陸地水系中微塑料的研究進展

王志鵬，陳蕾

(南京林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210037)

近年來，微塑料(MP)已被認為是新型污染物。微塑料通常指的是尺寸小于5 mm的塑料，據(jù)報道，全球所有類型的環(huán)境中都發(fā)現(xiàn)微塑料：淡水、海水、高山甚至人跡罕至的兩極地區(qū)[1]。按照形狀MP可被分為碎片、微小顆粒、纖維和泡沫[2]。

水生動物可以攝取微塑料導(dǎo)致窒息或由于假性飽腹感而遭受饑餓。有毒添加劑從微塑料中浸出對生物體造成直接傷害。微塑料可以作為運輸其他有毒化學(xué)品的載體，如多環(huán)芳烴(PAHs)、多溴聯(lián)苯醚(PBDEs)和重金屬等，被浮游生物攝取之后的毒性更大[3-4]。此外，微塑料的生物累計以及其向高級生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)移已被證實[5-6]。

海洋中的微塑料被認為主要來自于陸地，據(jù)估計截至2015年全球已生產(chǎn)約63億t塑料廢物，內(nèi)陸河流中的微塑料最終匯集入海洋[7]，因此陸地水系中的微塑料值得更多的研究，2018年越來越多學(xué)者對陸地河流中的微塑料進行了報道，但是相較于海洋中微塑料的研究，內(nèi)陸水系中起步較晚，研究仍然較少。本文綜述了陸地水系中微塑料的研究方法、研究污染現(xiàn)狀，以及未來展望。

1 分析檢測方法

1.1 采集

使用Neuston網(wǎng)收集地表水中的微塑料，在水面下0～30 cm拖行，視收集的微塑料量決定拖行的距離，網(wǎng)眼尺寸通常為112 μm[8]，地下水中的微塑料通常采集地下30 m的井水[9]。在河岸或湖畔隨機選取若干邊長為50 cm的正方形，采集沉積物中的微塑料[10]。

1.2 樣品分離

樣品處理的常見的分離方法為密度分離和過濾法，密度分離法是向沉積物中加入飽和的鹽水，通常采用1.2 mg/cm3的NaCl溶液，對于密度較高的微塑料樣本中可采用1.6 g/cm3的NaI和1.5 g/cm3的ZnCl2，提高分離效果。沉積物的密度一般為2.65 g/cm3，密度分離之后，微塑料浮游表面，回收率高于95%[11]。表層淡水系統(tǒng)中最常見的分離方法為過濾法，為提高實驗的準確性，實驗中將所有實驗儀器用鉑紙包裹，防止塑料儀器產(chǎn)生的微塑料對實驗的影響，實驗人員穿著100%純棉的實驗服，防止衣物中的纖維對準確度的影響，將溶液通過濾膜截留微塑料，通常濾膜的孔徑為2 μm[12]。

1.3 檢測

目檢法是指科研人員直接利用高倍顯微鏡，觀測微塑料，操作簡單，由于操作人員的誤差，常利用染色劑來輔助檢測，但是目檢法對于微塑料與其他無機材料的分離是必不可少的，尤其是在將樣品中的微塑料與實驗室中的微塑料分離中，Lee等認為沒有目檢法的輔助不能識別<1 mm的微塑料[13]。通過熱解-氣相液相質(zhì)譜儀鑒定聚合物種類，其優(yōu)點為操作簡單、精度高，但是其每次運行僅可檢測一個顆粒，因此不適合處理大樣本[14]。拉曼光譜法常用來測定微塑料的組分，其工作原理是用單色激光波長照射樣品，波長通常在500～800 nm之間，并將結(jié)果與已知的聚合物光譜庫進行比較，以確定粒子的組成，但其檢測結(jié)果受檢測環(huán)境影響較大，且只能識別納米級別的微塑料[15]。通過傅里葉變換-紅外光譜分析法(FTIR)與顯微鏡結(jié)合檢測微塑料，成本低廉[16]。

