青藏高原微塑料研究進展及現狀

趙遠昭，張強英，楊俊，王依琳，布多

（西藏大學 理學院，西藏 拉薩 850000）

自20 世紀初塑料的問世以來，它以自身輕質、耐用、生產成本低等特點迅速風靡多個行業。但在塑料行業快速發展的同時，由于對廢棄塑料的不當處理以及其自身的難降解性，致使大量塑料垃圾累積。據Plastic Europe年度報告的數據顯示，2018年全球塑料產量約為3.59 億t，從20 世紀50年代開始，全球塑料生產總量已超過80 億t，生產總量之大意味著塑料垃圾的大量產生，而在這些垃圾中只有9%得到回收利用，12%進行了焚燒處理，余下的大部分垃圾不能得到有效處理，而直接被丟棄到環境中[1]。這些未被處理的塑料垃圾隨著光照等因素在自然環境中緩慢分解，從而形成微塑料等小塑料顆粒。

2004年英國學者湯普森首次提出微塑料這一新名詞，指出小粒徑的塑料是微塑料。現今學界普遍認為微塑料是指尺寸在1 μm～5 mm 的塑料顆粒。微塑料的產生只有人類活動這一個來源。其可以在環境中長期穩定存在，并可隨大氣、洋流等外力進行遷移，如圖1 微塑料可從較發達地區借助大氣傳輸到達偏遠地區，進而隨冰川融水、河流等媒介進入農田、湖泊造成微塑料污染。根據它的產生機制，微塑料可劃分成原生微塑料與次生微塑料兩種類型。前者是指為某些特定功能而制造的微塑料顆粒；后者是指大塑料在環境中經各種物理、化學等作用從而破碎、降解產生的小粒徑塑料[2]。其形狀多樣，如圖2，一般有球狀、纖維狀等形狀。由于微塑料粒徑較小，可吸附周圍持久性有機污染物或重金屬，且易被生物所捕食，從而進入食物鏈中富集，不僅會對生態系統產生威脅，而且會影響人體健康[3]。目前微塑料造成的污染問題正成為一個十分嚴峻的環境問題，對微塑料的相關研究已成為廣大學者的關注點。人們對于微塑料的研究最早起步于海洋方面的研究，隨后轉變為河流、湖泊微塑料研究。

圖1 微塑料傳輸示意圖

圖2 典型微塑料形狀圖[4]

隨著研究的逐步擴展與深入，人們從研究微塑料在水、土、大氣中的賦存影響，發展到研究微塑料的來源，對生物體、生態環境的危害以及其傳輸機制。目前對于微塑料的研究集中于我國沿海地區和河流、湖泊中，對于偏遠地區的微塑料研究較少。

青藏高原作為“亞洲水塔”，其對周邊水環境的重要性不言而喻；同時青藏高原也保護著我國的生態環境安全，是天然的生態保護屏障。青藏高原雖然是現今微塑料污染研究的熱點區域，但在該地區的微塑料研究較少，目前研究重點多是微塑料豐度、形態特征及來源，對于微塑料在不同介質中遷移轉化規律、不同來源貢獻率以及在不同介質中產生的污染影響等重要問題還未探究。因此亟須開展更廣泛更深層次的研究。從微塑料研究方法、青藏高原微塑料研究進展等方面進行了系統綜述，分析目前的研究現狀并提出對未來微塑料研究方法，以及在青藏高原的研究方向的展望，為更好地研究、保護青藏高原生態安全提供依據。

1 微塑料研究方法

系統、合理、準確的微塑料分析檢測方法是開展微塑料環境污染評估工作的重要前提和基礎。目前微塑料研究主要從采樣、分離、檢測分析等幾個方面進行，在這些階段常用研究方法主要如下。

1.1 樣品采集方法

1.1.1 水體樣品采集方法

水體樣品的采集對象主要是水樣和水底沉積物。水樣采集主要有過濾式采集和拖網式采集兩種方式。過濾式適用于靜置定點的樣品采集，此方法采樣較方便，對現場硬件要求低，但是采樣體積較小；拖網法適用范圍較廣，在對水體進行采樣時要根據水體環境選擇合適網眼的拖網來采集樣品，避免出現網眼過小被雜物堵塞或網眼過大漏失小粒徑微塑料等狀況影響研究結果的準確性[5]。沉積物樣品采集根據現場環境選擇合適的采樣工具來采樣，例如不銹鋼鏟、范文咬合采樣器等工具。

1.1.2 土壤樣品采集方法

土壤樣品采集首先在研究區域按照對角線法/梅花法等布點方法進行土樣采集。之后用直接選擇法、集中采樣法、大樣本法來采集微塑料。直接選擇法是從所采集樣品中通過觀察直接選取微塑料，主要用于粒徑在1～6 mm 的塑料顆粒; 集中采樣法是對所采集樣品進行過濾、篩分，遴選出所需樣本從而進行分析；大樣本法一般用于微塑料粒徑小、難以通過視覺辨別微塑料的情況。

