微纳塑料在自然界中广泛存在, 已成为人们关注的热点问题. 然而, 由于缺乏关键的人体微纳塑料暴露数据, 对微纳塑料进入人体可能带来的健康风险了解尚浅. 目前的研究显示, 微纳塑料在人体的多个部位存在. 但是, 人体微纳塑料的实验分析方法尚未统一, 主要差异在于样品前处理和检测手段, 这增加了对微纳塑料在人体中的分布、转移、积累和排出进行系统性研究的难度. 此外, 纳米塑料(小于1 μm)的研究还面临一些难以克服的技术障碍. 微纳塑料标准品的实验研究结果虽然具有指导性, 但并不能全面反映真实环境中微纳塑料的暴露风险, 因此, 在科学上并不具有普遍意义. 本文旨在为人体微纳塑料的实验分析方法和风险评估的标准化提供指导方向.

综述了微塑料生物示踪和成像技术的研究进展. 目前, 多种示踪技术已被应用于微塑料的生物分布研究中. 常用的标记方法包括荧光标记、金属标记、同位素标记等. 其中, 荧光示踪技术因其高灵敏度和易操作性而应用最为广泛. 基于微塑料本身的光谱特性, 研究者还开发了多种先进成像技术, 如高光谱成像、表面增强拉曼成像和偏振光成像等. 这些技术能够实现微塑料的高灵敏度检测和定量分析. 此外, 组织透明化技术与高分辨率成像的结合使得微塑料在生物体内的三维可视化成像成为可能. 这种方法能够更全面地揭示微塑料在生物体内的空间分布情况, 为深入研究微塑料的生物学效应提供了新的视角. 未来, 多种示踪技术和成像方法与三维处理分析软件的结合将有助于更精细地探究微塑料在生物个体及其器官内的原位分布. 这种综合分析方法有望为微塑料的环境风险评估和管理提供更全面的科学依据.

城市间的高度融合, 使城市群成为全球经济发展的重要载体之一. 然而, 城市群快速的经济发展和产业结构演变所推动的新技术、新材料和新产品的应用, 以及高强度的人类活动, 导致新污染物环境排放和累积的问题日益严重. 新污染物 (contaminants of emerging concern, CECs)的复杂性、多样性及其在表层环境中的迁移、转化、累积与生态风险, 使得其成为当前表层环境过程研究中的核心科学问题. 本文系统阐述了城市群CECs多介质时空分异特征与迁移机制, 归纳总结了城市群CECs源排放与贡献的国内外研究进展, 综述了城市群CECs多介质归趋模型及生态健康风险评估方法, 探讨了当前城市群CECs污染研究中存在的不足, 并展望了今后研究中需要重点解决的科学问题.

利用固相萃取联合超高效液相色谱串联质谱仪技术优化了全氟化合物 (perfluoroalkyl substances, PFASs) 仪器检测方法和复杂环境样品前处理方法, 得到了一套环境多介质中41种全氟化合物的同步提取及检测方法. 在仪器优化方面, 通过单个标准品手动调谐确定了目标物最优化的离子对质荷比和质谱参数, 确定了2 mmol/L乙酸铵溶液和甲醇组合作为最优色谱流动相. 在样品萃取和净化方面, 发现固体样品在30℃水浴下超声萃取10 min比加速溶剂萃取的回收率更高且用时更短; 使用平行定量浓缩仪进行氮吹浓缩目标物平均回收率高达104.3%, 且比传统水浴氮吹仪节省约50%的时间; 分别使用2 mmol/L乙酸铵溶液(pH = 3)和1 mL 0.5%氨水甲醇溶液进行固相萃取柱淋洗和洗脱时, 样品平均回收率可达108.2%和105.5%. 利用优化后的方法对实际样品 (土壤、沉积物和水体) 进行检测, 方法检出限为0.01 ~ 0.34 ng, 基质加标回收率为67.9% ~ 174.9%, 平行样相对标准偏差为0.03% ~ 28.10%. 总体来讲, 优化后的样品前处理方法比以往方法更省时省溶剂, 且灵敏度和回收率都较好, 为环境样品的大批量检测提供了技术依据.

