淡水環境中微塑料賦存情況的研究進展

王巖巖

(同濟大學 環境科學與工程學院，上海 200092)

微塑料是粒徑小于5 mm的塑料顆粒[1]，它尺寸小，化學穩定性高，難降解，在水環境中可以存在很長時間，且其易吸附有毒污染物。2014年的塑料產量超過3.11億t，比2004年增加約8400萬t[2-3]。淡水水域是微塑料進入海洋的重要傳輸途徑。海洋微塑料中70%～80%來自于河流[4]。作為一種新型污染物，微塑料已受到廣泛關注。

1 湖泊和河流中的微塑料

全球范圍內湖泊之間的微塑料豐度還沒有形成明顯區域分布特征。Eriksen等[5]研究指出蘇必利爾湖、休倫湖和伊利湖的微塑料的平均豐度為43,000 N/km2。在幾個大城市附近，鮑德溫等[6]發現微塑料豐度會高一個數量級。溫尼伯湖近岸水體比離岸水體含有更多微塑料[7]。在歐洲的Chiusi湖和Bolsena湖表層水體中，微塑料豐度達到2.68～3.36 N/m3和0.82～4.42 N/m3[8]。強風影響了碎片狀微塑料在表層水體中的分布，對纖維狀微塑料沒有影響，因此采樣時應考慮風速的影響。瑞士湖泊中微塑料平均豐度為0.5 N/m3[9]。在亞洲地區，研究指出蒙古Hovsgol湖中存在微塑料[10]。在中國的太湖，微塑料豐度因采樣點位置而異，湖泊中部濃度低(0.3 N/m3)、西北部(1.1 N/m3)和東南部(2.5 N/m3)濃度較高[11]。

塑料主要來源于陸地環境，河流是塑料向湖泊遷移的重要傳輸途徑。Dris等人[12]指出城市輸入是河流中微塑料濃度較高的原因。Kapp和Yeatman[13]報道了長達1735 km的斯內克河和523 km的哥倫比亞河下游表層水體中微塑料賦存情況，研究指出農業區微塑料含量較高，可能是因為該地區使用了生物肥料或塑料薄膜，娛樂場所也表現出較高的微塑料污染水平。K.Zhang等人[14]報道中國三峽大壩可能會導致低密度的微塑料發生堆積。McCormick等人[15]指出密西西比河支流伊利諾伊河隨著河流流經若干城市，微塑料濃度從上游(1.94±0.81 N/m3)向下游(18±11 N/m3)發生遞增。

2 河流微塑料向沿海地區、河口和海洋的輸入

在沿海地區，塑料污染源和匯的過渡非常重要，但對這一地區的微塑料研究少于對海洋環流中的微塑料研究。Lebreton等人[16]依據模型估計，每年通過河口流入海洋的塑料有115萬～241萬t。

沿海水體由于其輸入源的多樣性和環流模式，其受到的污染可能比河流更嚴重。研究指出中國南部的北江微塑料平均豐度為(0.56±0.45) N/m3，而湘西灣的平均豐度為0.11～68 N/m3[17]。Zhao等[18]在長江口觀測到的地表水微塑料豐度高達4137 N/m3，其微塑料形狀主要是纖維狀，但沒有報道聚合物類型。Cheung等人[19]在珠江口附近的香港水域調研指出雨季微塑料豐度在比旱季高。Yonkos等[20]指出切薩皮克灣四條河流塑料濃度與流域內人口密度、城市化程度正相關。Nakdong河(韓國最長河流)微塑料輸入量為53～118 t/a，其微塑料在雨季豐度最大[21]。不同研究之間的結果難以相互比較，因為大多數采樣是短期的。因此，目前的建模工作很大程度依賴于碎片化數據來估計河流的塑料輸入量，且缺乏充分驗證。

自然微粒相關研究成果對微塑料可能適用，特別是當作為研究對象的微塑料被風化或產生生物膜時。在微塑料被釋放后的行為研究方面，Hoellein等人[22]指出微塑料在實驗水流中的沉積過程與自然微粒相似。此外，他們觀察到高密度微塑料和附有生物膜的微塑料沉降速度最快，而纖維狀微塑料的懸浮時間更長，生物膜的形成也更少。河口地區最常見的聚合物類型是聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯。因為大多數研究在海岸線和水體表層進行采樣，導致密度較低的聚合物被優先采集。Cohen等人[23]發現美國特拉華灣河口最大渾濁帶附近表層水體的微塑料豐度最高。

3 結論與展望

大多數微塑料研究聚焦于水體表層，未來需要更多的微塑料研究工作擴展到更深的水層中。現有研究對湖泊和河流的微塑料污染研究有限，相比海洋微塑料研究，仍然需要針對湖泊和河流進行更多更深入的微塑料賦存現狀及其影響因素探究。塑料垃圾從陸地輸送到海洋是一個復雜的過程，受到各種因素的影響，包括人口密度、城市化、人均收入、水文條件、垃圾管理基礎設施和生活水平。目前，仍需要更完整的模型，以更好地估測全球河流的塑料輸入量，反映塑料污染現狀。對內陸河流和湖泊進行更為全面的采樣分析將有助于該類模型的完善。