河流微塑料入海通量研究進展

榮佳輝， 牛學(xué)銳， 韓 美*， 倪 娟

1.山東師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院, 山東 濟南 250358

2.山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院, 山東 濟南 250103

塑料垃圾如今已成為全球性的問題，目前塑料產(chǎn)量每年超過3×108t[1]，并在國民高消費需求的驅(qū)動力下穩(wěn)步增長. 塑料垃圾會在風(fēng)化、機械或化學(xué)應(yīng)力的作用下破裂形成塑料碎片[2]，這些碎片受到太陽輻射或侵蝕作用體積逐漸變小，在經(jīng)歷長期且復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)后分解為極其細微的顆粒等[3]，其中直徑小于5 mm的稱為微塑料[4]. 由于微塑料具有體積小、性質(zhì)穩(wěn)定的特性，可以通過徑流、風(fēng)力、洋流等過程遍布全球，目前從赤道到兩極的海洋、陸地環(huán)境以及生物群、非生物群介質(zhì)中均可監(jiān)測到微塑料污染[5-7]. 20世紀七八十年代對微塑料的早期研究主要集中在海洋環(huán)境[8-10]，但關(guān)于陸地及淡水環(huán)境中微塑料污染的科學(xué)研究不足，而海洋中80%的塑料污染物均源自陸地，主要通過河流輸送到海洋[11]. 研究[2]表明，相比于海洋環(huán)境，陸地上的風(fēng)化作用和太陽輻射更為強烈，可能導(dǎo)致微塑料的破碎及降解的速率更高. 全球河流中微塑料的平均濃度約是海洋中觀測到的最大濃度的40～50倍[12]，入海河流向海洋環(huán)境的運輸是微塑料轉(zhuǎn)移的主要途徑，也是造成海洋微塑料污染的重要來源[13-14].

由于缺乏統(tǒng)一精確的微塑料監(jiān)測、分析與鑒定方法，目前大多有關(guān)河流微塑料的研究均止步于分布及豐度的研究[15-17]，由此導(dǎo)致后續(xù)的定量研究仍存在空白，但也為微塑料的來源、遷移富集過程以及通量量化的進一步探究奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ). 河流物質(zhì)入海通量是指某個時間段內(nèi)(通常指一個水文年)流經(jīng)河流特定斷面的物質(zhì)總量[18]. 在理想情況下，將某一時間段內(nèi)河流斷面中微塑料的豐度與流量相耦合，通過計算或建立模型得出并預(yù)測其通量，能為不同河流之間數(shù)據(jù)增加可比性提供重要前提[19]. 隨著河流環(huán)境微塑料研究的逐漸深入，越來越多的學(xué)者開始關(guān)注河流微塑料入海通量的問題. 2015年，首次基于全球模型對河流塑料入海通量進行了估算[11]. 最新數(shù)據(jù)表明，全球河流每年向海洋運輸?shù)乃芰纤槠偭繛?.41×106～4×106t[12]，但考慮到數(shù)據(jù)集精確性及連續(xù)性不足和各流域模型不適用性的局限，此估算值的準確性備受爭議[12,20-21].

該研究通過梳理總結(jié)近年來國內(nèi)外有關(guān)河流微塑料入海通量研究的文獻，從入海通量的研究內(nèi)容與模型計算和源數(shù)據(jù)統(tǒng)計等研究方法的角度進行系統(tǒng)綜述，并展望未來發(fā)展趨勢，以期為深入開展河流環(huán)境微塑料污染與入海通量預(yù)測等研究提供參考.

1 微塑料入海通量與模型研究

塑料污染已被認定為當(dāng)今海洋及河流環(huán)境中主要的污染問題之一[22]，具有潛在的化學(xué)毒性和生物毒性風(fēng)險，甚至可能對人類健康造成威脅[23-24]. 自聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)將微塑料污染作為重點環(huán)境問題持續(xù)關(guān)注以來[25-26]，海洋[8-10]、湖泊[27-28]、海岸線[5]及河流[29-31]等環(huán)境中的微塑料污染研究內(nèi)容日益豐富，學(xué)者們在先前量化海洋環(huán)境中微塑料污染的研究[32-37]基礎(chǔ)上，嘗試估算陸源(尤其是河流)對海洋中微塑料的貢獻量，目前有關(guān)河流微塑料入海通量的研究從空間尺度上可劃分為全球尺度和區(qū)域尺度，該研究在此基礎(chǔ)上對國內(nèi)外的相關(guān)文獻進行對比分析和深入討論.

