青藏高原冰冻圈地区微塑料研究取得新进展
- 2024/10/16 13:34:01 19469
- 来源：西北生态环境资源研究院
【仪表网 研发快讯】微塑料在雪冰、水体、土壤、沉积物、大气等环境中广泛分布，被认为是全球重要新污染物之一。青藏高原冰冻圈地区远离人类活动密集区，是研究污染物来源、传输以及影响的天然实验室。开展青藏高原冰冻圈地区不同环境介质中微塑料分布特征以及环境效应的研究，能够提升对微塑料污染全球影响的认识。
中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈化学与环境效应研究团队针对微塑料在青藏高原冰冻圈地区的特征、来源与潜在影响等进行了研究，并取得一系列成果。
基于青藏高原6条典型冰川(昂龙冰川、冬克玛底冰川、老虎沟12号冰川、阔琼岗日冰川、德姆拉冰川和白水河1号冰川)雪坑中微塑料的研究结果表明，6个雪坑中微塑料的平均丰度为339.22±51.85个/升(粒径≥10 μm)，表现为青藏高原南部的微塑料丰度相对较高，而北部较低。低密度聚合物聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)和橡胶是主要的微塑料类型，在每个雪坑中以尺寸小于100 μm的碎片为主(图1)。冰川上微塑料来源受当地人类活动排放的影响，同时来自周边地区的微塑料远距离大气迁移也不容忽视。后向轨迹分析表明，来自南亚的大气微塑料跨境传输对沉积到青藏高原冰川的微塑料起着重要作用。进一步分析揭示，冰川中的微塑料与大气矿物粉尘沉降有关。
研究结果显示，青藏高原北部祁连山的自然土壤和农田土壤中微塑料的平均丰度分别为29778和56123个/千克，检测粒径范围为10～1000 μm。粒径范围在10～100 μm的微塑料占检测到微塑料的84.1%。在检测到的21种聚合物中，聚乙烯(PE)在农田和自然土壤中均占主导地位。在自然土壤中，高海拔地区(>3000米)微塑料的丰度与海拔的升高呈正相关(图2)。而在该地区的覆膜和未覆膜土壤中，覆膜土壤中微塑料的丰度((4.12 ± 2.13)×105个/千克)高于未覆膜土壤((1.04 ± 0.26)×105个/千克)，检测到的微塑料以20～50 μm的碎片和聚酰胺(PA)为主。
高通量测序分析表明，塑料圈中的α多样性(Chao1和香农指数)低于土壤中的α多样性，且随土壤中微塑料丰度的变化而显著不同。随着微塑料丰度的增加，土壤中有机质降解类群和光自养类群的比例也随之增加，并显示在塑料圈中富集。功能预测进一步表明，微塑料的丰度影响了土壤的潜在功能，如与碳和氮循环相关的代谢途径。与土壤环境相比，塑料圈中与有机物降解相关的功能丰度较高，且塑料圈的潜在健康风险更高。根据冗余(RDA)分析，可以确定环境理化性质和微塑料丰度对真菌群落的影响大于对细菌群落的影响(图3)。这表明，微塑料丰度会影响微生物多样性组成，并可能影响土壤生态系统的整体性能。
总体上，青藏高原微塑料和纳米塑料研究仍面临诸多挑战(图4)，应攻克几个关键问题，包括厘清微塑料和纳米塑料在多种环境区系中的特征，重建微塑料和纳米塑料的历史变化，揭示微塑料和纳米塑料与其他污染物的协同变化特征等。
此外，需要分析微塑料和纳米塑料的潜在来源，模拟微塑料和纳米塑料在青藏高原上的迁移途径，从而实现在典型的冰川-河流/湖泊流域尺度上跟踪微塑料的迁移转化过程。在微塑料和纳米塑料对环境影响方面，基于系统的数据分析以及模拟、评估冰冻圈萎缩导致的微塑料和纳米塑料输出，进而揭示其对河流和湖泊生态系统的潜在风险。
上述成果发表在Science Bulletin、Science of the Total Environment、Environmental Pollution等期刊。西北研究院冰冻圈科学与冻土工程重点实验室张玉兰研究员、硕士研究生康强强等为论文第一作者，张玉兰研究员为论文通讯作者。相关研究由中国科学院西北生态环境资源研究院、兰州大学资源与环境学院、英国斯伯明翰大学共同参与该研究。该研究获第二次青藏高原综合科学考察研究、国家自然科学基金等项目联合资助。
图1 青藏高原典型冰川雪坑中微塑料的特征。其中：(a) 微塑料丰度，(b) 微塑料聚合物成分，(c) 微塑料形状，(d) 微塑料尺寸分布。(YL-白水河1号冰川、DML-德姆拉冰川、KQGR-阔琼岗日冰川、AL-昂龙冰川、DKMD-冬克玛底冰川、LHG-老虎沟12号冰川)。(Wang Z et al.，2024)
图2 青藏高原祁连山地区以及典型流域表土中微塑料丰度分布图 (Kang Q et al.，2024a，2024b)
图3 土壤环境参数和土壤微生物群落结构的 RDA 分析。(a) 细菌群落；(b) 真菌群落 (Li L et al.，2024)
图4 青藏高原冰冻圈地区微纳塑料研究方向概述(Zhang Y et al.，2024)
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