纳米材料可能意味着更多的藻类爆发湿地 水道

在过去10年中，农药和杀菌剂等农用化学品中使用的微小物质纳米材料的使用激增。其目的是为农作物提供更多的疾病保护和更高的产量，同时减少喷洒在农田上的毒素数量。

但是，一项新的研究发现，当与受精农田和粪便填充的牧场的营养物质径流相结合时，这些“纳米杀虫剂”也可能意味着附近溪流，湖泊和湿地的毒性藻类爆发更多。

除了最强大的显微镜之外，所有工程纳米材料都是制造成直径小于100纳米的物质，比头发的宽度小许多倍。

它们的纳米尺度赋予它们与其大块对应物不同的化学和物理性质，包括更多的反应和相互作用的表面积。

根据杜克大学生物学教授Emily Bernhardt的博士后研究员Marie Simonin所做的实验，这些相互作用可能加剧湿地中有害的藻类繁殖。

碳纳米管和银，二氧化钛和其他金属的微小颗粒已经被添加到数百种商业产品中，以制造更快，更轻的电子产品，自清洁织物和更智能的食品包装，可以监控食品的腐败。它们还用于农场用于缓释或控释植物肥料和杀虫剂以及更有针对性的递送，并且因为它们在比常规产品更低的剂量下有效。

这些和其他应用产生了对纳米材料的巨大兴趣和投资。Simonin说，然而，对人类健康或环境的潜在风险尚未完全了解。

根据之前的一项研究，每年在全球生产的260,000至309,000公吨纳米材料中的大多数最终将被弃置于垃圾填埋场。但在其余部分中，每年高达80,400公吨的土壤被释放到土壤中，高达29,200公吨的土壤最终被释放到天然水体中。

“而这些新出现的污染物并不仅仅是水体，”Simonin说。“它们可能与养分流失同时发生。可能存在多种压力因素相互作用。”

杜克大学Bernhardt实验室的研究分析师，该研究的作者之一史蒂文安德森说，藻类爆发已经困扰着全球污染的水域。

氮和磷污染以农业径流和未经处理的废水形式进入湿地和水道。营养过剩会导致藻类失去控制，在水面上形成厚厚的绿色浮渣或粘液垫，阻挡阳光照射到其他植物上。

这些以营养为燃料的“大量繁殖”最终会使氧气水平降低到鱼类和其他生物无法生存的程度，从而在水中形成死区。一些藻类大量繁殖也释放出可以使宠物和吞食它们的人生病的毒素。

为了弄清营养物径流和纳米颗粒污染的综合影响如何影响这一过程，称为富营养化，研究人员设置了18个独立的250升水箱，带有沙质倾斜的底部，以模拟小型湿地。

每个露天水箱都装满了水，土壤和各种湿地植物和动物，如水草和蚊子。

在为期九个月的实验过程中，一些坦克获得了每周一剂的藻类促进硝酸盐和磷酸盐，如化肥中发现的那些，一些坦克得到了纳米粒子 - 铜或金 - 而一些坦克得到了两者。

在此过程中，研究人员监测水化学，植物和藻类的生长和代谢，以及植物组织中的纳米颗粒积累。

“结果令人惊讶，”西蒙丁说。纳米粒子单独产生微小的影响，但当与营养素一起添加时，即使是低浓度的杀菌剂和其他产品中使用的金和铜纳米粒子，也会使曾经清澈的水变成浑浊的豌豆汤色，其表面覆盖着明亮的绿色臭水垫藻类。

在实验过程中，大量藻类繁殖的频率增加了三倍以上，并且在纳米粒子和营养素加在一起的罐子中比单独添加营养素更持久。藻类过度生长也减少了水中的溶解氧。

目前尚不清楚纳米粒子暴露如何在植物和藻类竞争营养和其他资源时改变微妙的平衡。但结果表明，纳米颗粒和其他“基于金属的合成化学品可能在增加富营养化的全球趋势中发挥不足的作用，”研究人员说。