高科技的金属微粒可能会在不经意间对水生生物造成伤害

在过去的十年里，在农药和杀菌剂等农药中，纳米材料的使用激增。该计划旨在为农作物提供更多的疾病保护和更好的产量，同时减少在农田上喷洒的毒素。

但是，一项新的研究发现，当这些“纳米杀虫剂”与来自肥沃农田和人工牧场的养分径流结合在一起时，也可能意味着附近溪流、湖泊和湿地会爆发更多有毒的藻类。

研究结果发表在6月25日的《生态应用》杂志上。

除了最强大的显微镜外，所有的显微镜都无法观测到工程纳米材料是被制造成直径小于100纳米的物质，比一根头发的宽度小很多倍。

它们的纳米尺度使它们具有不同于体积的化学和物理性质，包括更多的反应和相互作用的表面积。

杜克大学生物学教授艾米丽·伯恩哈特的博士后玛丽·西莫宁领导的实验表明，这些相互作用可能会加剧湿地中有害的藻华。

碳纳米管和微小的银、二氧化钛和其他金属微粒已经被添加到数以百计的商业产品中，从更快、更轻的电子产品、自我清洁面料，到能监测食物腐败情况的更智能的食品包装。它们也被用于农场中缓慢释放或控制释放的植物肥料和杀虫剂，以及更有针对性的投放，因为它们比常规产品更低的剂量有效。

这些和其他应用在纳米材料上产生了巨大的兴趣和投资。西莫宁说，但是对人类健康和环境的潜在风险还没有完全了解。

根据之前的一项研究，全世界每年生产的26万至309000吨纳米材料中，大部分最终都被弃置到垃圾填埋场。但在其余的物种中，每年有多达80,400公吨被释放到土壤中，多达29,200公吨被释放到自然水体中。

Simonin说:“这些新出现的污染物并不是只存在于水体中。”它们可能与养分径流同时发生。可能有多种压力源相互作用。

杜克大学伯恩哈特实验室(Bernhardt Lab)的研究分析师史蒂文·安德森(Steven Anderson)是这项研究的作者之一。

氮和磷污染以农业径流和未经处理的废水的形式进入湿地和水道。过量的营养会导致藻类生长失控，在水的表面形成一层厚厚的绿色污垢或黏液，阻止阳光照射到其他植物上。

这些营养丰富的“花朵”最终会降低氧气水平，使鱼类和其他生物无法生存，在水中形成死亡区域。一些藻华也释放出毒素，这些毒素可以使宠物和吞食它们的人生病。

为了弄清营养物质流失和纳米颗粒污染的共同作用将如何影响这一过程，即富营养化，研究人员建立了18个单独的250升的沙质坡底罐来模拟小湿地。

每个露天的水池都装满了水、土壤和各种湿地植物和动物，如水草和蚊鱼。

在为期九个月的实验过程中，一些罐子每周得到一剂能促进藻类生长的硝酸盐和磷酸盐，就像在肥料中发现的那样，一些罐子得到了纳米颗粒——铜或金——而一些罐子得到了这两种物质。

在此过程中，研究人员监测了水化学、植物和藻类的生长和代谢，以及植物组织中纳米颗粒的积累。

“结果令人惊讶，”西蒙说。这些纳米颗粒单独作用不大，但当与营养物质一起添加时，即使是用于杀菌剂和其他产品的低浓度的金和铜纳米颗粒，也会使曾经清澈的水变成一种浑浊的豌豆汤颜色，其表面覆盖着鲜亮的绿色浮藻席。

在实验过程中，在添加纳米颗粒和营养物质的容器中，海藻大量繁殖的频率和持久性是单独添加营养物质的容器的三倍以上。藻类的过度生长也减少了水中的溶解氧。

目前尚不清楚纳米颗粒的暴露如何改变植物和海藻之间的微妙平衡，因为它们在争夺营养和其他资源。但研究结果表明，纳米颗粒和其他“金属基合成化学物质可能在全球富营养化趋势中发挥着不被重视的作用，”研究人员说。