近日，北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院黃藝教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合胡敏教授，揭示了特大城市環(huán)境大氣中微塑料的分布特點(diǎn)及與其相關(guān)的微生物介導(dǎo)的人體健康風(fēng)險(xiǎn)。

圖1. 環(huán)境大氣微塑料人體暴露及相關(guān)微生物風(fēng)險(xiǎn)概念示意圖

研究以北京為例，選擇三個(gè)人類(lèi)活動(dòng)頻繁的城市功能區(qū)（公共服務(wù)區(qū)、居住區(qū)和綠地區(qū)）為研究點(diǎn)，進(jìn)行了為期一年的大氣降塵樣品采集。借助顯微紅外光譜儀與顆粒物自動(dòng)識(shí)別程序聯(lián)用技術(shù)，觀測(cè)了樣品中微塑料的顆粒數(shù)、形態(tài)學(xué)參數(shù)和聚合物類(lèi)型等信息。結(jié)果表明北京地區(qū)的大氣微塑料全年平沉降速率和濃度為433.23 ± 233.76 items·m–2·d–1和3.00 ± 1.79 items·mg–1；大氣微塑料顆粒群平均尺寸為86.52 μm，中心聚類(lèi)在38.4 ~ 48.6 μm之間；聚酯、聚乙烯和聚酰胺的占比達(dá)50%以上；碎片是主要形態(tài)，而纖維狀微塑料的比例隨著顆粒群尺寸范圍的升高而增加。

基于分布特征，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)算了人體通過(guò)吸入、粉塵攝入和皮膚粘附三種途徑而暴露于大氣微塑料的總量。計(jì)算結(jié)果表明，在室外條件下每天活動(dòng)2小時(shí)，成人的大氣微塑料暴露量為106000個(gè)，未成年人為 73700個(gè)，這一數(shù)值與此前評(píng)估的人體通過(guò)飲食攝入的微塑料總量相當(dāng)。其中，吸入是最主要的暴露途徑，然而通過(guò)粉塵攝入和皮膚粘附而產(chǎn)生暴露的大氣微塑料可能產(chǎn)生獨(dú)特的健康影響，依然值得關(guān)注。關(guān)于不同城市功能區(qū)全年暴露差異的研究結(jié)果顯示，城市綠地區(qū)域的暴露量與其他兩類(lèi)城市功能區(qū)沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明綠地在避免或減少大氣微塑料暴露方面的作用非常有限。

圖2.環(huán)境大氣微塑料的人體暴露量估算與其分布特征

不同功能區(qū)大氣微塑料分布的顯著差異可由區(qū)域間人類(lèi)活動(dòng)差異和環(huán)境因素差異共同影響。人類(lèi)活動(dòng)類(lèi)型和強(qiáng)度是解釋大氣微塑料尺寸、形態(tài)和主要聚合物類(lèi)型空間差異的重要因素。降水頻次和風(fēng)速是影響大氣微塑料沉降速率和聚合物類(lèi)型數(shù)量的主要環(huán)境因素，在解釋時(shí)間差異方面具有重要作用。然而降雨頻次在在雨季和非雨季對(duì)大氣微塑料聚合物類(lèi)型數(shù)量的驅(qū)動(dòng)機(jī)制和效應(yīng)不同，為以往多項(xiàng)短期研究得到的不同結(jié)論提供了解釋依據(jù)。

圖3.驅(qū)動(dòng)大氣微塑料分布特征的環(huán)境因素

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)大氣降塵樣品中細(xì)菌群落的致病性評(píng)估發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌群落免疫類(lèi)疾病的致病基因相對(duì)豐度與大氣降塵中微塑料顆粒群的多項(xiàng)參數(shù)存在顯著正相關(guān)性，其中微塑料的形態(tài)學(xué)參數(shù)（尺寸峰值）解釋度最高。對(duì)群落中免疫疾病相關(guān)的細(xì)菌類(lèi)群、群落免疫疾病致病基因相對(duì)豐度和微塑料顆粒群的尺寸峰值進(jìn)行的相關(guān)性分析后，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌Sphingomonas可能是大氣微塑料增強(qiáng)大氣微生物源免疫疾病致病性的重要媒介生物類(lèi)群。

圖4.環(huán)境現(xiàn)實(shí)條件下大氣微塑料與細(xì)菌群落致病性的潛在關(guān)系

本研究將大氣微塑料環(huán)境分布規(guī)律推向以年為單位的周期，將其公共健康風(fēng)險(xiǎn)從污染物暴露推向微生物所引發(fā)的次生風(fēng)險(xiǎn)層面，促進(jìn)了環(huán)境大氣、微生物學(xué)和環(huán)境暴露等學(xué)科的交叉，為大氣微塑料污染及其健康風(fēng)險(xiǎn)的防控技術(shù)和政策提供了科學(xué)支持。

該研究得到了環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室自由探索課題 (No. 23Y01ESPCP) 、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(No. 42177364)等項(xiàng)目的支持。相關(guān)成果以“Human Exposure to Ambient Atmospheric Microplastics in a Megacity: Spatiotemporal Variation and Associated Microorganism-Related Health Risk”為題發(fā)表于Environmental Science & Technology，第一作者為黃藝教授指導(dǎo)的博士生徐力波，通訊作者為黃藝教授與胡敏教授，論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.est.3c09271。

合作團(tuán)隊(duì)關(guān)于大氣微塑料分布及其環(huán)境健康影響方面已發(fā)表的其他論文：

Xu, L.; Li, K.; Bai, X.; Zhang, G.; Tian, X.; Tang, Q.; Zhang, M.; Hu, M.; Huang, Y. Microplastics in the atmosphere: Adsorb on leaves and their effects on the phyllosphere bacterial community. Journal of Hazardous Materials, 2024, 462, 132789.

徐力波,胡敏,賈薇茜,張夢(mèng)君,唐倩,田旭東,黃藝.大氣環(huán)境中微塑料分布與遷移及生態(tài)環(huán)境影響研究進(jìn)展.科學(xué)通報(bào), 2022, 67(30): 3565-3579.

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