【摘要】：微塑料污染已成為國(guó)內(nèi)外關(guān)注的熱點(diǎn)環(huán)境問(wèn)題。微塑料因其粒徑小、比表面大,可作為污染物及病原菌(或外來(lái)物種)的載體。已有研究表明,微塑料表面附著的微生物主要以生物膜的形式存在。生物膜的形成可能改變微塑料的理化性質(zhì),進(jìn)而影響微塑料的歸趨。當(dāng)前,國(guó)際上有關(guān)微塑料表面生物膜群落的研究逐漸增加,而關(guān)于微塑料表面生物膜的形成及其對(duì)微塑料理化性質(zhì)影響的研究還較罕見(jiàn)�；诖�,本研究以我國(guó)北方北黃海養(yǎng)殖區(qū)(山東煙臺(tái)養(yǎng)馬島附近海域)作為微塑料野外試驗(yàn)點(diǎn),選取粒徑3~5 mm的聚乙烯(Polyethylene,PE)薄膜、聚丙烯(Polypropylene,PP)樹(shù)脂顆粒及發(fā)泡類(lèi)聚苯乙烯(Expanded polystyrene,EPS)小球作為供試微塑料,設(shè)計(jì)并安裝了微塑料浸海試驗(yàn)的“浮筏套籠”裝置,開(kāi)展了不同深度(2 m、6 m和12 m)海水中,不同類(lèi)型微塑料表面生物膜的形成及其對(duì)微塑料理化性質(zhì)影響的動(dòng)態(tài)試驗(yàn);分析了微塑料表面生物膜的形貌、總量及厚度隨時(shí)間及水深的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,優(yōu)化了軟質(zhì)微塑料表面DNA的提取方法,揭示了生物膜的形成對(duì)微塑料疏水性、官能團(tuán)的影響,以及不同水深條件下EPS粒徑、密度及表面粗糙度隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化,初步探明了微塑料表面生物膜及其與微塑料的相互作用關(guān)系,以期為揭示我國(guó)海岸及近海環(huán)境中生物膜的形成對(duì)微塑料的環(huán)境歸趨、風(fēng)化與降解等過(guò)程的影響提供了科學(xué)依據(jù)。本研究主要結(jié)果如下:(1)基于文獻(xiàn)和實(shí)地調(diào)研,有效地將扇貝養(yǎng)殖籠與不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)桶結(jié)合,組合了一套操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、適合近海不同水深的微塑料浸海試驗(yàn)裝置,并在煙臺(tái)養(yǎng)馬島扇貝養(yǎng)殖區(qū)海域開(kāi)展了微塑料浸海現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。(2)在近海養(yǎng)殖區(qū)微塑料表面可快速附著大量微生物。暴露30天、75天和135天時(shí),不同水深(2 m、6 m和12 m)的三種微塑料表面均有大量微生物附著,主要是球菌和桿菌等。對(duì)于PE薄膜,除暴露135天時(shí),12 m水深處的生物膜總量顯著提高外,PE薄膜表面生物膜的總量隨暴露時(shí)間及深度的變化無(wú)顯著差異。通過(guò)激光共聚焦熒光顯微鏡對(duì)生物膜的結(jié)構(gòu)及厚度進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果表明,PE薄膜表面生物膜的密集程度及厚度隨著水深的增加而逐漸降低,且隨著暴露時(shí)間的增加而顯著增加。對(duì)于EPS小球而言,3個(gè)深度的EPS小球表面生物膜的總量均隨著暴露時(shí)間增加而顯著增加,但暴露深度之間的生物膜總量無(wú)顯著性差異。對(duì)于PP樹(shù)脂顆粒而言,僅在暴露至第135天時(shí),三個(gè)深度的PP樹(shù)脂顆粒表面生物膜總量較前兩次(暴露30天和75天)均有了顯著增加�？傮w上看,PP樹(shù)脂顆粒表面生物膜總量,隨著暴露深度的增加,生物膜總量略有增加。(3)優(yōu)化了不同類(lèi)型(PE薄膜和EPS小球)、粒徑(1~3 mm和3~5 mm)和數(shù)量(10片、20片和30片)的海洋微塑料表面生物膜DNA的提取方法。綜合DNA濃度、純度、提取時(shí)間和成本等多因素分析,與MOBIO Powersoil~?試劑盒相比,MP FastDNA~?試劑盒對(duì)EPS小球和PE薄膜兩類(lèi)軟質(zhì)微塑料的表面微生物DNA的提取效果較好。進(jìn)一步應(yīng)用該方法提取了不同水深PE薄膜表面生物膜的微生物DNA;高通量測(cè)序結(jié)果表明,PE薄膜表面生物膜的細(xì)菌豐度和多樣性均隨著水深的增加而顯著增加。3個(gè)水深的微塑料表面生物膜的微生物群落在門(mén)、綱和屬水平上的主要組成成分基本相同,門(mén)水平主要為變形菌門(mén)(Proteobacteria)和擬桿菌門(mén)(Bacteroidete),綱水平主要為γ-變形菌綱(Gamma-proteobacteria)、α-變形菌綱(Alpha-proteobacteria)和黃桿菌綱(Flavobacteria),屬水平的菌群豐度隨深度的變化更加顯著。(4)生物膜的形成改變了微塑料的微形貌、疏水性及化學(xué)官能團(tuán)等理化性質(zhì)。PE薄膜的顏色隨暴露時(shí)間的增加而變深,隨暴露深度的增加而變淺。暴露75天時(shí),PE薄膜表面出現(xiàn)羰基峰,表明開(kāi)始發(fā)生風(fēng)化或降解;暴露135天時(shí),PE薄膜表面已有撕裂的微塑料碎片產(chǎn)生;且PE薄膜的疏水性也隨時(shí)間的增加而顯著降低。EPS小球的顏色隨暴露時(shí)間和暴露深度的增加而變深,EPS小球的粒徑隨水深增加而顯著減小,密度則隨水深增加而增加;小球的粒徑與暴露時(shí)間的變化無(wú)顯著相關(guān)性,但密度隨暴露時(shí)間的增加而增加;EPS小球表面未觀察到塑料碎片;PP樹(shù)脂顆粒表面的粗糙度隨著暴露時(shí)間的增加增加,但表面尚未發(fā)生風(fēng)化。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：X55
【圖文】：

本論文研究技術(shù)路線(xiàn)

圖 2.1 海洋中（微）塑料野外試驗(yàn)裝置Figure 2.1 Different field apparatus used for microplastic experiments in the sea作者進(jìn)一步從試驗(yàn)裝置的成本、操作簡(jiǎn)易程度、環(huán)保及試驗(yàn)要求等方面?zhèn)鋬?yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較（如表 2.1 所示）。

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本文編號(hào)：2712559