为探究路边农田土壤中未知有机物赋存情况, 利用全二维气相色谱−飞行时间质谱技术对上海不同道路等级路边农田土壤(n = 8)中的有机物进行了非靶向定性筛查. 通过空白过滤和谱库匹配(相似度大于700), 在所有样品中均检出了1000多个质谱峰, 其中, 与谱库保留指数偏差在 ±2%以内的物质数有275 ~ 341种. 所有采样点共同检出的有机物有66种, 信噪比较高的前10种物质主要是多环芳烃类、邻苯二甲酸酯类、苯酚类、噻吩类和四氯乙烷类. 费雪比值(Fisher ratio, FR)法分析揭示出具有明显道路等级差异的化合物有29种(FR为22.6 ~ 60.3), 而这些化合物主要来自化工产品、生物医药和个人护理品等产品, 推断其差异主要受控于邻近区域工业活动、污水灌溉和居民生活源排放的影响. 元素组成分析表明, 在所有采样点中有机物组成主要以CHO和CH为主, 峰面积占比分别为39.9% ~ 59.1%和30.2% ~ 45.8%. 对人为源有机物进一步地分类分析, 发现烷烃、多环芳烃和邻苯二甲酸酯类是上海路边农田土壤中含量较高的3类污染物, 表明汽油柴油燃烧、轮胎磨损、润滑油挥发泄漏等交通源排放对路边农田土质的影响不容忽视. 总的来说, 全二维技术能够准确地定性筛查出农田土壤中大量未关注的有机污染物, 为今后污染管控和治理提供了科学依据.

分析了20余种有机磷酸酯 (organophosphate esters, OPEs) 同系物在杭州市城镇、耕地和林地道路灰尘中的浓度水平及空间分布特征. 其中, 磷酸三(1-氯-2-丙基)酯是丰度最高的单体, 多种OPEs在不同功能区样品中的残留量呈现出显著区域性差异, 且峰值多检测于人口密度较大和距离主干道较近的地区, 印证了人为活动和交通排放是驱动其空间分布的重要因素. 基于所获道路灰尘浓度数据, 估算了当地人群经灰尘咽入和皮肤吸收而引发的OPEs暴露速率, 推演结果表明所涉健康风险较低.

场地土壤中存在多种环境污染物, 严重威胁城市土壤和地下水安全. 而深层土壤中的新型污染物研究较少, 例如抗生素和抗生素抗性基因 (ARGs), 需要及时监测和治理. 本研究选取河北邯郸明芳钢铁场地为研究区域, 采集了3根4 m的土壤柱. 采用超高效液相色谱-串联质谱仪检测了其中四大类 (磺胺类、氟喹诺酮类、大环内酯类、四环素类) 共17种抗生素的含量, 运用宏基因组测序技术研究了不同深度土壤中ARGs的种类、相对丰度和贡献物种. 研究结果表明, 总抗生素污染浓度范围在2593.2 ~ 4279.5 ng/g之间, 其中磺胺类抗生素 (SAs) 为166.1 ~ 1103.8 ng/g, 氟喹诺酮类抗生素 (FQs) 为993.3 ~ 1330.4 ng/g, 大环内酯类抗生素 (MLs) 为4.0 ~ 104.8 ng/g, 四环素类抗生素 (TCs) 为1269.5 ~ 2077.6 ng/g, 与其他区域土壤中抗生素浓度相比, 污染处于中度水平. 土壤剖面中, SAs在浅层土壤 (0—150 cm) 中占比高于深层土壤 (150—400 cm). MLs在深层土壤 (350—400 cm) 中有较多的累积. TCs和FQs的占比在各土壤层中均较高, 是检测到的主要抗生素类别. 四大类抗生素对应的ARGs丰度均随土壤深度增加而减少, 其中大环内酯类ARGs相对丰度最大, 检出频率为0.92 × 10⁵ ~ 1.44 × 10⁵. 物种贡献度统计结果表明, 放线菌门 (Actinobacteria) 对四大类抗生素抗性基因的丰度均具有最大的贡献. 综上, 本研究揭示了抗生素在场地土壤中的分布迁移特征, 而ARGs在深层土壤中的污染不容忽视, 可能会污染地下水, 增加抗生素耐药菌的传播.

河口是抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)的重要汇集区域, 但对于河口环境中ARGs的地理格局和主要驱动因素了解不足. 为此, 本研究通过高通量定量聚合酶链反应(high-throughput quantitative polymerase chain reaction, HT-qPCR)技术研究了中国16个典型河口在干湿季节的ARGs赋存特征, 并结合统计分析揭示了多种因素对ARGs的影响. 结果表明, 干季ARGs丰度高于湿季, 且ARGs丰度随纬度升高呈增加趋势. 人类活动、可移动基因元件、肠道微生物、抗生素浓度、理化性质和气候变量对ARGs的赋存有显著影响. 其中, 气候变量和人类活动对ARGs影响最显著. 影响ARGs的最重要气候变量是温度, 温度升高使得ARGs丰度降低. 研究证实, 人类活动和气候因素共同驱动了河口ARGs的丰度变化, 可为未来气候变化和社会经济发展背景下ARGs的控制政策提供依据.