現今在大氣微塑料方面的研究相對較少，其采樣方法多是探索性研究，致使目前尚未有較為統一、高效的方法。

1.2 微塑料分離方法

采集得到的水體或土壤樣品中的微塑料往往伴有雜質不能對樣品進行直接檢測，因此需根據實際情況選用合適的分離方法對樣品進行分離預處理。水體樣品中常用的預處理方法有目視篩選法、化學消解法；土壤樣品中常用方法有篩分法、密度分離法、靜電分選法和加壓流體萃取法等[6]。幾種分離方法的特性及適用范圍見表1。

表1 樣品中微塑料分離方法及特性

1.3 微塑料分析檢測方法

微塑料檢測分析主要從物理和化學兩方面進行分析，來探究其形態特征、化學性質等。常用的檢測方法有目視法、顯微鏡觀察法、光譜法、熱解分析法等方法。其中光譜法主要有傅里葉變換紅外光譜法和拉曼光譜法，熱解分析法主要有熱解氣相色譜質譜法、熱重分析法、熱萃取-熱解氣相色譜質譜法。每種方法都有其不同的適用范圍和特點具體如表2 所述。

表2 微塑料檢測方法及特性

2 青藏高原微塑料研究現狀

青藏高原地形獨特、地質條件多樣，平均海拔在4 000 m 以上，生態環境系統復雜。這些因素使得該地區生態系統十分脆弱，再加上冰川融化、土地沙漠化等自然災害，使該地區生態系統安全受到影響。其重要的生態環境保護戰略地位以及獨特的環境系統組成引起了人們對于該地區研究的興趣。

目前關于青藏高原微塑料的研究已有一定的基礎數據報道。研究對象主要是水體環境，土壤、大氣、冰川環境中的研究次之，研究內容主要關注于水體、土壤、大氣等環境介質中微塑料的豐度、形態和空間分布特征及來源分析。

2.1 水環境中的微塑料研究

水環境中的微塑料多存在于地表水體、湖泊、海洋中。作為“亞洲水塔”的青藏高原，有著豐富的水資源，水環境中微塑料的研究由此成為學者們在青藏高原開展微塑料研究的最佳探究對象。

青藏高原分布著世界上最多的高海拔內陸湖泊，面積在1 km2以上的湖泊就有1 000 多個。人們對于青藏高原微塑料的研究首先開始于湖泊微塑料研究，主要探究了湖泊微塑料豐度及來源。早在2015年，Zhang 等[16]在色林錯、格仁錯、吳如錯、木糾錯4 個偏遠湖泊采集的沉積物樣品中均檢測出了微塑料，這一研究首次證明了即使在人類活動影響極低的青藏高原偏遠內陸湖泊也有微塑料的存在，之后人們對于青藏高原地區水環境微塑料的研究逐步擴展，研究從湖泊微塑料轉向湖泊——河流微塑料，來探究河湖系統間微塑料的聯系。Xiong 等[17]在青海湖地區采集水體、沉積物和魚類樣品進行微塑料研究，結果發現湖泊地表水的微塑料豐度最高，魚類豐度最低，且湖泊中微塑料多為小顆粒，河流中微塑料主要為大顆粒。通過來源分析發現旅游業是該地微塑料的一個主要來源。盧宏瑋課題組[18]在青藏高原進行地表水（主要包括：淡水、鹽湖、生活污水和農村河流）微塑料的豐度和來源研究。發現樣品中微塑料豐度較低，多呈纖維狀，并且發現鹽分可加快微塑料的碎片化，經來源分析發現地區生活廢水和旅游業是其主要來源。以往關于青藏高原河流、湖泊微塑料研究區多在低海拔地區，對于高海拔地區的微塑料情況了解較少，為此該課題組[19]對青藏高原高海拔地區河流水體及沉積物中的微塑料進行了較為系統的研究，發現高海拔地區的小粒徑微塑料數量更多，主要來源于生活污水。并且發現微塑料的豐度與海拔呈負相關，與微塑料的豐度與水質指標也有一定的關系，特別與COD 有著極大的關系。

2.2 土壤環境中的微塑料研究

我國關于土壤環境中微塑料的研究相較于水環境中的研究較少，起步較晚。土壤是許多微塑料的源和匯，如圖3，土壤中微塑料來源多種多樣[2]。地表徑流、地膜和塑料垃圾的殘留分解是其主要來源。進入土壤中的微塑料由于性質不同對土壤結構、植物以及農作物會產生不同程度的影響。且部分土壤中微塑料可通過侵蝕和地表徑流等方式進入水體，造成水體污染。

圖3 土壤中微塑料主要來源[2]