2 陸地水系中的微塑料

2.1 湖泊中的微塑料

太湖是中國五大湖泊之一，2015年sun等[17]調(diào)查了太湖流域的微塑料污染，結(jié)果顯示，檢測到的微塑料豐度為0.01×106～6.8×106個/km2，湖東南地區(qū)檢測到最高含量的微塑料，是湖中心含量的6倍，纖維含量占比超過一半，最常見的微塑料成分為玻璃紙，太湖蛤體內(nèi)檢測到的微塑料量處于世界高污染水平，人口調(diào)查顯示，湖東南地區(qū)的人口密度最大，太湖檢測到的微塑料是目前全世界淡水湖中豐度最高的，是加拿大勞倫湖的上百倍[18]。太湖位于中國最發(fā)達的蘇南地區(qū)，人口密度極高，加拿大人口密度遠低于太湖流域，因此人類活動表現(xiàn)出很高的相關(guān)性。Maria等[19]調(diào)查了意大利阿爾卑斯山南部的亞高山湖泊：馬焦雷湖、加爾達湖和伊塞奧湖。雖然為高山湖泊，但是這三個湖泊均位于該國人口密集、生產(chǎn)力高的地區(qū)，是農(nóng)業(yè)、工業(yè)、漁業(yè)、飲用水的重要水源和著名的旅游景點，檢測出的豐度6 700～93 000個/km2，我國太湖流域是其70倍。主要種類為聚乙烯(45%)、聚苯乙烯(18%)和聚丙烯(15%)，與Pietrelli等[20]報道的海洋中微塑料的成分占比相似。令人震驚的是我國高山湖泊青海湖的表面水中檢測到的微塑料含量高達3 090～757 500個/km2[21]，遠高于意大利人口稠密地區(qū)的高原湖泊水平，在青海湖中檢測到微塑料高濃度地點均位于景點附近，同樣揭示了人類活動的影響，我國青海湖處于人跡罕至的高寒地區(qū)，人口密集極地，旅游業(yè)帶來的污染是主要原因，因此居民的生活習(xí)慣、景點的廢棄物管理有待改善。同樣的情況出現(xiàn)在了印度，2018年Sruthy等[22]首次報道了在印度Vembanad湖中發(fā)現(xiàn)了微塑料，其平均豐度為(252.80±25.76)個/m2，加拿大的Huron湖中的豐度僅為37.75個/m2[23]，PE、PS和PP是Vembanad湖最常見的微塑料，分析其來源，PE被廣泛用于塑料袋，PS用于制作一次性物品，pp用于制作漁網(wǎng)，塑料垃圾的不當處理和人類捕魚活動被認為是印度湖泊中的主要原因，發(fā)達地區(qū)的湖泊中檢測出的微塑料，顯著低于發(fā)展中國家(以中國和印度為例)，這主要是因為發(fā)達國家對于廢物的管理更為嚴格。湖泊是封閉水系，造成微塑料的不斷累積，調(diào)查研究顯示，湖泊中的含量均高于同一地區(qū)的河流含量，盡管有的湖泊有支流，但滯留時間長，微塑料沉積湖底。

