王兆清，張玉蘭，康世昌，楊玲，高壇光?

①蘭州大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，蘭州 730000；②中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院 冰凍圈科學(xué)國家重點實驗室，蘭州 730000

塑料在我們的生活中無處不在，極大地方便了人類。據(jù)統(tǒng)計，2018年全球的塑料產(chǎn)量為3.59億t[1]，然而，塑料在造福人類的同時也產(chǎn)生了嚴重的環(huán)境問題。特別是近年來，對微塑料污染及其影響的研究日益加強，學(xué)者們普遍將粒徑小于5 mm的塑料顆粒界定為微塑料（microplastics,MPs）[2]。環(huán)境中的微塑料具有多種形態(tài)和顏色[3-4]，可分為初級原生微塑料以及由大塊塑料風(fēng)化破碎而產(chǎn)生的次級次生微塑料[2,5-6]。微塑料是一種新型的全球性環(huán)境污染物[7]，廣泛存在于水體、沉積物、生物、土壤、大氣等環(huán)境介質(zhì)中[5,8-11]。生物體（如海鳥[11]、蛤蜊[12]、魚[11,13]、蝦[14]、藻類[15]等）、食鹽[16]、飲用水[17]、啤酒、蜂蜜[18]中也鑒定出微塑料。破碎的微塑料表面易附著無機污染物和重金屬[9,19-20]，成為其他污染物的載體[21-22]。微塑料破碎過程中釋放的添加劑也對生物有毒性作用[7]。

河流在微塑料傳輸過程中扮演重要角色，是微塑料入海的重要途徑[23-24]。河流通過不同的渠道匯集了眾多陸地微塑料，包括隨機釋放的污水、降雨等[25-26]。合理監(jiān)測河流中微塑料的濃度范圍，可以更準確地預(yù)測微塑料通過河流入海的通量。目前，對微塑料經(jīng)河流入海通量的模擬研究存在著模型指數(shù)單一、源數(shù)據(jù)不準確等顯著問題[27-29]。例如，以管理不當(dāng)?shù)乃芰侠A(yù)估值為指標，Schmidt等[27]預(yù)測出微塑料從河流入海最多的10條河流中有8條在亞洲，也有研究指出長江的微塑料入海通量被高估了[30]。Mai等[28]采用的人類發(fā)展指數(shù)模型覆蓋面積更大、涵蓋社會因素更多，合理預(yù)測出2010—2050年全球海洋的河流塑料垃圾積累量將增加到500萬t。因此，建模需要考慮眾多因素，才能對微塑料入海通量進行準確預(yù)測[31]。

全球河流微塑料污染研究主要集中在城市地區(qū)，如中國珠江和越南西貢河，而偏遠地區(qū)研究較少，如青藏高原這種生態(tài)環(huán)境脆弱的地區(qū)。長期監(jiān)測可以預(yù)估微塑料對生物及生態(tài)系統(tǒng)的影響，因此通過分析全球河流微塑料污染研究現(xiàn)狀，制定出合理的實驗方案為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。鑒于此，本文通過分析全球河流微塑料污染研究現(xiàn)狀，以期闡明河流微塑料污染的時空特征，探討不同區(qū)域河流微塑料污染的來源，進一步明確河流微塑料污染對環(huán)境的潛在影響。

1 全球河流微塑料污染特征

1.1 全球河流MPs的濃度

微塑料污染研究始于海洋，近幾年才開始對陸地水體進行廣泛研究。全球河流微塑料污染研究主要集中在亞洲，尤其是中國（圖1）。其中，對河水中微塑料污染的研究最多，研究對象包括生物體、水體和沉積物，對生物體內(nèi)微塑料的研究常常以腸胃為亞樣本表征（表1）。微塑料預(yù)處理分消解和提取兩步，消解有機質(zhì)過程常用的氧化劑包括10% KOH和30% H2O2，而提取過程常采用ZnCl2和NaCl。鑒定過程需要顯微鏡搭配鑒定儀器（拉曼光譜儀（Raman）、傅里葉紅外光譜儀（FTIR）等）完成，顯微鏡觀測微塑料的物理特征，鑒定儀器可以表征微塑料的化學(xué)組成。

