ES&T：塑料-岩石复合物作为微塑料生成的热点
原创 微塑料研究 2023-04-21 10:00 发表于河南
ES&T：塑料-岩石复合物作为微塑料生成的热点
据估计，每年分别有900 - 2300万公吨和1300 - 2500万公吨的塑料碎片管理不善并被丢弃到水生和陆地环境中。塑料碎片会产生微塑料（MP）和纳米塑料（NP），这可能会增加在整个环境中的流动性，可能会对生态系统过程和生物群产生负面影响。因此，已经考虑了许多尝试来评估环境中塑料碎片的特性，归宿和运输，和毒性。
最近的证据表明，陆地环境中的塑料也对食品安全和饮用水安全构成潜在威胁。因为塑料颗粒可能很容易进入植物组织通过裂纹进入模式或由于高表面电荷负性和小尺寸而沿多孔介质迁移。
在这项研究中，作者在陆地环境中发现了新的塑性岩石复合体，作为人类世的地质记录。为了进一步探索塑料的形成机理及其对环境的潜在威胁，我们探索了（1）塑料与岩石的结合机理；（2）塑料、岩石和邻近土壤的微生物群落；（3）它们在人工干湿循环中释放MP和NP的潜力。这一研究结果为将塑性形成纳入地球地质记录提供了直接证据。塑料-岩石复合体释放出数百万个MPs和数十亿个NPs的事实表明，未来需要对这种新型塑料材料在环境中的风险评估和缓解策略。
实验地点：
图1 （实地观察。在2022年7月的野外调查中，在中国广西河池市南丹县跛脚溪(24°50′48″N，107°37′25′E)附近发现了4个塑料-岩石杂岩体）
结果讨论：
（1）
图2（(c)LDPE-岩石复合物的表面形态和元素组成（重量百分比） (d)漂洗后从岩石上脱落的LDPE塑料碎片的XPS Si2P光谱，证实了化学键的形成(e)冲洗后从岩石上脱落的LDPE塑料碎屑的FTIR光谱，其中发现了代表岩石的 (f)漂洗的纯LDPE和PP薄膜以及漂洗的LDPE-岩石和PP-岩石复合物的矿物学组成，表明无机矿物牢固地附着在塑料碎片上）
沿着中国西南部广西省的拉梅溪（Lame Creek）发现了四个复合体，其中塑料碎片粘在暴露的母岩上（以下称为C1− C4）。历史洪水可能促成了复杂地层的形成，因为密度低于水的漂浮塑料碎片在褶皱岩石上被压碎，导致物理附着（图1ab）。
（2）
图3（宿主岩石、附着的塑料碎片和邻近土壤上的16S rRNA测序的细菌群落（N = 3）(a)主要门的比例丰度(b)维恩图呈现唯一和共享的OTU(c)岩石、塑料和土壤的细菌OTU群落的NMDS排序图(d)岩石、塑料和土壤的Chao 1指数的稀疏曲线(e)ZIPI图基于OTU的基于模块的拓扑角色示出OTU的分布(f)属级相对丰度热图 ）
在岩石、塑料和土壤中观察到不同的微生物群落。尽管在所有样本类型中，变形杆菌、放线杆菌、酸性杆菌和氯柔菌是丰富的门（图3a)，但岩石、塑料和土壤的唯一操作分类单位（OTUs）的数量分别为14,950个、17,936个和20,336个，远远超过了共有的数量。值得注意的是，在包括岩石、塑料和土壤在内的三种样本类型中，仅观察到2663个Otus（图3b)，而在不同复合体的所有样本中，仅观察到38个共享Otus。Zipi图中外围部分（即从生态学角度来看的专家）的高比例也证实了不同生境类型形成了不同的微生物群落（图3e)。对属相对丰度的热图分析也支持这一发现（图3f)。这些发现表明，在该复合体中形成了一个高度独特的微生物群落 。
(3)
图4 （在湿式−干循环过程中，塑料−岩石复合物产生数百万MPs和数十亿NPs(a)MPs的累积零阶生成特征（N = 6）(b)箱线图显示伪二维塑料碎片(c)湿−干循环中产生的MPs形态绘制了10个湿−干循环的平均直径和比例(d)通过NTA分析计算出的第一个润湿循环后产生的NPs数（N = 3）不同的小写字母表示通过单向方差分析得到的显著差异）
复合物的斜率K也比新鲜PE和PP薄膜高得多，表明自然收集材料的MP生成率更高（图4a)。所有塑料材料都观察到假2D碎裂尺寸，而平均尺寸值随观察到的PP<PE<PE-复合物<PP-复合物的顺序增加，通常与MP累积生成模式很好地一致（图4b)。缩小的形态类型顺序为碎片>纤维>球形。值得注意的是，在所有取样间隔内，微小球体的比例在所有组中最高（图4c)，突出了塑料迁移模式的潜在风险和复杂性。PE-复合物和PP-复合物分别产生4.20×1012和9.01×1012items·m−2 NPs,其值显著高于新鲜塑料薄膜(P<0.001)（图4d)。
（4）
图5 （不同模拟自然或人为过程中微塑料生成速率的比较）
在不同模拟自然或人为过程下，将这些塑料-岩石复合体与其他塑料材料的MP生成速率进行比较，这些塑料-岩石复合体的MP生成速率比垃圾填埋场高4 - 5个数量级，比海水高2 - 3个数量级，和个数量级大于海水与沙粒或卵石模拟与海洋沉积物的相互作用（图4）。MP生成速度与洗衣诱导的MP生成速度相当（假设每年洗涤270次）（图4）。此外，值得注意的是，该速度远低于实验室中连续UV照射和机械磨损诱导的MP生成的速度，这两者都是非常苛刻的条件，远远超出了自然界中通常观察到的条件（图4）。
总结：塑料-岩石复合体作为热点的MP生成，实验室干湿循环试验证明。在10次干湿循环后，LDPE−和PP−岩石复合体分别以零级模式产生了超过1.03 × 108和1.28 × 108items·m−2MP。与以往报道的数据相比，MP的生成速度比填埋场高4 - 5个数量级，比海水高2 - 3个数量级，比海洋沉积物高1个数量级以上。该调查的结果提供了强有力的直接证据，表明人为废物进入地质循环，并引起潜在的生态风险，而气候变化条件（如洪水事件）可能会加剧这种风险。未来的研究应该评估这种现象，包括生态系统通量、命运、运输和塑料污染的影响。