青藏高原地區晝夜溫差大、平均氣溫低，這些環境條件的限制使得地膜、大棚等設施農業成為該地區主要的農業形式，但由于青藏高原紫外線照射強烈，促使長期暴露在此環境下的地膜加速老化和風化。再加上近年來地膜和大棚在農業生產中的廣泛應用，種種因素導致土壤中塑料碎片的大量積累，最終分解成小顆粒微塑料造成土壤微塑料污染[20]。

目前關于青藏高原土壤微塑料污染狀況已有一些報道，研究多集中在青藏高原東部地區。盧宏瑋[21]團隊在青藏高原東北部地區研究發現該區域土壤微塑料主要以小顆粒、薄膜形態存在，聚丙烯和聚乙烯是其主要的聚合物。分析來源發現設施農業和第二產業是土壤微塑料的主要貢獻者。這一研究說明青藏高原土壤中存在微塑料，并且與地膜覆蓋等設施農業形式的使用有著重要的聯系。為了更有針對性、更具代表性地分析青藏高原地區土壤微塑料污染程度，該團隊[22]在青藏高原的典型農牧區——東南部地區采集農田與草地土樣來研究微塑料的空間分布特征和來源。結果說明農田與草地土壤中均有微塑料，其中覆蓋農田的豐度最高。樣品中微塑料形狀多是薄膜，組分主要是聚酯和聚丙烯，說明設施農業是土壤微塑料的一個重要來源。另外該課題組發現土壤微塑料的豐度與設施農業覆蓋時間和人為活動呈正相關，覆蓋時間越長，人為活動越多，則微塑料豐度越高。

2.3 大氣、冰川環境中的微塑料研究

青藏高原大氣微塑料研究鮮有報道，人們對于該區域的微塑料研究通常和冰川微塑料一起進行。在冰川帶人類活動強度低，大氣沉積是冰川質量的主要影響因素，因此冰川成為了大氣微塑料的最佳研究對象。作為世界上重要的冰凍圈之一，青藏高原擁有世界上除南北極外最多的冰川，是大氣、冰川微塑料豐度及傳輸的絕佳研究區域。康世昌團隊[23]對青藏高原南部冰川進行了微塑料的賦存、特征及來源的調查研究，結果在槍勇冰川和老虎溝12 號冰川雪冰樣品中均發現了微塑料，這是人們首次報道關于青藏高原高海拔冰川微塑料的研究結果，隨后經源解析發現青藏高原地區冰川中的微塑料主要受到南亞、中亞等大氣污染物跨境傳輸的影響造成的，表明微塑料可經大氣傳輸到達偏遠地區造成微塑料污染。現今雖有研究說明青藏高原冰川、河流中有微塑料的存在，但研究多關注于微塑料的豐度和組成，而忽略了微塑料在大氣-冰川-湖泊中的遷移。董慧科[24]針對這一問題在納木錯流域開展關于冰川-湖泊系統中微塑料的賦存和釋放特征的研究。結果發現納木錯流域微塑料污染水平與人口稠密地區相比較低，大氣沉降物中微塑料多是中等粒徑，冰川徑流中多以小顆粒為主。采集的水樣中纖維和薄膜是主要的形態。經氣團軌跡分析結果得出外界微塑料可隨大氣傳輸進入青藏高原并在冰川中長期儲存。

3 結論與展望

微塑料現今已廣泛存在于青藏高原的水體、土壤等環境中，人為活動、旅游業發展、污染物跨境傳輸等是其主要來源。雖然微塑料污染水平相較于其他地區較低，但由于青藏高原生態環境的脆弱性及特殊性，青藏高原微塑料研究工作尚有不足，因此需更加密切關注該地區微塑料污染情況。結合目前對于青藏高原地區微塑料的研究進展，建議今后對青藏高原微塑料的研究與防控可從以下幾個方面進行。

3.1 選取不同時期進行對比研究如農耕期與休耕期、旅游淡旺季；增加樣本數量，開展水體、土壤微塑料的長期監測研究工作，為研究微塑料的豐度和空間分布特征及傳輸提供數據支撐。

3.2 廣泛開展對土壤微塑料的研究，深入分析其來源；開展設施農業利用過程中微塑料降解特性及在水中的遷移變化研究；同時研究微塑料對高原地區農作物的危害影響，為防治土壤微塑料污染提供依據。

3.3 重視冰川微塑料研究，深入分析冰川微塑料的來源及傳輸。分析冰川中微塑料對于冰雪融化及湖泊環境的影響。

3.4 完善垃圾處理設施。根據當地現實情況適當建設、增加垃圾處理廠，提高垃圾回收處理率，減少日常塑料垃圾輸入環境的數量。

3.5 加強當地居民的垃圾回收意識，避免塑料垃圾進入周邊水環境及土壤造成污染。

3.6 相關旅游部門應強化廢棄塑料垃圾的回收處理管理，減少因旅游發展引起的塑料垃圾污染。