揭示了有机磷酸酯 (organophosphate esters, OPEs) 在长江口表层水、底部水和沉积物中的多介质赋存特征、空间分布与垂向传输规律以及典型水环境相间分配行为, 并探讨了关键影响因素及环境意义. OPEs已广泛分布于长江口环境中, 水样中峰值主要分布在人类活动强度高的区域, 同时, 河口水文特征也提升了入海口样本中的OPEs含量. 基于风险商推断出的中、高生态风险主要由磷酸三 (2-乙基己基) 酯和双酚A双二苯基磷酸酯导致. 每年经长江口径流和泥沙向东海汇入的OPEs总量分别约为150 t和290 kg, 已与诸多主流污染物的通量相当甚至更高.结果展现了OPEs在我国城市河口环境中的高残留量以及对于生态系统的潜在风险.

分别以上海黎明资源回用有限公司和上海文鑫生物科技有限公司大型垃圾处理基地为例, 研究了餐厨垃圾厌氧和好氧处理过程中产生的微塑料 (MPs), 并进一步跟踪处理后产生的有机肥产品及其施用后农田土壤中的微塑料, 以揭示微塑料的污染特征和环境归趋. 结果显示, 餐厨垃圾的厌氧和好氧处理过程中均存在微塑料, 主要为透明或黑色纤维形状, 以小于 1 mm尺寸为主, 主要成分为聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 和人造丝 (Rayon). 厌氧处理前样品中微塑料的平均丰度为40.0 ~ 546.7 items/kg, 而处理后的沼液和沼渣中微塑料的丰度分别显著降低了75.53%和54.41%. 好氧处理前的垃圾和稻壳中微塑料的平均丰度分别为53.3 ~ 493.3 items/kg和66.7 ~ 566.7 items/kg, 而处理后的有机肥中微塑料丰度提高了46.84%. 施用有机肥的土壤中微塑料的平均丰度达到 (176.7 ± 34.8) items/kg, 比未施用有机肥的土壤显著提高了137%. 这些结果表明, 城市餐厨垃圾处理过程可产生微塑料, 并能通过有机肥介导加剧土壤微塑料污染.

针对上海这一特大城市, 构建了Weather Research and Forecasting-Community Multiscale Air Quality (WRF-CMAQ) 耦合模型以分析二噁英 (polychlorinated dibenzo-p-dioxins and furans, PCDD/Fs) 的大气传输过程和呼吸暴露风险. 结果表明: 模型模拟的PCDD/Fs浓度中有69.88%的模拟值为观测值的0.5 ~ 2倍, 精度良好. 2019年上海大气在冬季的PCDD/Fs污染水平最高, 其次是在秋季和春季, 最低是在夏季, 质量浓度分别为847.08、629.53、588.38和406.96 fg/m³, 毒性当量TEQ浓度分别为59.29、44.46、40.80和28.08 fg I-TEQ/m³. 大气PCDD/Fs污染严重的地方为杨浦区、虹口区、黄浦区、静安区、宝山区、金山区、松江区. 上海居民对PCDD/Fs的呼吸暴露量表现为幼儿 > 老年人 > 成年人的趋势, 分别为10.67、8.86和8.47 fg I-TEQ/(kg·d), 暴露风险均在可接受水平内. 此外, 本地排放源对污染的贡献远大于外地排放源, 这说明上海大气中的PCDD/Fs污染主要是由本地的工业生产过程和燃烧活动造成的.

海洋作为河流抗生素的最终归宿, 其在河流到海洋迁移过程的机制和变化规律尚未得到系统研究. 2023年分别于丰水期和枯水期, 在长江口及其近岸海域采集表层水样, 采用固相萃取技术和超高效液相色谱-串联质谱法, 对水样中5类20种抗生素的含量进行测定, 分析其含量水平、时空分异以及潜在的生态风险. 研究结果显示, 20种抗生素检出浓度范围为ND (not detected) ~ 63.32 ng·L^–1, 自长江口近口段 (平均108 ng·L^–1)—河口段 (平均50 ng·L^–1)—口外海滨段 (平均40 ng·L^–1)—近岸海域 (平均29 ng·L^–1) 呈现出从内陆到海洋的递减趋势. 5类抗生素的含量水平由高到低依次为氯霉素类 > 大环内酯类 > 磺胺类 > 喹诺酮类 > 四环素类, 抗生素检出种类及含量具有明显的季节差异性, 枯水期大环内酯类抗生素含量显著高于丰水期, 而丰水期四环素类含量显著高于枯水期. 研究区水体主要受到磺胺甲恶唑、环丙沙星、金霉素、红霉素、氯霉素、氧氟沙星等抗生素的潜在威胁, 其生态风险不容忽视.