1.1 全球河流微塑料入海通量的變化與模型研究

國際上研究塑料碎片入海通量的方法有兩種：水文監(jiān)測和模型模擬. 由于水文站點的監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)量有限，且影響因素諸多，用監(jiān)測數(shù)據(jù)的平均值來估算塑料碎片的入海通量有較大誤差. 因此，采用模型模擬的方法來估算河流微塑料入海通量是該研究領(lǐng)域的重點.

Jambeck等[11]根據(jù)微塑性(粒徑<5 mm)和大塑性(粒徑>5 mm)排放量與因管理不當(dāng)產(chǎn)生的塑料廢物(MMPW)量間的相關(guān)性，首次對2010年192個沿海國家和地區(qū)的塑料垃圾入海通量進行估算及排名，結(jié)果顯示，2010年有4.8×106～12.7×106t塑料垃圾進入海洋，其中中國塑料垃圾的年排放量為1.32×106～3.53×106t. Lebreton等[38]在文獻[11]的基礎(chǔ)上做出了改進，其以人口密度、塑料廢物產(chǎn)生率及集水區(qū)徑流量作為參數(shù)，估算出全球河流塑料(微塑料和大塑料)入海通量的變化范圍為1.15×106～2.41×106t/a. 由于高密度的人口，相對較大的塑料廢物產(chǎn)生率以及較高頻率的暴雨，導(dǎo)致污染最嚴重的20條河流大多位于亞洲，占全球塑料垃圾年輸入量的67%以上. 這兩項研究均基于塑料廢棄物量、人口數(shù)與經(jīng)濟狀況指標，計算出研究區(qū)因管理不當(dāng)產(chǎn)生的塑料垃圾量以估算出入海通量，處理數(shù)據(jù)時使用了美國河流中微塑料與大塊塑料垃圾的比例，而這一處理原則對于其他國家和地區(qū)而言并不普遍適用，不同國家和地區(qū)對于“限塑令”的態(tài)度及塑料垃圾的處理方式均有所不同，故在不同政策背景下對不同國家進行塑料入海通量排名意義不大. 此外，各流域微塑料在遷移富集過程中會受到一系列復(fù)雜的物理化學(xué)作用，僅以排放量作為切入點忽略了諸多影響因素，因此這類全球模型的微塑料入海通量計算方法存在欠缺.

(1)

(2)

Siegfried等[39]改進了早期用于研究河流營養(yǎng)鹽的輸出模型，從微塑料來源(個人護理產(chǎn)品、家庭灰塵、洗衣用紡織品以及輪胎和道路的磨損顆粒)的角度描述了微塑料向海排放溯源過程，根據(jù)不同來源的微塑料向河流的輸入產(chǎn)量(RSpnt,i，kg·a/km2)和進入河流中微塑料排放量占進入水體系統(tǒng)微塑料總量的比例(FEriv,i)建立式(3)，得出從源頭排放的單位面積下的微塑料產(chǎn)量(YldMP，kg·a/km2)，由產(chǎn)量和流域面積(A，km2)計算微塑料入海通量(LMP，kg/a)，即式(4). 通過模型估算出2000年歐洲河流微塑料的入海通量總計為1.44×106t/a，并在全球協(xié)調(diào)和自適應(yīng)鑲嵌情境下運用模型預(yù)測出2050年的歐洲河流微塑料入海通量相比于2000年最多減少50%，這一時間尺度上河流微塑料入海通量的大幅變化能夠反映出發(fā)展社會經(jīng)濟、改善污水處理系統(tǒng)并提高污水處理技術(shù)的重要性.

