青藏高原冰凍圈地區微塑料研究取得新進展

　　【儀表網 研發快訊】微塑料在雪冰、水體、土壤、沉積物、大氣等環境中廣泛分布，被認為是全球重要新污染物之一。青藏高原冰凍圈地區遠離人類活動密集區，是研究污染物來源、傳輸以及影響的天然實驗室。開展青藏高原冰凍圈地區不同環境介質中微塑料分布特征以及環境效應的研究，能夠提升對微塑料污染全球影響的認識。
 

　　中國科學院西北生態環境資源研究院冰凍圈化學與環境效應研究團隊針對微塑料在青藏高原冰凍圈地區的特征、來源與潛在影響等進行了研究，并取得一系列成果。
 

　　基于青藏高原6條典型冰川(昂龍冰川、冬克瑪底冰川、老虎溝12號冰川、闊瓊崗日冰川、德姆拉冰川和白水河1號冰川)雪坑中微塑料的研究結果表明，6個雪坑中微塑料的平均豐度為339.22±51.85個/升(粒徑≥10　μm)，表現為青藏高原南部的微塑料豐度相對較高，而北部較低。低密度聚合物聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)和橡膠是主要的微塑料類型，在每個雪坑中以尺寸小于100　μm的碎片為主(圖1)。冰川上微塑料來源受當地人類活動排放的影響，同時來自周邊地區的微塑料遠距離大氣遷移也不容忽視。后向軌跡分析表明，來自南亞的大氣微塑料跨境傳輸對沉積到青藏高原冰川的微塑料起著重要作用。進一步分析揭示，冰川中的微塑料與大氣礦物粉塵沉降有關。
 

　　研究結果顯示，青藏高原北部祁連山的自然土壤和農田土壤中微塑料的平均豐度分別為29778和56123個/千克，檢測粒徑范圍為10～1000　μm。粒徑范圍在10～100　μm的微塑料占檢測到微塑料的84.1%。在檢測到的21種聚合物中，聚乙烯(PE)在農田和自然土壤中均占主導地位。在自然土壤中，高海拔地區(>3000米)微塑料的豐度與海拔的升高呈正相關(圖2)。而在該地區的覆膜和未覆膜土壤中，覆膜土壤中微塑料的豐度((4.12　±　2.13)×105個/千克)高于未覆膜土壤((1.04　±　0.26)×105個/千克)，檢測到的微塑料以20～50　μm的碎片和聚酰胺(PA)為主。
 

　　高通量測序分析表明，塑料圈中的α多樣性(Chao1和香農指數)低于土壤中的α多樣性，且隨土壤中微塑料豐度的變化而顯著不同。隨著微塑料豐度的增加，土壤中有機質降解類群和光自養類群的比例也隨之增加，并顯示在塑料圈中富集。功能預測進一步表明，微塑料的豐度影響了土壤的潛在功能，如與碳和氮循環相關的代謝途徑。與土壤環境相比，塑料圈中與有機物降解相關的功能豐度較高，且塑料圈的潛在健康風險更高。根據冗余(RDA)分析，可以確定環境理化性質和微塑料豐度對真菌群落的影響大于對細菌群落的影響(圖3)。這表明，微塑料豐度會影響微生物多樣性組成，并可能影響土壤生態系統的整體性能。
 

　　總體上，青藏高原微塑料和納米塑料研究仍面臨諸多挑戰(圖4)，應攻克幾個關鍵問題，包括厘清微塑料和納米塑料在多種環境區系中的特征，重建微塑料和納米塑料的歷史變化，揭示微塑料和納米塑料與其他污染物的協同變化特征等。
 

　　此外，需要分析微塑料和納米塑料的潛在來源，模擬微塑料和納米塑料在青藏高原上的遷移途徑，從而實現在典型的冰川-河流/湖泊流域尺度上跟蹤微塑料的遷移轉化過程。在微塑料和納米塑料對環境影響方面，基于系統的數據分析以及模擬、評估冰凍圈萎縮導致的微塑料和納米塑料輸出，進而揭示其對河流和湖泊生態系統的潛在風險。
 

　　上述成果發表在Science　Bulletin、Science　of　the　Total　Environment、Environmental　Pollution等期刊。西北研究院冰凍圈科學與凍土工程重點實驗室張玉蘭研究員、碩士研究生康強強等為論文第一作者，張玉蘭研究員為論文通訊作者。相關研究由中國科學院西北生態環境資源研究院、蘭州大學資源與環境學院、英國斯伯明翰大學共同參與該研究。該研究獲第二次青藏高原綜合科學考察研究、國家自然科學基金等項目聯合資助。
 

　　圖1　青藏高原典型冰川雪坑中微塑料的特征。其中：(a)　微塑料豐度，(b)　微塑料聚合物成分，(c)　微塑料形狀，(d)　微塑料尺寸分布。(YL-白水河1號冰川、DML-德姆拉冰川、KQGR-闊瓊崗日冰川、AL-昂龍冰川、DKMD-冬克瑪底冰川、LHG-老虎溝12號冰川)。(Wang　Z　et　al.，2024)
 

　　圖2　青藏高原祁連山地區以及典型流域表土中微塑料豐度分布圖　(Kang　Q　et　al.，2024a，2024b)
 

　　圖3　土壤環境參數和土壤微生物群落結構的　RDA　分析。(a)　細菌群落；(b)　真菌群落　(Li　L　et　al.，2024)
 

　　圖4　青藏高原冰凍圈地區微納塑料研究方向概述(Zhang　Y　et　al.，2024)