圖1 全球河流微塑料研究分布

美國金尼克河（Kinnickinnic River）鱒魚體內(nèi)檢測到的微塑料濃度高于其他研究結(jié)果1～2個數(shù)量級，可能是由于雨水和污水處理廠的微塑料對水生生物產(chǎn)生了嚴重影響[32]。在愛爾蘭河鮭魚體內(nèi)鑒定出的微塑料濃度最低，在該檢測過程中忽略了粒徑小于100 μm的微塑料顆粒[33]。澳大利亞蝦體內(nèi)檢測出的微塑料濃度也很低，平均為每只（0.52±0.55）個，可能是因為蝦相比魚類個頭小、食物來源少，同時在蝦棲息地的水體中檢測到微塑料濃度也很低，說明該處受到的污染程度低[34]。

對各條河流的微塑料濃度比較發(fā)現(xiàn)，巴西南部的西諾斯河（Sinos River）中鑒定出的微塑料濃度最高[35]，黃浦江、蘇州河及黃河下游河口檢測出的微塑料濃度較高[36-37]。這是因為西諾斯河流域人口稠密、工業(yè)發(fā)達，未經(jīng)處理的污水直接排放，釋放了大量微塑料[35]。其次微塑料污染程度受土地使用類型的影響。經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，工業(yè)區(qū)的土地微塑料污染最嚴重[36]，而微塑料也會聚集在水力交換能力洶涌頻繁的河口區(qū)[38]。研究發(fā)現(xiàn)，美國金尼克河和越南西貢河（Saigon River）中鑒定出的微塑料濃度很高[32,39]。金尼克河匯集了大量的雨水和頻繁人類活動排放的污水，而西貢河則受到紡織和服裝工業(yè)的嚴重影響。比較發(fā)現(xiàn)，微塑料污染程度最小的是埃布羅河（Ebro River）[40]。對珠江地區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)微塑料污染情況存在很大差異，其中伶仃灣鑒定出的濃度非常低[41-44]。已有研究證實不同的采樣方式也會使鑒定結(jié)果產(chǎn)生差異，伶仃灣使用333 μm生物網(wǎng)采樣，而其他研究則使用大流量采樣[45-47]。另外，除伶仃灣外其余三項研究的采樣點均在城市，受人類活動影響較大，污染程度較高。綜上可見，微塑料污染程度與人類活動和土地利用類型息息相關(guān)[3,48-49]。

沉積物是微塑料在河流中暫時存儲的匯[50]，因此，研究河流沉積物可以反映一段時間內(nèi)微塑料的污染程度[51]。以每千克干重為標準單位進行對比發(fā)現(xiàn)，微塑料豐度高值從蘇州河和突尼斯北部的吉達拉河（Jedara River）的沉積物中測得，推測主要受城市和工業(yè)廢水影響[36,52]。在青藏高原和印度尼西亞奇瓦倫格河（Ciwalengke River）中鑒定出的較少，低于高值兩個數(shù)量級[53,54]。奇瓦倫格河的樣品多數(shù)臨近農(nóng)業(yè)區(qū)，并且在處理過程中未剔除小粒徑顆粒，說明農(nóng)業(yè)區(qū)對微塑料污染的影響不大[36,48]。青藏高原偏遠地區(qū)受人類活動影響小，因此污染程度低。釋放到水環(huán)境中的微塑料會經(jīng)歷多個過程，包括破碎/降解、生物淤積、聚集、再懸浮或埋藏在底泥中。微塑料在水體中破碎形成小粒徑微塑料后沉降速率也會減小[55]。河水的潛流交換[56]、降雨事件[48]促進水流速度增加，影響微塑料的沉積，因此微塑料濃度在沉積物和水體中存在差異[57]。

1.2 河流MPs特征

微塑料的特性可以反映其來源。形狀和表面結(jié)構(gòu)能反映微塑料的來源、運移距離及破碎程度[58-59]，聚合物類型可反映微塑料的源物質(zhì)，顏色和尺寸是輔助識別特征。學(xué)者們按照形狀將微塑料劃分為5類：纖維、碎片、微珠、薄膜、泡沫[10]。纖維多來自于衣物洗滌過程，經(jīng)廢水?dāng)y帶進入環(huán)境[60]；微珠多為添加在化妝品或磨砂膏中以增加清潔效應(yīng)或添加在涂料中廣泛應(yīng)用于建筑材料行業(yè)的初級微塑料[59]；塑料泡沫多用于隔熱材料和設(shè)施包裝[61]；碎片和薄膜主要是由大塑料碎片或農(nóng)用薄膜破碎形成的[62]。水生生物體內(nèi)的微塑料以纖維和碎片為主，纖維占比最大，但針對在淡水河[58]、奧凡托河[63]的兩項研究中，纖維占比很低。淡水河中碎片狀微塑料最多，奧凡托河中碎片和薄膜狀微塑料較多。纖維和碎片在沉積物中較常見，沁河和巴拉那河中薄膜狀占比最大[45,64]。北江[65]水樣中存在較多的泡沫狀微塑料，且為北江中鑒定出最多的形狀，其余研究多不含或含有少量微塑料。在洛東河水樣[66]和漢江生物樣本[67]中均鑒定出高含量碎片狀微塑料，且洛東河中碎片狀微塑料粒徑多小于300 μm。因為水體潛流交換會優(yōu)先影響表面積較大的小粒徑微塑料[56]，因此沉積物中微塑料粒徑較小。截至目前，環(huán)境中鑒定出的微塑料粒徑以小于1 mm居多，部分研究中粒徑小于500 μm甚至小于200 μm的顆粒占比很大[37,39,42,53,68]。

