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專家研究成果 | 濕地大氣微塑料輸入的時空模式、驅動因素以及獨特的生態影響
近日，北京大學黃藝教授課題組在“Water Research”上發表了題為“Atmospheric microplastic input into wetlands: Spatiotemporal patterns, drivers and ecological impacts”的研究論文，由徐力波博士研究生作為第一作者完成。
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大氣是地表和水體生態系統中污染物的重要來源之一。近來，大氣對水生生態系統中微塑料輸入的影響引起了廣泛關注。濕地是多種水體生態系統中主要的微塑料匯聚區之一，但關于大氣微塑料進入濕地的許多細節尚不明確，尤其是在污染輸入的時空模式和生態影響方面。本研究在中國長江流域下游的 11 個經濟發達城市收集了四季的大氣沉降和苔蘚組織樣本，并使用配 Clarity 軟件的 8700 LDIR 紅外成像儀器進行了微塑料顆粒的全自動檢測。該方法能夠捕獲顆粒的圖像、光譜數據和形態學分析，并對單個微塑料顆粒進行聚合物類型匹配。全自動化且基于圖像的處理方式確保了結果的標準化和可比性，而嚴格的預處理和顆粒識別程序則保證了有機顆粒的準確識別。
在研究區域，大氣微塑料的平均沉積速率為 512.31 items m−2 d−1，相當于每年向總面積為 1652 平方公里的調查濕地貢獻約 17.46 噸塑料。檢測到的微塑料主要由聚酰胺（PA）和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）組成，尺寸分布范圍為 20 μm 到 2302 μm，顆粒是最主要的形態。與此相對應，研究區域濕地苔蘚樣本中截獲的微塑料也得出了類似的結果。后續分析表明，微塑料進入濕地的模式在雨季和非雨季之間存在差異，主要受風速、降雨量和臭氧濃度等自然因素的影響。同時，民用車輛密度和紡織工業的發展是驅動微塑料沉積的主要社會經濟因素。進一步的室內實驗結果表明，苔蘚葉狀細菌群落的結構和功能受到微塑料豐度和粒徑的影響，這表明空中沉降的微塑料對濕地生態系統具有獨特的生態風險。
黃藝
教授
現任北京大學環境科學與工程學院教授，博士生導師，北京大學深圳研究院海洋生物資源與環境研究所所長，從事環境生態和環境生物技術以及海洋微生物資源挖掘和產業化工作，在污染環境和極端生鏡下的微生物生態過程、環境修復生物技術和微生物資源挖掘方面具有獨特的建樹。
胡敏
教授
北京大學教授、北京大學環境模擬與污染控制國家重點聯合實驗室主任，國家杰出青年基金獲得者、教育部“長江學者”特聘教授。環境保護部“國家環境保護專業技術領軍人才”。榮獲“中國青年女科學家”獎，美國地球物理學會會士。亞洲氣溶膠學會 Fellow 和中國環境科學學會首屆會士。長期從事大氣顆粒物來源、二次轉化及其環境影響和控制對策研究，主持國家自然科學基金重點和集成項目、科技部重點研發計劃項目和總理基金項目等，發表 PNAS、Environ. Sci. Technol. 和 Atmos. Chem. Phys. 等 SCI 文章，H 因子 94。獲國家自然科學二等獎 1 項，國家科技進步二等獎 1 項，教育部科技進步一等獎 2 項和自然科學獎一等獎 2 項，環境保護部一等獎 2 項二等獎 1 項。曾任 J. Aero. Sci. 學術刊物主編，現任新刊 npj Clean Air 主編。世界氣象組織 (WMO) 全球大氣觀測計劃 (GAW) 氣溶膠科學咨詢組成員。
徐力波
博士研究生
師從黃藝教授，現于北京大學就讀博士研究生，研究方向為大氣微塑料傳輸過程及其對下墊面微生態影響，以第一作者于 Environ. Sci. Technol. 和 Water Res. 等期刊發表學術論文 6 篇。
用戶反饋
為了探究大氣對下墊面生態中微塑料污染的面源輸入總量和特征，我們采用了8700 LDIR激光紅外成像光譜儀對大氣降塵樣品中的微塑料進行上機檢測。LDIR具備自動化、高通量的的顆粒識別和紅外光譜讀取功能，可根據專門為微塑料研究而建立的數據庫準確地匹配檢測顆粒的聚合物成分。上機后的全自動化流程大大減少了人工操作和時間成本，能夠快速獲取有關微塑料尺寸、形狀和聚合物類型等多項參數。
通過使用8700 LDIR激光紅外成像技術，我們的研究發現了大量尺寸在10-50微米之間的微小塑料顆粒，共涵蓋了24種不同的聚合物類型。這些發現遠遠超過了傳統的人工目視檢查結果，極大地提升了我們對大氣傳輸加劇其他生境中微塑料污染的了解，為更有效地管理大氣微塑料問題提供了有力的數據支持。
8700 LDIR 紅外成像降塵中微塑料快速定性及定量測試解決方案
8700 LDIR 紅外成像光譜儀采用量子級聯激光器作為光源，搭配安捷倫開發的高度智能化 Clarity 軟件，可自動實現對微塑料顆粒識別、圖像采集、紅外譜圖測試、尺寸信息以及定性結果統計等功能。與此同時，它還可以提供每個顆粒的形態分析數據，可用于顆粒的形狀篩分及溯源工作。如下圖所示，大氣降塵樣品中微塑料的粒徑具有隨著尺寸的降低而呈指數級上升趨勢，且粒徑大小基本低于 120 μm 等特性，常規傳統紅外顯微儀器很難實現準確測試。而 8700 LDIR 紅外成像高精度的顆粒識別方法，可將大于 6 μm 以上的顆粒全部自動識別并實現準確測試。測試全程由軟件自動控制，最大限度的消除了人為誤差的影響，為實驗室間進行數據對比提供了更多可行性。
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