物群落和黄鲈。我们量化和表征了水柱和食物网组成部分(壁上的生物膜、浮游动物和鱼类)中的微塑料。水中的微塑料根据大小和密度垂直分层。
10周后,加入的微塑料中约有1%在水柱中,0.4%附着在壁上的生物膜上,0.01%在浮游动物体内,0.0001%在鱼类体内。目视观察显示,剩余的>98%在海面和海底。研究表明,在地表和底栖生物中取食的生物可能面临的风险最大,并证明了测量暴露和运输的价值,可以为实验设计提供信息,并在毒性试验中在不同基质中达到目标浓度。

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