微塑料的顏色以藍色和白色最多，透明和黑色次之。彩色塑料是為了滿足不同用途的應(yīng)用而生產(chǎn)的，同樣具有質(zhì)輕、化學(xué)性穩(wěn)定、不會銹蝕、耐沖擊性好、耐磨耗性強的特征，但在低溫下容易變脆老化。環(huán)境中彩色微塑料多，說明是由多個污染源輸入的。彩色微塑料很容易被生物誤食，從而導(dǎo)致微塑料在生物體內(nèi)積累。白色微塑料占比較大可能是因為環(huán)境中的微塑料經(jīng)風(fēng)吹日曬易掉色[3]，而實驗中選取的部分氧化劑（如次氯酸鈉）也會漂白微塑料[69]。

水體和沉積物中的微塑料以聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）為主，生物體內(nèi)則多為聚酰胺（PA/nylon）和人造絲。聚酯（PET）在岷江、古爾本河和蘇州河中較多。聚乙烯和聚丙烯廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)薄膜、包裝材料、注射用品中，和人類日常生活分不開[57]。尼龍和聚酯在紡織行業(yè)應(yīng)用廣泛，尼龍為生產(chǎn)衣物的原材料，聚酯則被用作包裝材料[23]。

圖2 全球河流微塑料特征

2 河流MPs的源和匯

微塑料可在不同環(huán)境介質(zhì)之間進行遷移。河流中的微塑料主要來源于人類活動和大氣傳輸。豐富的人類活動是微塑料的主要來源[70]。廢物管理不當(dāng)[61,64]、日常衣物洗滌、工廠生產(chǎn)制造過程、直接排放進入環(huán)境中的污水、頻繁的旅游娛樂活動[70]、快遞外賣等行業(yè)的快速發(fā)展[59,71]，以及汽車輪胎磨損[55,72]等都會產(chǎn)生微塑料污染。輕質(zhì)微塑料可由大氣輸送至偏遠地區(qū)[59]，大氣傳輸已被證實是偏遠地區(qū)微塑料污染的重要來源[8]。近距離的大氣傳輸，也會加大河流中微塑料污染的負擔(dān)[29,73]。干沉降過程隨時產(chǎn)生，在日常生活環(huán)境中收集的樣本檢測出微塑料[74]。研究表明，濕沉降每年產(chǎn)生的微塑料總量是污水處理廠的6倍[36]。降雨不僅會攜帶微塑料進入水環(huán)境，大規(guī)模的降雨也會擾亂水體內(nèi)微塑料的分布，并且很有可能攜帶微塑料溢出[48]。這解釋了為什么有研究得出降雨后微塑料濃度增大[58,75]，但也有研究得出降雨后濃度降低[48]。

3 河流MPs污染的潛在影響

3.1 MPs的危害

微塑料是一種新型的全球性環(huán)境污染，可在食物鏈中傳遞[76]。首先，在水體中小粒徑微塑料能加速微凝膠的形成[77]，且具有表面積大、疏水性強的特征。表面破碎的微塑料會吸附其他微塑料或者金屬[19]，也會成為疏水性化學(xué)品的活性載體（如持久性有機污染物、多氯聯(lián)苯、二氯二苯二氯乙烯、壬基酚）和吸附劑[61,65,78]。附著在微塑料表面的生物污垢或無機物會增加微塑料的密度，造成微塑料下沉[38]。其次，人類在日常生活中很容易接觸到微塑料，飲用水和海產(chǎn)品中均含有較高濃度的微塑料[7,12,14,16,35,79]。微塑料可以通過消化道、呼吸道和暴露皮膚對生物和人類產(chǎn)生危害[78,80]。例如：蚯蚓暴露于存在聚乙烯微塑料的環(huán)境后，雄性個體生殖器官受損，蚯蚓將攝入的微塑料破碎成納米塑料[81]；聚苯乙烯小球通過附著在藻類細胞壁上，堵塞細胞吸收營養(yǎng)物質(zhì)的通道，從而抑制了藻類的生長[15]；微塑料對人類產(chǎn)生的危害主要表現(xiàn)為腸胃毒性和肝臟毒性，涉及氧化應(yīng)激、炎癥和代謝紊亂[7]。

