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冰冻圈地区微塑料研究取得新进展

时间:  2022-05-11 15:20  点击:  
  微塑料通常指尺寸小于5 mm的塑料纤维、薄膜、碎片、微球等。由于其质量轻、体积小、不易分解等特性,使得微塑料在水体、土壤、沉积物、大气等环境中广泛分布,并带来潜在的气候环境影响,被认为是全球重要的环境污染问题之一。南北极以及青藏高原等典型冰冻圈地区通常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。特别是微塑料在冰冻圈地区的分布特征以及迁移转化过程的研究,逐渐成为冰冻圈化学研究的一个新领域。

  中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈化学与环境研究团队针对微塑料在冰冻圈地区的特征及其来源等进行了研究(图1),并取得一系列成果。基于青藏高原表土样品的分析,揭示出高原表土中微塑料平均丰度为47.12个/kg(范围:5-340个/kg),高值出现在距离城镇较近的地区,例如拉萨、那曲和林芝等(图2)。与其他地区土壤中微塑料数据相比,青藏高原表土中微塑料含量相对较低;纤维占检测到的微塑料颗粒的43.54%,其次是碎片(32.20%)和薄膜(23.78%);其组成主要由聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯;小尺寸微塑料(50-500μm)约占所有微塑料的66%。

  藏东南地区德木拉冰川雪坑中微塑料的平均丰度为9.55±0.9个L-1,主要形态为塑料纤维和薄膜,尺寸以小于200μm的占主导(图3)。德木拉冰川微塑料沉积通量约为7640±720至9550±900个 m-2 yr-1,冰川融水输出量约为5.9±1.3×109至6.6±1.4×109个yr-1,表明该冰川融水可能是下游水生生态系统中微塑料的重要来源。同时,模拟结果还表明,藏东南冰川区微塑料主要来源于大气远距离传输。

  基于全球不同冰冻圈地区(包括南北极、青藏高原、阿尔卑斯、以及安第斯山等区域)微塑料的研究,系统总结了雪冰中微塑料研究的方法以及分布特征(图1)。对雪冰采样、预处理和微塑料识别方法的总结表明,由于目前缺乏统一标准的采样流程与检测方法,使得雪冰中微塑料的丰度、尺寸分布、形状和聚合物组成具有显著差异。在北极和南极地区,海冰及其上覆积雪对微塑料的临时储存、传输和释放尤为重要;陆地积雪和山地冰川中微塑料的研究,则强调了大气传输的重要性。青藏高原、安第斯山脉、阿尔卑斯山等冰川区域,被认为是中低纬度地区人类活动排放的微塑料的重要汇,冰芯微塑料记录也可为研究人类活动污染物的历史变化提供新见解(图4)。同时,近期的研究发现微塑料具有吸光特性,其对冰冻圈消融的气候环境影响亟待深入研究,冰冻圈地区微塑料对碳循环的潜在影响也亟待进一步加强研究。该研究进一步强调了大气传输是微塑料传输进入偏远冰冻圈地区的重要途径;海冰及其上覆积雪中微塑料随洋流的迁移是北极和南极地区微塑料传输的重要途径。

  同时,系统总结了大气微塑料采样方法、前处理方法、检测分析以及模式模拟,梳理了不同地区大气微塑料丰度及其分布情况(图5),指出不同采样与检测分析方法对塑料特征影响较大。亟需进一步加强在青藏高原等偏远地区进行大气微塑料的研究,是认识微塑料全球循环的关键过程。

  上述成果于近期发表在Earth-Science Reviews(1篇)、Environmental Pollution(1篇)、以及Science of the Total Environment(2篇)等国际著名期刊。相关研究由中科院西北院、兰州大学、华东师范大学、暨南大学、以及英国斯特拉斯克莱德大学(University of Strathclyde)等多家单位共同完成。第一作者分别为西北研究院冰冻圈科学国家重点实验室张玉兰副研究员、博士研究生杨玲、硕士研究生罗犀、以及兰州大学资源与环境学院博士研究生王兆清。该研究获国家重点研发计划(2020YFA0608503)、国家自然科学基金(42071082)、第二次青藏高原综合科学考察研究(2019QZKK0605)、中科院西部之光、以及冰冻圈科学国家重点实验室资助课题等项目联合资助。
 
论文链接:
1.       Zhang Y., Gao T., Kang S.*, Shi H., Mai L., Allen D., Allen S.*, 2022. Current status and future perspectives of microplastic pollution in typical cryospheric regions. Earth Science Reviews, 226, 103924. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2022.103924
2.       Luo X., Wang Z., Yang L., Gao T., Zhang Y.*, 2022. A review of analytical methods and models used in atmospheric microplastic research. Science of the Total Environment, 154487. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.154487.
3.       Wang Z., Zhang Y.*, Kang S., Luo X., Chen P., Guo J., Hu Z., Yang C., Yang Z., Gao T., 2022. Long-range transport of atmospheric microplastics deposited onto glacier in southeast Tibetan Plateau. Environmental Pollution, https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.119415
4.       Yang L., Kang S., Wang Z., Luo X., Guo J., Gao T., Chen P., Yang C., Zhang Y.*, 2022. Microplastic characteristic in the soil across the Tibetan Plateau. Science of the Total Environment, 154518, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.154518


图1 全球冰冻圈地区微塑料研究分布图


图2 青藏高原表土中微塑料丰度分布图 (Yang L et al., 2022 SOTE)


图3 藏东南德木拉冰川雪坑中微塑料尺寸、颜色、形状以及化学组成特征及其丰度的垂直分布(Wang Z et al., 2022 EP)


图4 典型冰冻圈地区微塑料传输以及迁移转化过程及其潜在的气候环境影响示意图(Zhang Y et al., 2022 ESR)


图5 全球大气微塑料研究站点及其分度分布(Luo X et al., 2022 SOTE)

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