对畜禽养殖环境中抗生素与抗性基因的影响与潜在的生态风险进行了综述, 通过对相关文献进行系统调研总结了不同地区畜禽养殖业中抗生素的使用情况. 研究发现, 畜禽粪便及粪肥还田后土壤中抗生素与抗性基因残留浓度水平因粪肥种类、地区、养殖场规模和管理措施等因素而存在差异; 同时, 抗生素和抗性基因在土壤中的迁移转化受土壤类型及施肥方式的影响. 此外, 本研究特别探讨了抗性基因在土壤中通过水平基因扩散等机制传播对土壤微生物的影响, 系统阐述了抗生素与抗性基因的生态风险. 最后, 结合畜禽粪肥还田的污染现状, 对未来减少环境中抗生素及抗性基因积累和扩散进行了总结与展望, 期望为全面了解抗生素及抗性基因在畜禽养殖中的环境影响和生态风险提供有力支持.

在合肥市不同区域采集了31个土壤样品, 利用气相色谱−质谱仪测定土壤中卤代阻燃剂的含量, 并对其组成特征、空间分布、来源进行解析. 研究结果显示, 合肥市表层土壤中总的多溴联苯醚 (polybrominated diphenyl ethers, ∑₂₃PBDEs)、替代型溴代阻燃剂 (alternative brominated flame retardants, ∑₂₂ABFRs) 和得克隆及其类似物 (dechloranes, ∑₁₁DECs) 浓度均值分别为(6.490 ± 13.221)、(26.375 ± 101.928)和(0.815 ± 0.760) ng/g. 十溴二苯乙烷 (DBDPE) 是替代型溴代阻燃剂中最主要的同系物, 占比高达84.4%. 空间分布上, 卤代阻燃剂浓度的高值多位于城市开发区、高新区等制造业集中地. 源解析表明, 其主要来源为商业多溴联苯醚, 其次来源于阻燃剂的生产、运输及其环境降解过程. 基于危险指数法估算的非致癌风险评价结果表明, 研究区内目标物的非致癌风险指数均小于1, 在可接受范围内, 无非致癌风险.

通过方差分析和风险商值(hazard quotient, HQ)法探究了上海34份农田土壤中六溴环十二烷(hexabromocyclododecane, HBCD)的空间分布特征和潜在健康风险. 结果表明, 所有样品中均检出了3种同系物(α-、β-和γ-HBCD), 总HBCD浓度(∑HBCDs)范围为0.30 ~ 25.41 ng/g, 算术均值为1.78 ng/g. 各采样区∑HBCDs呈现明显的空间分异特征, 其中, 宝山区和嘉定区∑HBCDs的平均浓度显著高于其他行政区(p < 0.05), 推断HBCDs主要受工业源和道路源排放的共同影响. 上海农田土壤中3种非对映异构体α-、β-和γ-HBCD占∑HBCDs的比例范围分别为2.90% ~ 73.36%、5.23% ~ 63.78%和6.95% ~ 85.46%. 91.2%的采样点处γ-HBCD占比低于商业产品中的比例, 表明这些异构体之间存在相互转化. 不同年龄人群∑HBCDs总的日暴露剂量变化范围为3.17 × 10^–4 ~ 1.57 × 10^–1 ng/(kg·d), 其中, 婴儿暴露量最高, 不同年龄人群经口摄入的日暴露剂量大于皮肤接触摄入. HQ结果表明, 当前浓度水平下所有人群总摄入量基本无风险.

河流是塑料向海洋运输的主要通道. 为了解塑料污染的来源、迁移和归宿, 对塑料入河通量进行了归纳分析和计算优化. 此外, 塑料上往往负载许多非键合助剂, 其中紫外吸收剂的使用日益广泛, 但关于其从塑料上沥滤释放及潜在的生物效应等方面尚缺少定量分析. 因此, 本文综合改进了塑料入河通量的计算方法, 并提出了紫外吸收剂经河流的传输通量公式. 计算结果表明, 入河总塑料 (微塑料与宏塑料之和) 质量通量排名最高的是欧洲的莱茵河, 第二是印度的恒河. 常见的5类紫外吸收剂中, 苯并三唑类紫外吸收剂 (213.40 kg/a) 和二苯甲酮类紫外吸收剂 (192.95 kg/a) 的入河总通量较高. 通过生物毒性模型预测发现, 苯并三唑类潜在的生物毒性较高, 需深化其环境行为、归趋机制以及生态效应方面的研究. 本文旨在归纳分析随塑料入河的紫外吸收剂的全球通量, 将为制定有效的塑料负载紫外吸收剂的污染防控策略、保护水生生态系统健康提供依据.