2.2 河流中的微塑料

河流最終匯入湖泊或者大海，研究表明通過河流匯入大海中的微塑料是海洋微塑料的重要來源[24]。在我國的長江流域表層水中檢測到微塑料的豐度為500～10 200個/m3，遠高于長江入?？诤Ｓ?東海)檢測出的微塑料含量(0.03～0.455個/m3)[25]，Peng等研究表明長江沉積物微塑料豐度20～340個/kg沉積物[26]，在中國的華南地區(qū)的北江的研究中顯示沉積物中的微塑料豐度為(178±69)～(544±107)個/kg沉積物，高于長江流域檢出量。EDS光譜顯示附著在微塑料表面的金屬不是微塑料固有的，吸附自水環(huán)境，ICP-MS分析顯示微塑料中的金屬有Ni、Cd、Pb、Cu、Zn和Ti[27]。在中國華北地區(qū)的黃河沉積物中檢測到了(2 580±1 140)個/kg 沉積物，在黃河中檢測出的微塑料主要是纖維狀，在黃河沿岸，有風力發(fā)電站的水域微塑料含量低，這是因為其增加了水床剪力，擾亂沉積物，使微塑料向下游運輸[28]。在英國的泰晤士河沉積物中檢測到微塑料含量為(332±161)個/kg沉積物，和長江沉積物中數(shù)量相當[29]，在亞洲的其他區(qū)域，泰國河流和日本東京灣運河沉積物分別檢測出100個/kg 沉積物和1 900個/kg沉積物，東京灣運河中微塑料的含量顯著高于泰國河流，這是因為日本從20世紀50年代開始大量使用的PE和PP材料在河流的累積[30]。Kirsten調(diào)查了哥倫比亞河約1 735 km流域，檢測結(jié)果顯示水表面微塑料的豐度為2.54個/m3[31]，加拿大渥太華河表層水微塑料含量僅為1.35個/m3，而在我國長江入海口表層水檢測到的豐度4 137.3±2 461.5[25]，遠高于北美洲兩條河的檢出量，在英格蘭西南部的塔馬河口，檢測出的微塑料僅為 0.028個/m3[32]。

3 污水廠出水

污水處理廠被認為是河流中微塑料的主要來源，尤其是在發(fā)達地區(qū)，廢物管理嚴格，污水經(jīng)過污水廠處理之后排放，不同的處理方式對于微塑料的去除效果各不相同[33]。Mintening等[34]考察了德國下薩克森州12個污水處理廠排放的污水中的MP，發(fā)現(xiàn)>500 μm MP的量為0～5×10個/m3，<500 μm MP為1×10～9×103個/m3。聚乙烯是兩種尺寸類別中最常見的聚合物類型，合成纖維的數(shù)量范圍為9×10～1×103/m3，據(jù)估計每個污水廠每年向環(huán)境中排放9×107～4×109MP顆微塑料。在三級處理廠之后額外安裝增加過濾工藝，出水的MP排放減少了97%，由此可見，過濾對于微塑料去除效果顯著。Li等[35]對中國28個污水處理廠的79個污泥樣品進行了調(diào)查，樣品的平均MP濃度為(22.7±12.1)×103個/kg干污泥，主要成分是纖維(63%)。東部地區(qū)的微塑料檢出量高于中國西部，工業(yè)廢水比例以及二級處理不同的脫水率均會影響MP豐度，據(jù)估計中國每年大約有1.56×1014個MP通過活性污泥進入水環(huán)境。Mintenig等[36]的研究中，污水廠采用常規(guī)物化處理，活性污泥法和BAF的混合工藝，考察了不同階段對微塑料的去除效果，結(jié)果表明初期物化預(yù)階段，廢水中 97%微塑料被去除，活性污泥處理進一步降低7%～20%濃度，BAF工藝效果甚微。

4 未來展望

目前關(guān)于微塑料的檢測方法已趨于成熟，不同檢測方法的組合已經(jīng)可以檢測出不同粒徑的微塑料，并且可以檢測出其成分，但是在未來仍需加強以下研究。

(1)淡水中的微塑料研究主要集中在發(fā)達國家，在發(fā)展中國家只有中國在各陸地水系中開展了研究，且研究表明，發(fā)展中國家的微塑料污染水平遠高于發(fā)達國家，因此需要加強在發(fā)展中國家淡水流域中微塑料的研究。

(2)對于微塑料豐度的表達方法不同，有的研究使用個/m2，有的研究使用個/m3，不同的表達方法給對比研究造成了困難。

(3)目前全世界范圍內(nèi)對于水庫的研究偏少，水庫作為陸地淡水的重要組成，應(yīng)該得到更多研究。

(4)污染嚴重地水域往往是重要的漁業(yè)基地，目前對于微塑料對魚類的影響主要是暴露實驗，未來應(yīng)加強對于自然水體中魚類毒理性的研究。

(5)研究顯示，人類活動與微塑料豐度呈正相關(guān)，發(fā)展中國家或者經(jīng)濟落后地區(qū)廢物管理不夠完善，應(yīng)加強管理。