Plastics have been accumulated offshore and in the deep oceans at an unprecedented scale. Microbial communities have colonized the plastisphere, which has become a reservoir for both antibiotic and metal resistance genes (ARGs and MRGs). This is the first analysis of the diversity, abundance, and co-occurrence of ARGs and MRGs, and their relationships within the microbial community, using metagenomic data of plastic particles observed in the North Pacific Gyre obtained from the National Centre for Biotechnology Information Sequence Read Archive database. The abundance of ARGs and MRGs in microbial communities on the plastics were in the ranges 7.07 × 10-4-1.21 × 10-2 and 5.51 × 10-3-4.82 × 10-2 copies per 16S rRNA, respectively. Both the Shannon-Wiener indices and richness of ARGs and MRGs in plastics microbiota were significantly greater than those of ARGs and MRGs in seawater microbiota in the North Pacific Gyre via one-way analysis of variance. Multidrug resistance genes and multi-metal resistance genes were the main classes of genes detected in plastic microbiota. There were no significant differences in the abundance or diversity of ARGs and MRGs between macroplastics biota and microplastics biota, indicating that particle size had no effect on resistance genes. Procrustes analysis suggested that microbial community composition was the determining factor of the ARG profile but not for MRG. Some ARGs and MRGs had a higher incidence of non-random co-occurrence, suggesting that the co-effects of selection for antibiotic or metal resistance are important factors influencing the resistome of the microbiota on the plastic particles.

Studying the abundance, characteristics, and removal of microplastics (MPs) in wastewater treatment plants (WWTPs) in coastal cities is of great significance for understanding the impacts of human activities on the marine environment, but currently, little information on this topic is available in China. Therefore, the abundance, characteristics, and removal of MPs in seven WWTPs of Xiamen, a typical coastal city in China, are studied. Sixty samples were collected using an improved sampling method involving an electromagnetic flowmeter and a fast digital camera. The influent MPs concentration is 1.57–13.69 items/L, and it is reduced to 0.20–1.73 items/L in the effluent, indicating that 79.3–97.8% MPs is removed. Based on the daily effluent discharge and MPs removal rate, it is estimated that ∼6.5 × 108 MPs are released from the seven WWTPs into the Xiamen Bay each day. The light microscopic and micro-Raman spectroscopic analysis indicates that ∼62.68% of particles are plastic polymers, including polypropylene (31.6%), polyethylene (21.9%), polystyrene (10.1%), propylene/ethylene copolymer (9.2%), and polyethylene terephthalate (7.5%). The color of MPs is mainly composed of white (27.3%) and clears (25.8%). Our results show that granules (41.1%) are the dominant shape of MPs, followed by fragments (31.3%), fibers (23.7%), and pellet (3.9%). The characteristics of MPs such as sizes, shapes, and types affect the MPs removal in WWTPs. Our findings show that MPs concentration in the influent is positively correlated with the suspended solids (SS), however, in the effluent, it is associated with the WWTPs operating load, as reflected by obviously higher MP abundance in overloaded ones.

Prevalence of microplastics (MPs) throughout the world's oceans has raised growing concerns due to its detrimental effects on the environment and living organisms. Most recent studies of MPs, however, have focused on the estuaries and coastal regions. There is a lack of study of MPs pollution in the open ocean. In the present study, we conducted field observations to investigate the abundance, spatial distribution, and characteristics (composite, size, color, shape and surface morphology) of MPs at the surface of the Northwestern Pacific Ocean. Samples of MPs were collected at 18 field stations in the Northwestern Pacific Ocean using a surface manta trawl with a mesh size of ~330 μm and width of 1 m from August 25 to September 26, 2017. The MPs were characterized using light microscopy, Micro-Raman spectroscopy, and scanning electron microscopy (SEM). Our field survey results indicate the ubiquity of MPs at all stations with an abundance from 6.4 × 102 items km−2 to 4.2 × 104 items km−2 and an average abundance of 1.0 × 104 items km−2. The Micro-Raman spectroscopic analysis of the MPs samples collected during our field survey indicates that the dominant MPs is polyethylene (57.8%), followed by polypropylene (36.0%) and nylon (3.4%). The individual chemical compositions of MPs from the stations within the latitude range 123–146°E are comparable with each other, with PE being the dominating composition. Similar chemical fingerprints were observed at these field stations, suggesting that the MPs originated from similar sources. In contrast, the major MPs at the field stations adjacent to Japan is polypropylene, which may originate from the nearby land along the coast of Japan. Physical oceanography parameters were also collected at these stations. The spatial distribution of MPs is largely attributed to the combined effects of flow pattern, adjacent ocean circulation eddies, the Kuroshio and Kuroshio Extension system.

Potentially toxic elements (PTEs) in seawater and sediments may be amplified along the aquatic food chain, posing a health threat to humans. This study comprehensively analyzed the concentrations, distribution, potential sources, and health risk of 7 PTEs in multimedia (seawater, sediment and organism) in typical subtropical bays in southern China. The results indicated that Zn was the most abundant element in seawater, and the average concentration of Cd in sediment was 3.93 times higher than the background value. Except for As, the seasonal differences in surface seawater were not significant. The content of Zn in fishes, crustacea, and shellfish was the highest, while the contents of Hg and Cd were relatively low. Bioaccumulation factor indicated that Zn was a strongly bioaccumulated element in seawater, while Cd was more highly enriched by aquatic organisms in sediment. According to principal component analysis (PCA), and positive matrix factorization (PMF), the main sources of PTEs in Quanzhou Bay were of natural derivation, industrial sewage discharge, and agricultural inputs, each contributing 40.4 %, 24.2 %, and 35.4 %, respectively. This study provides fundamental and significant information for the prevention of PTEs contamination in subtropical bays, the promotion of ecological safety, and the assessment of human health risk from PTEs in seafood.

The fractionation and distribution of two potentially toxic elements (Co and Ni) were investigated in surface sediments to explore the pollution in Xiamen Bay, a special zone experiencing rapid economic growth and enormous environmental pressure. Relatively high concentrations were observed in nearshore areas with frequent human activities. The dominant fractions for Co and Ni were found to be residual, followed by exchangeable phase. Spatial differences in mobility and bioavailability inferred from chemical fractionations were more pronounced for Ni. Multiple evaluation methods including geo-accumulation index, risk assessment code, modified potential ecological risk index, etc., consistently indicated that pollution levels and ecological risks in the entire bay were generally classified as medium-low. However, non-carcinogenic risks of Co for children and carcinogenic risks of Ni for adults exceeded safety thresholds. Terrestrial weathering processes and industrial activities primarily contributed to the presence of these elements, while their distributions were mainly influenced by organic matter.