3.2 添加劑

塑料生產(chǎn)過程中會使用各種添加劑（如多溴二苯醚、鄰苯二甲酸酯、壬基酚、雙酚A、抗氧化劑等）來改變塑料特性[78]，以滿足不同行業(yè)的需求。添加劑釋放到水體中，造成水生生物內(nèi)分泌失調(diào)，細胞產(chǎn)生誘變甚至致癌[9]。微塑料與添加劑共同暴露會導(dǎo)致實驗鼠體內(nèi)死亡和氧化應(yīng)激的協(xié)同作用增加[21]。增塑劑會影響生物體內(nèi)的激素分泌水平，且其毒性作用不斷積累，對生物體的肝臟和生殖系統(tǒng)產(chǎn)生危害。此外，阻燃劑、熱穩(wěn)定劑和抗氧化劑也會對生物體產(chǎn)生損傷[82]。

3.3 與其他污染物協(xié)同的危害

微塑料和疏水性有機污染物的相互作用極為復(fù)雜，可能是拮抗作用或者輕微副作用[21]。微塑料可以與重金屬（汞、銅、鉛、鉻、銀、金）相互作用，通過富集重金屬，從而改變微塑料的生物富集和毒性，且塑料的理化性質(zhì)差異會導(dǎo)致其與重金屬復(fù)合效應(yīng)的差異[9]。環(huán)境中的微塑料不斷老化時，不僅會影響微塑料自身的性能，也會影響與其他污染物的協(xié)同毒性。微塑料進入食物鏈，并在生物體內(nèi)積累，生物放大作用可能會在高營養(yǎng)水平的生物體中產(chǎn)生[59]。

4 結(jié)論和展望

微塑料在環(huán)境中無處不在。通過對全球河流已有研究的整理總結(jié)發(fā)現(xiàn)，西諾斯河水微塑料濃度最高為330 200個/m3，在蘇州河和吉達拉河沉積物中鑒定出較高微塑料濃度，每千克干重分別為（6 233.4±1 890.4）個和（6 920.00±395.98）個。受到水流潛流交換、降雨事件等的影響，水體和沉積物中的微塑料濃度存在差異。河流中以藍色、白色纖維狀的小粒徑微塑料為主，主要的化學(xué)成分為聚乙烯和聚丙烯。環(huán)境中的微塑料具有潛在毒性，目前亟需對其加強毒理性研究。微塑料自身的毒性、在破碎降解過程中釋放的添加劑，以及在水環(huán)境中吸附的有機污染物、重金屬及生物污垢，都會對環(huán)境造成影響。

目前，由于實驗過程中試劑選擇的不統(tǒng)一，鑒定儀器的精度差異，使得關(guān)于微塑料污染的研究結(jié)果難以進行比較。因此，需要統(tǒng)一研究方法，采樣時要考慮不同的環(huán)境介質(zhì)中微塑料的時空分布差異。研究微塑料污染的時空分布可以很好地了解微塑料河流入海的途徑。

應(yīng)對當(dāng)前微塑料污染，首先要從源頭上控制，制定塑料管理措施，合理處理塑料垃圾；其次要開發(fā)環(huán)境友好型可降解塑料，如果水體環(huán)境中的微塑料存在時間大于陸地，則更難降解，而可降解塑料就可以較好地避免降解緩慢這個問題；最后通過改造污水處理裝置，制定排放標準，使得排放到環(huán)境中的微塑料在總量上有所減少。

微塑料通過大氣傳輸至偏遠地區(qū)已被證實。對比發(fā)現(xiàn)青藏高原地區(qū)微塑料濃度普遍較低，只有在像青海湖這樣的旅游區(qū)因廣泛的人類活動而導(dǎo)致較高的微塑料濃度。青藏高原地區(qū)地勢獨特，目前在該地區(qū)展開的微塑料相關(guān)研究較少，不能系統(tǒng)地表征整體濃度水平。除水體外，固態(tài)水（雪冰）中的微塑料也值得探索。青藏高原上具有除南北極之外最多的冰川和積雪，雪冰中的微塑料分布研究可以補充全球水環(huán)境中微塑料的賦存狀況，推進微塑料污染的研究進程。