利用热解气相色谱质谱法（PyGC–MS）研究圣佩德罗湾的微塑料污染

在这篇问答采访中，Samiksha Singh 讨论了她的团队在微塑料研究中的最新成果，这些研究为如何通过海洋监测改善塑料污染治理提供了新的见解。

最近的一项研究发现，沿海海洋环境中的微塑料污染是一个重大问题。

这项发表在《环境研究》上的研究结果表明，仅对海洋表面进行采样会低估微塑料的浓度，强调了对其分布和迁移进行全面研究的必要性，以更好地管理塑料污染（1）。

微塑料是指尺寸小于5毫米的塑料碎片（2）。它们可能来自多种来源，包括人类活动（2）。科学家们正在探索的主要问题是如何更好地监测和检测环境中的这些塑料，以便为子孙后代保护环境。

Samiksha Singh 在加州大学河滨分校环境科学系和南非约翰内斯堡的豪登省城市区域观测站工作。她选择这一研究主题是因为沿海海洋环境中的微塑料分布仍然知之甚少（1）。

最近，Singh 接受了《LCGC国际》的采访，讨论了她的团队的研究成果和方法。研究中使用热解气相色谱-质谱法（Py-GC–MS）分析了轮胎和道路颗粒，并使用微傅里叶变换红外光谱（μFT-IR）处理了颗粒光谱。

本次采访最初发表于《光谱学》杂志。

Samiksha Singh 在加州大学河滨分校环境科学系和南非约翰内斯堡的豪登省城市区域观测站工作。图片来源：Samiksha Singh

您对圣佩德罗湾海洋环境中微塑料（MP）分布研究的主要目标是什么？这些目标如何填补现有研究空白？

研究的主要目标是确定近海海洋环境中水柱和表层底部沉积物中微塑料的浓度、特征和分布。这是一个新颖的方法，因为大多数研究仅限于在海洋表面采样微塑料。

您能否详细说明用于收集水柱和底栖沉积物中微塑料的采样方法？这些方法如何确保全面的采样评估？

我们在湿季和干季分别在七个地点（三个近岸和四个离岸）进行了采样。使用Manta拖网在水柱表层、中层水深（表面以下7-10米）使用bongo网以及在水柱底部使用底栖拖网采集样本。此外，每个地点还使用Van Veen抓斗采集了沉积物样本。这些方法确保了从最浅约9米到最深约350米的水柱范围内的全面采样。最近的采样地点距离海岸1公里，而最远的离岸地点距离海岸14公里。多个采样地点和多种采样方法的结合确保了全面的采样，为理解该环境中微塑料的分布提供了重要依据。

您的研究结果表明，近岸和离岸环境中的微塑料浓度存在显著差异。您认为哪些因素导致了这些空间变化？

近岸环境中的微塑料浓度高于离岸环境。这种显著差异可能归因于陆地上的人类活动导致近岸环境中微塑料浓度升高。此外，本研究区域与洛杉矶河、圣盖博河和圣安娜河的出海口重叠，而河流是塑料污染进入海洋环境的主要通道，这也可能是近岸环境中微塑料浓度显著较高的原因。

研究强调，仅对表面进行采样会低估微塑料浓度。在采样更深水层和沉积物时，您遇到了哪些挑战？如何解决这些挑战？

仅对表面进行采样可能会低估微塑料的浓度，因为漂浮的微塑料可能不会一直停留在表面。它们会受到光降解、风混合、波浪和生物附着的影响，导致这些颗粒下沉或混合到更深的水层中。此外，季节性海洋分层或混合也会影响微塑料在水柱中的运动。颗粒从表面到水柱其他部分的流失还受到颗粒大小、聚合物密度以及颗粒上升和沉降速度的影响。在尝试进行超出表面的全面微塑料采样时，成本和时间限制（包括样本收集和分析）是主要挑战之一。通过制定稳健的采样方法、采样计划和配备合适的设备，可以减少这些挑战，确保及时有效的样本收集。

您发现聚乙烯和聚丙烯是水柱中的主要聚合物。这些发现为沿海环境中微塑料的来源和迁移动态提供了哪些见解？

聚乙烯和聚丙烯是本研究中水柱中最丰富的聚合物。它们也是全球产量最高的聚合物，约占全球塑料产量的74%。这些聚合物在全球海洋环境中最为丰富，因为它们广泛用于一次性塑料制品，如塑料袋、瓶盖和容器。聚乙烯和聚丙烯微塑料的丰富性可能也因其低密度而在海面富集。这表明，海洋环境中的微塑料来自陆源，并通过多种机制（包括河流系统通过降雨和径流）运输。

沉积物中微塑料浓度的季节性变化表明环境因素在起作用。您认为湿季和干季以及沿海洋流在微塑料分布中扮演了什么角色？

季节性变化可能会影响微塑料的浓度。在湿季，降雨事件后，由于城市径流输送的陆地微塑料增加，预计微塑料浓度会上升。在干季早期，上升流的影响以及在干季晚期的分层可能会影响某些微塑料（取决于其大小、形状和密度）的分布。我们在南加州海岸水研究项目的合作者正在通过在其圣佩德罗湾的水动力模型中实施微塑料迁移来探索洋流和季节周期对微塑料的影响。敬请期待！

研究区域内轮胎和道路磨损颗粒的普遍存在令人担忧。城市径流对微塑料污染的贡献有多大？有哪些缓解策略可以帮助解决这一问题？

城市径流是海洋环境中微塑料的重要来源。轮胎和道路磨损颗粒等陆源微塑料通过城市径流和河流系统进入海洋环境。这些颗粒非常小，一旦进入河道，缓解措施可能难以实施。因此，减少源头是缓解微塑料流入海洋环境的重点领域。对于轮胎和道路磨损颗粒，有许多机会可以减少其排放，例如通过改变基础设施和轮胎配方以减少其初始排放和后续运输，以及通过街道清洁和径流截留操作优化在产生区域附近的去除。

鉴于海洋环境中微塑料分布的复杂性，您对改善未来监测计划和减轻塑料污染对沿海系统的影响有何建议？

现场采样具有挑战性，因为它需要时间、物流、技术和资金支持。需要在不同季节和极端事件期间进行重复采样，这需要更多资金。全面的采样不仅有助于了解当前情况，还能显示未来微塑料浓度的变化，而如果没有大量的采样工作，这些变化将难以检测。增加数据收集将有助于为数值命运和运输模型提供信息，并帮助确定感兴趣的地点。未来的监测计划需要包括更多的采样地点和稳健的水柱采样，以及对更小尺寸微塑料的研究，这些微塑料对人类和生物健康有更大的影响。从基于网的采样转向更高效的采样和分析方法对于持续研究微塑料至关重要，因为目前的研究在时间、资源和人力资源方面都非常耗费。了解微塑料的变化及其在环境中的通量对于全面理解问题并协助制定缓解措施和政策至关重要。

您能否向读者说明微塑料对海洋生态系统中植物和动物生命的严重性？

微塑料污染是一个严重影响环境、人类、动物和整个生态系统的问题。它们的普遍性、小尺寸和多样化的形态使得完全理解微塑料的所有影响变得困难。此外，这些颗粒在生产过程中或在其通过环境迁移过程中吸附的添加剂、增塑剂和毒素也令人担忧。微塑料及其有毒化学物质有可能通过食物链进行生物放大和生物累积。关于这些主题的研究正在迅速展开，但关于微塑料对环境和人类健康的影响仍有许多问题有待解答。