近海环境安全实验室在海洋微塑料污染领域取得系列进展

近日，天津大学海洋学院近海环境安全实验室在海洋微塑料与有机污染物复合污染领域取得系列进展，相关成果分别发表于国际环境领域高水平期刊《Marine Pollution Bulletin》（JCRQ1，IF2023 = 5.3）、《Environmental Pollution》（JCRQ1，IF2024 = 7.3）和《Eco-Environment & Health》（JCRQ1，IF2024 = 17.6）上。

研究内容1

微塑料（MPs）能够成为疏水性有机化合物（HOCs）在水生环境中迁移的载体，但真实环境中塑料表面定植的生物膜如何影响MPs中HOCs的归趋尚未明确。基于此，研究团队将预吸附苯并[a]芘（BaP）的原始聚乙烯（PE）颗粒原位部署在渤海湾海河口80天，研究其解吸行为。结合实验室和原位实验，验证了在不同环境条件下，颗粒内扩散是直径2 mm的球形PE-MPs中BaP解吸过程的限速步骤。生物膜通过阻碍解吸和改变微塑料表面性质，可能在解吸过程中发挥了关键作用，从而导致在本研究的时间尺度下，原位解吸过程出现明显的滞后现象。此外，研究表明生物膜中微生物对PE及BaP具有潜在的降解能力，这种降解作用能够驱动BaP的持续解吸过程。本研究揭示了生物膜与MPs-HOCs的相互作用及其对HOCs环境归趋的影响。

图1 生物膜影响微塑料中疏水性有机化合物的解吸过程研究

研究内容2

为了进一步研究海水环境下附着生物膜对微塑料复合污染物解吸附的影响及解吸附动力学规律，研究团队将预吸附不同浓度的非极性污染物苯并[a]芘（BaP）的聚乙烯（PE）薄片原位部署在海河口，以研究自然生物膜定植条件下的解吸动力学。根据BaP从PE薄膜中的解吸动力学，通过构建平衡分配传质模型来描述在生物膜形成影响下非极性污染物从PE中的解吸过程。研究证明，生物膜作为塑料和水生环境之间的中间介质，并没有成为塑料中吸附的BaP的汇，而是通过降低BaP在塑料和边界层之间的分配系数，从而改变了BaP在边界层处的传质过程。此外，基于团队开发的扩散传质模型，预测了生物膜对PE中其他非极性和弱极性污染物归趋的影响。本研究强调了生物膜对真实环境下塑料中疏水性污染物解吸的影响，同时也为塑料中添加剂的浸出过程提供新的见解。

图2 生物膜介导的微塑料中疏水性有机化合物的解吸机制

研究内容3

由于（微）塑料在物质流动和环境中的迁移和转化通常伴随着其宏观形态和表面特性的变化，因此从宏观上充分了解（微）塑料的迁移和转化过程是具有挑战性，这也增加了塑料和塑料添加剂的管理难度。基于前期相关研究基础，研究团队提出塑料的“化学指纹”概念，将与塑料有关的有机小分子的特征（种类、浓度和比例）定义为塑料的化学指纹，并在此基础上讨论了追踪塑料的策略和挑战。本研究强调，化学指纹作为独特且唯一的身份标记物，为追踪塑料的全生命周期过程（如塑料的加工、使用、回收、废弃和环境老化等），提供了潜在的可能。

图3 塑料“化学指纹”追踪策略的机遇与挑战

以上研究的第一作者分别为天津大学海洋学院2023届硕士生郝霄涵和2025届硕士生刘洪涛，指导教师为牛志广教授和马永正副教授。

相关论文链接：

1. Xiaohan Hao, Ying Zhang, Yueling Sun, Hongtao Liu, Xiaohan Zhang, Xiaofeng Li, Yongzheng Ma^*, Zhiguang Niu^*. Biofilms retard the desorption of benzo(a)pyrene from polyethylene pellets in the marine environment. Marine Pollution Bulletin, 2023, 195: 115453.

https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2023.115453

2. Hongtao Liu, Yongzheng Ma^*, Jingen Xiao, Ying Zhang, Yuan Li, Ao Shen, Zhiguang Niu, Qiqing Chen, Baizhu Chen. Biofilm-mediated mass transfer of sorbed benzo[a]pyrene from polyethylene to seawater, Environmental Pollution, 2025, 374: 126257.

https://doi.org/10.1016/j.envpol.2025.126257

3. Hongtao Liu, Yuna Li, Yongzheng Ma^*, Zhiguang Niu, Ying Zhang. Plastics Tracking Strategy: Plastic-related Small Molecules as Chemical Fingerprints. Eco-Environment & Health, 2025, 4(2): 100149.

https://doi.org/10.1016/j.eehl.2025.100149