淡水環(huán)境中微塑料賦存情況的研究進(jìn)展

王巖巖

(同濟(jì)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)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(xué)穩(wěn)定性高，難降解，在水環(huán)境中可以存在很長時(shí)間，且其易吸附有毒污染物。2014年的塑料產(chǎn)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(jìn)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(guān)注。

1 湖泊和河流中的微塑料

全球范圍內(nèi)湖泊之間的微塑料豐度還沒有形成明顯區(qū)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(gè)大城市附近，鮑德溫等[6]發(fā)現(xiàn)微塑料豐度會(huì)高一個(gè)數(shù)量級(jí)。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(dá)到2.68～3.36 N/m3和0.82～4.42 N/m3[8]。強(qiáng)風(fēng)影響了碎片狀微塑料在表層水體中的分布，對(duì)纖維狀微塑料沒有影響，因此采樣時(shí)應(yīng)考慮風(fēng)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(qū)，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(diǎn)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(huán)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(bào)道了長達(dá)1735 km的斯內(nèi)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(nóng)業(yè)區(qū)微塑料含量較高，可能是因?yàn)樵摰貐^(qū)使用了生物肥料或塑料薄膜，娛樂場(chǎng)所也表現(xiàn)出較高的微塑料污染水平。K.Zhang等人[14]報(bào)道中國三峽大壩可能會(huì)導(dǎo)致低密度的微塑料發(fā)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(jīng)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(fā)生遞增。

2 河流微塑料向沿海地區(qū)、河口和海洋的輸入

在沿海地區(qū)，塑料污染源和匯的過渡非常重要，但對(duì)這一地區(qū)的微塑料研究少于對(duì)海洋環(huán)流中的微塑料研究。Lebreton等人[16]依據(jù)模型估計(jì)，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(huán)流模式，其受到的污染可能比河流更嚴(yán)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(cè)到的地表水微塑料豐度高達(dá)4137 N/m3，其微塑料形狀主要是纖維狀，但沒有報(bào)道聚合物類型。Cheung等人[19]在珠江口附近的香港水域調(diào)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(nèi)人口密度、城市化程度正相關(guān)。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(jié)果難以相互比較，因?yàn)榇蠖鄶?shù)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(shù)據(jù)來估計(jì)河流的塑料輸入量，且缺乏充分驗(yàn)證。

自然微粒相關(guān)研究成果對(duì)微塑料可能適用，特別是當(dāng)作為研究對(duì)象的微塑料被風(fēng)化或產(chǎn)生生物膜時(shí)。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(shí)驗(yàn)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(shí)間更長，生物膜的形成也更少。河口地區(qū)最常見的聚合物類型是聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯。因?yàn)榇蠖鄶?shù)研究在海岸線和水體表層進(jìn)行采樣，導(dǎo)致密度較低的聚合物被優(yōu)先采集。Cohen等人[23]發(fā)現(xiàn)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(jié)論與展望

大多數(shù)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(kuò)展到更深的水層中?，F(xiàn)有研究對(duì)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(duì)湖泊和河流進(jìn)行更多更深入的微塑料賦存現(xiàn)狀及其影響因素探究。塑料垃圾從陸地輸送到海洋是一個(gè)復(fù)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(chǔ)設(shè)施和生活水平。目前，仍需要更完整的模型，以更好地估測(cè)全球河流的塑料輸入量，反映塑料污染現(xiàn)狀。對(duì)內(nèi)陸河流和湖泊進(jìn)行更為全面的采樣分析將有助于該類模型的完善。