微塑料对有机污染物环境过程和效应的影响及机制

Microplastics consist of synthetic polymer products manufactured as additives, such as exfoliates in cosmetics, or derived from the fragmentation of larger plastic debris. Those small particulates transport with overland runoff or streams, and end in the sink of sediments, soils and the ocean. These microplastics could be a new set of environmental concerns, because: (a) they are small enough to be taken up by biota and thus can accumulate in the food chain; and (b) they can sorb pollutants especially POPs on their surfaces, thus increase risks of these particles. Despite of the large risks in the environment especially biota, the research of micropastics and the interactions with POPs in the environment especially terrestrial systems are still very rare. In this proposal, we propose to use isotope tracers to study the ecotoxicity of microplastics and typical POPs such as TBBPA and Phenanthrene. In addition, we propose to study the interactions of microplastics and POPs in soil or sediments, expecially the degradation/transformation, the formation of bound residues, the redistribution of POPs with the existence of microplastics. The results from this study could be used for risk assessment of microplastics in water and agriculture ecosystems.

微米至纳米级别的微塑料作为工业添加剂被直接或间接排入环境中；或者由塑料废弃物在环境中的物理降解形成。这些微塑料随地表径流或天然水体迁移，最终在底泥、土壤以及海洋环境中富集。大比表面积的疏水性微塑料被检出可能吸附大量各种持久性有机污染物（POPs），对水生生物及土壤生物造成很大威胁。微塑料及其携带的POPs有可能与环境介质相互作用，并且因为动植物的活动而发生重新分配。尽管有如此大的环境威胁，目前对微塑料的环境影响和归趋才刚刚开始。本申请拟采用C-14标记技术，研究不同大小、不同形状及表面修饰的微塑料与几种典型持久性有机污染物（如溴代阻燃剂TBBPA、多环芳烃菲）的复合污染对水生生物及土壤生物的生物毒性以及微塑料对土壤及水体沉积物中有机污染物的降解和转化、结合态残留物的形成、分布和赋存形态的影响，为评价微塑料与典型持久性有机污染物的的环境毒性以及对天然水体及农田生态系统的风险提供科学依据。

微塑料颗粒，包括微米到毫米级塑料和纳米塑料，在环境中的污染引起了极大的关注。微塑料颗粒由于其粒径微小，比表面积巨大，且颗粒表面具有很强的疏水性，很有可能吸附环境中的有机污染物；另外，微塑料颗粒由于其粒径微小，很有可能向环境中缓慢释放其中的塑化剂等塑料添加剂。同时，微塑料颗粒已经被报道可能对生物产生毒性效应，但是其与有机污染物的复合毒性效应及其机理还鲜有报道。本课题针对微塑料在环境中与有机污染物相互作用的几个主要科学问题，采用14C放射性同位素示踪技术，研究了微塑料对水体和土壤中有机污染物环境归趋的影响、微塑料与有机污染物的复合污染对水生生物及土壤生物的生物毒性。微塑料选择了聚苯乙烯（PS）为代表，有机污染物拟选取菲（Phe）和双酚A（BPA）等化合物，分别作为多环芳烃和塑料添加剂的代表研究微塑料与有机污染物的复合污染对典型水生生物大型蚤及土壤生物蚯蚓的生物毒性和生物富集，以及微塑料对水体、土壤和沉积物中有机污染物的降解和转化、结合态残留物的形成、分布和赋存形态的影响。..研究结果表明：1）纳米塑料相对微米塑料而言对大型蚤具有更大的毒性，而且其与菲的复合毒性表现出叠加效应。纳米塑料显著延缓了多环芳烃菲在大型蚤－培养基体系中的降解和消失，同时增加了菲及其代谢产物在大型蚤体内的富集；2）纳米塑料显著抑制了太湖水中BPA的矿化，并且显著增加了水体中弱极性代谢产物的比例，从而使BPA降解产生急性代谢产物和进一步矿化的过程发生了延迟；3）纳米塑料显著抑制了土壤中多环芳烃菲的降解和矿化，增加了其在土壤中的停留时间，且吸附于纳米塑料表面的菲极难释放到土壤溶液中而被降解；4）高浓度微米塑料泡沫颗粒显著降低了TBBPA的厌氧降解。..本研究发现纳米塑料相比微米塑料而言，具有更强的环境风险，且能够显著影响污染物的环境行为和归趋。本研究为评价微塑料与典型持久性有机污染物的的环境毒性以及对天然水体及农田生态系统的风险提供了科学依据，对正确掌握微塑料尤其是纳米塑料在环境中的行为以及控制微塑料的环境污染具有重要的理论和现实意义。