奈米粒子與殘餘營養使水質優養化加劇

【本刊訊】在湖泊、濕地等淡水生態系統中,水質優養化(eutrophication)所造成的汙染問題向來引人關注。近日,美國杜克大學(Duke University)研究團隊於《生態應用》(Ecological Applications)發布最新研究,當中提到,近十年來含奈米物質(nanometerial)的農用化學品如農藥、殺菌劑(fungicide)等,其對鄰近水體造成的影響竟凌駕在純營養物之上。

說到奈米材料,諸如奈米碳管或奈米金、奈米銀等金屬早已被廣泛運用在各式商品中,而許多方便也應運而生,如更快更輕薄的電子產品或不易弄髒的衣料,甚至還能監控食物是否變質。這些奈米材料為直徑小於100奈米的物質,比一根頭髮的寬度還要小,且需透過特殊的顯微鏡才有辦法看到;而奈米等級的大小,也賦予這些物質特殊的物理與化學性質,如進行反應與作用時會有更大的接觸面積。過去研究指出,每年全球生產約26~30萬公噸的奈米材料,最終成為待處理的垃圾,當中約8萬公噸被釋放到土壤裡,到達水體的也有近2.9萬公噸之多。

離自然環境更近的農業,也有許多添加奈米粒子的產品,其可用來控制藥劑的作用,像是肥料及農藥的緩釋(slow-release)、控釋(controlled-release),甚至能針對性地遞送農化品,進而達到保護作物免於疾病、增進產量,並減少栽植過程中毒素噴灑量的效果。然而,這些農化用品並未就此功成身退,而是與所流失的養分一同來到鄰近的水體,繼續它們的旅程。

從肥料裡流失的營養物含有大量的磷與氮,使得優勢藻類大量增殖產生藻華(algal bloom),進而導致水質較差、高溶氧量及水底採光不足等問題,對該水域的生物造成極大的壓迫。為進一步了解營養物與奈米材料間的作用是否會產生其他生態上的影響,研究員準備了18個250公升的水箱,除了沙子與水外,也放入濕地植物、蚊子來模擬濕地環境,並將這個生物群落(mesocosm)反覆暴露在低濃度的營養物與金∕銅的奈米顆粒中。

9個月過去,水箱內的植物逐漸轉黃。經測試發現,有些水箱裡的水出現磷與氮、有些出現奈米金屬顆粒,部分水箱則是兩者兼具。當中僅出現奈米顆粒的組別並未對水質產生什麼影響,然營養物與奈米顆粒兼具的水箱,與僅出現營養物的水箱相比,不但優養化更強烈,其大型藻華的比例與維持時間,竟足足多了3倍。研究團隊表示,雖尚未釐清金屬粒子如何改變植物與藻類間的競爭平衡,然面對全球與日俱增的優養化現象,含金屬奈米顆粒的合成化學製劑所扮演的角色恐被低估。

新聞來源:Marie Simonin et al., Engineered nanoparticles interact with nutrients to intensify eutrophication in a wetland ecosystem experiment, Ecological Applications, 2018.

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