湖泊水环境中微塑料的赋存、来源和生态毒理效应
民生
科学
2024-09-13 09:36
云南
湖沼学说（huzhaoxueshuo）——聚焦湖沼，分享科研成果，碰撞学术火花，5000+科技工作者订阅的微信号。点击『湖沼学说』关注，我们将为你提供有价值、有思想的科研洞见。微塑料（microplastics，MPs）是指直径小于5毫米的塑料颗粒或碎片，主要来源于塑料制品的破碎、磨损以及工业生产。近年来，随着全球塑料使用量的急剧增加，微塑料污染已成为全球水环境中的新兴污染问题。由于其极小的尺寸，微塑料能够轻易进入湖泊、河流等淡水系统，并通过各种路径传播至食物链，进而影响生态系统和人类健康。湖泊作为重要的淡水资源，尤其面临微塑料污染的威胁。笔者将重点探讨湖泊水环境中微塑料的赋存、来源及其生态毒理效应，结合最新科学研究成果，提出未来研究方向及治理建议。在湖泊水体中，微塑料的分布受多个因素影响，包括湖泊的形态、流域土地利用、气象条件、湖泊水动力学以及人类活动的影响。例如，有研究表明，靠近人口密集区域和工业区的湖泊往往受到更严重的微塑料污染 。此外，微塑料在湖泊中的分布呈现出空间异质性，水体表层、底泥和水生生物体内均检测出微塑料，且形态、颜色、大小各异。不同类型的微塑料在湖泊中的丰度也不同。根据形态，微塑料可分为纤维状、颗粒状、薄膜状和泡沫状等多种类型；在大小上，微塑料分布则从纳米级别到毫米级别不等 。纤维状微塑料由于其相对较大的表面积，更容易吸附有机污染物和重金属，对生态系统构成较大风险 。湖泊中微塑料的存在不仅受外部输入的影响，还受水体内部动力过程的调控。湖泊的水文特征，如水循环、流动性、沉积速率等，对微塑料的沉降和再悬浮起到重要作用。例如，研究发现，湖泊中水流速度较缓的区域往往积聚更多的微塑料，而水流速度较高的区域则使微塑料向湖泊下游输送 。此外，微塑料与悬浮颗粒物的相互作用也影响其沉积行为。一旦微塑料与悬浮颗粒物结合，它们的沉降速度将显著加快，从而使得微塑料从水体表层沉积到湖底。湖泊底泥也是微塑料的重要赋存库之一。由于微塑料的密度较低，部分微塑料在水体中长期悬浮，但最终会通过沉降作用进入底泥。一些研究表明，底泥中微塑料的浓度远高于水体中的浓度，这意味着湖泊底部可能成为微塑料的“汇” 。湖泊中的微塑料污染主要源于人类活动，具体包括以下几方面：生活污水是微塑料进入湖泊水体的主要途径之一。洗涤合成纤维织物、个人护理产品中的塑料微珠，以及塑料制品的磨损都可能通过城市排水系统进入水环境 。尽管污水处理厂在一定程度上能够去除部分微塑料，但仍有相当数量的微塑料通过处理后排放的水进入自然水体。一些工业生产过程中使用或产生的塑料颗粒，如塑料加工厂、造纸厂、化纤厂等，可能直接将微塑料排放到湖泊中。此外，船舶涂料的磨损也可能成为微塑料的来源，尤其是在靠近工业区的湖泊 。微塑料不仅通过水路进入湖泊，还可以通过大气沉降的方式进入水体。大气中的微塑料主要来自于城市灰尘、交通尾气以及建筑废料的风力传播。当微塑料颗粒悬浮在大气中时，它们会随着雨水或风力沉降至湖泊表面 。农田施用塑料覆盖膜和化肥也是微塑料污染的重要来源之一。随着农田径流，塑料膜老化破裂形成的微塑料颗粒可能通过雨水或灌溉进入湖泊。此外，污水处理厂处理过的污泥常用于农业肥料中，而污泥中含有大量的微塑料，这些微塑料最终会进入地表水体 。微塑料对水生生物的影响已在许多研究中得到证实。首先，微塑料的摄入可能对水生生物造成直接的物理损伤。许多水生生物，如鱼类、甲壳类动物和贝类，容易将微塑料误认为是食物。在摄入微塑料后，这些颗粒可能对生物的消化系统造成机械阻塞，影响营养吸收，甚至导致生物的生长和繁殖受到抑制 。此外，微塑料的化学效应也是不容忽视的。微塑料表面由于其高比表面积，容易吸附水体中的有毒污染物，如多环芳烃（PAHs）、重金属等。这些污染物可能通过食物链的传递，累积在高营养级生物体内，进而对整个生态系统产生长期的毒性影响 。微塑料不仅直接影响个体生物，还可能通过生态系统的各个层级产生级联效应。首先，微塑料污染会影响浮游生物的种群结构和数量，这对湖泊的食物网产生深远影响。浮游生物是许多水生生物的基础食物来源，其数量减少可能导致鱼类和其他生物的食物链断裂 。其次，微塑料的存在可能改变湖泊的沉积过程和水文特征。一些研究指出，微塑料的沉降会增加湖底沉积物的密度，从而影响湖泊的营养循环。此外，微塑料与有机污染物的结合可能使污染物在湖泊中长期残留，增加湖泊治理的难度 。针对湖泊水环境中的微塑料污染，首先需要建立有效的监测体系。现有的监测技术主要依赖于物理筛选和显微镜分析，未来需要发展更灵敏的分析工具，如红外光谱、拉曼光谱等，以便快速准确地识别微塑料的类型和数量 。此外，治理微塑料污染需要多方面的合作与努力。首先，在源头减少微塑料的产生和排放是关键。例如，限制一次性塑料产品的使用，改进污水处理设施的微塑料过滤技术，以及推广生态友好型农业实践等 。其次，湖泊管理部门应加强对微塑料污染的宣传教育，鼓励公众参与到减塑行动中。尽管目前对微塑料的来源和赋存有了较多研究，但微塑料在湖泊环境中的迁移、转化和降解机制仍不完全清楚。研究应进一步探索微塑料在不同环境条件下的行为特征 。现有的研究大多集中在微塑料对个体生物的短期毒性影响上，而对其长期生态效应的研究相对较少。未来应加强微塑料对生态系统长期累积效应的评估，特别是微塑料对食物链中高营养级生物的影响 。研究开发新型可降解的替代材料是减少微塑料污染的重要途径。未来应加强对可降解塑料和其他环保材料的开发和推广，尤其是适用于农业、工业和生活中的替代品。湖泊水环境中的微塑料污染问题日益严重，其来源复杂、分布广泛，并对水生生态系统和人类健康产生了广泛的负面影响。通过加强对微塑料的监测、治理以及研究，未来有望有效减轻湖泊生态系统的压力，确保水资源的可持续利用。在此过程中，科学家、政府、企业和公众的共同努力必不可少，唯有如此，才能实现湖泊微塑料污染问题的有效控制和生态环境的持续改善。看更多湖沼科技论文
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