麻省理工学院的新研究揭示了生物膜如何帮助阻止微塑料的堆积
微塑料在环境和我们体内的积累是一个越来越令人担忧的问题。 但是，由于导致这些无处不在的颗粒扩散和沉积的因素很多，因此预测这些无处不在的颗粒将在哪里积累，从而预测应该将修复工作的重点放在何处，一直很困难。 麻省理工学院的新研究表明，决定微粒可能积聚位置的一个关键因素与生物膜的存在有关。 这些薄薄的，粘性生物聚合物层被微生物脱落，并可能积聚在表面，包括沿着沙质河床或海岸。 研究发现，在所有其他条件相同的情况下，微粒不太可能积聚在注入生物膜的沉积物中，因为如果它们落在那里，它们更有可能被流水重新悬浮并带走。 开放获取的发现发表在《地球物理研究快报》杂志上，麻省理工学院博士后 Hyoungchul Park 的一篇论文中，以及土木与环境工程教授 Heidi Nepf。 “微塑料肯定经常出现在新闻中，”Nepf 说，“我们并不完全了解积累的热点可能在哪里。 这项工作对可能导致这些颗粒和一般小颗粒在某些位置积累的一些因素提供了一些指导。 大多数关于微粒运输和沉积方式的实验都是在裸露的沙子上进行的，帕克说。 “但在自然界中，有很多微生物，例如细菌、真菌和藻类，当它们粘附在河床上时，它们会产生一些粘性物质。” 这些物质被称为细胞外聚合物物质 （EPS），它们“可以显着影响通道床特性，”他说。 这项新研究的重点是确定这些物质如何影响微粒（包括微塑料）的传输。 该研究涉及一个具有底部衬有细沙，有时带有垂直塑料管，模拟红树林根的存在。 在一些实验中，河床由纯沙子组成，而在另一些实验中，沙子与生物材料混合，以模拟在许多河床和海滨环境中发现的天然生物膜。 将混合了微小塑料颗粒的水泵入水箱三个小时，然后在紫外线下拍摄床表面，导致塑料颗粒发出荧光，从而可以定量测量其浓度。 结果揭示了两种不同的现象，这些现象会影响塑料在不同表面上的积累量。 紧接在代表地上根的杆周围，湍流阻止了颗粒沉积。 此外，随着沉积物床中模拟生物膜数量的增加，颗粒的积累也减少了。 Nepf 和 Park 得出结论，生物膜填充了增加沙粒之间的空间，减少微粒的容纳空间。 颗粒暴露得更严重，因为它们在沙粒之间的穿透深度较小，因此它们更容易重新悬浮并被流水带走。 “这些生物膜填充了沉积物颗粒之间的孔隙，”Park 解释说，“这使得沉积的颗粒（落在床上的颗粒）更容易受到流，这使它们更容易重新挂起。 我们发现，在具有相同流动条件、相同植被和相同沙床的渠道中，如果一个没有 EPS 和一个有 EPS，那么没有 EPS 的那个比有 EPS 的那个沉积速率高得多。 Nepf 补充道：“生物膜阻止塑料在床上积聚，因为它们无法深入床内。 它们只是停留在水面上，然后被捡起并移动别处。 因此，如果我在两条河流中洒出大量塑料微粒，其中一条河的底部是沙质或砾石，另一条河的底部更浑浊，生物膜更多，那么我预计会有更多的塑料微粒保留在沙质或砾石河中。 她说，所有这些都因其他因素而变得复杂，例如水的湍流或底面的粗糙度。 但它提供了一个 “很好的镜头”，为试图研究微塑料影响的人提供一些建议在现场。 “他们正试图确定这些塑料处于什么样的栖息地，这为如何对这些栖息地进行分类提供了一个框架，”她说。 “它指导你应该去哪里寻找更多的塑料，而不是更少的塑料。” 例如，Park 建议，在红树林生态系统中，微塑料可能优先堆积在外边缘，这些边缘往往是沙质的，而内部区域的沉积物则具有更多的生物膜。 因此，这项工作表明“沙质的外层地区可能是微塑料堆积的潜在热点，“他说，并且可以使这里成为监测和保护的优先区域。 这项工作得到了壳牌国际勘探和生产公司通过麻省理工学院能源计划的支持。