Siegfried等[39]提出了一種基于全球模型通過點源來分析河流微塑料向海洋輸送的組成及數(shù)量的方法，盡管用于校驗的實測數(shù)據(jù)不足，但以較為可靠的數(shù)據(jù)和模型參數(shù)為基礎(chǔ)，對現(xiàn)有可用的單個河流測量值進行了相對合理的比較，檢驗結(jié)果顯示出所運用的模型可適用于某一特定的河流流域，這為研究微塑料的特征識別、來源分析及入海通量提供了新的思路，對未來量化微塑料入海通量研究具有重要的啟發(fā)和借鑒意義.

(3)

LMP=YldMP×A

(4)

1.2 區(qū)域尺度河流微塑料入海通量變化與模型研究

相較于大空間尺度下的定量分析，以中小尺度為背景進行研究的優(yōu)勢在于更便于獲取精確可靠的實測河流數(shù)據(jù). Lechner等[40]根據(jù)河流下游人口密度與微塑料濃度的相關(guān)性進行了簡單的模型計算，估算出多瑙河的微塑料入海通量為 1 534 t/a，F(xiàn)aure等[41]也使用了相似的方法計算了羅納河每年的微塑料出口量為208 t. 由于影響微塑料濃度變化的因素諸多，這類僅考慮如人口密度等單個影響因子進行定量分析的簡單計算方法會導(dǎo)致估算結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差.

Hurley等[42]量化了2015年和2016年水文年期間英格蘭西北部流入愛爾蘭海的默西河及艾爾韋爾河流域在洪水影響下沉積物中的微塑料污染變化情況，先根據(jù)河道面積(Ac，m2)、河床泥沙淤積量(BSs，kg/m2)和河段沉積物中微塑料濃度(MPc，mg/kg)的關(guān)系建立式(5)，計算出該河段沉積物中微塑料儲蓄量(RSmicroplastics，mg)，計算結(jié)果通過無量綱轉(zhuǎn)換系數(shù)(k)進行單位轉(zhuǎn)換，即以kg或t為單位進行表達不同河段儲蓄量的總和即為流域沉積物中微塑料總量，并在此基礎(chǔ)上估算出2015年及2016年冬季洪水期間兩流域沉積物中微塑料的入海通量為(0.36±0.12)t. 此外，該研究還提出了3種計算沉積物微塑料通量不確定性的分析方法并進行評估，對比分析后選出最適用的一個進行微塑料通量估算，即洪水期間每個集水區(qū)的微塑料通量計算為洪水前后河床輸沙量的差值，并對觀測值及參數(shù)的不確定性進行分析，利于在進一步的研究工作中避免這些不確定性，以提高結(jié)果的精確度. 總體而言，該研究的數(shù)據(jù)處理方法值得借鑒，但不足之處在于實測數(shù)據(jù)的缺乏，且僅對洪水氣象背景下河流沉積物中微塑料的通量變化進行了估算.

(5)

Eo等[43]研究了韓國洛東河中微塑料的時空分布，并從季節(jié)變化的角度對其微塑料入海通量進行了估計，結(jié)果顯示,2017年洛東河向海排放微塑料數(shù)量為5.4×1012～11×1012個，質(zhì)量為53.3～118 t. 他們首先根據(jù)河流下游站水深計算分別計算出表層水(從水面至0.2 m深)和底層水(0.2 m深至水底)兩部分的河流流量，再通過不同季節(jié)的月平均河流流量和每個時期水樣和沉積物中微塑料的豐度計算得出每月河流的微塑料荷載量，最后基于其尺寸和平均聚合物密度的關(guān)系建立式(6)(7)，將微塑料的數(shù)量轉(zhuǎn)換為質(zhì)量得出年負荷(W，t/a).

Wnon-fiber=4/3πr3×1.04×α

(6)

Wfiber=πr2h×1.04

(7)

式中：r為半徑，對于非纖維類型的微塑料使用單個微粒的測量長度，對于纖維顆粒則使用測量的平均半徑(10 μm)；α為形狀因子(碎片和薄膜為0.1，球形為1)；h為每根纖維的測量長度，μm；1.04為海洋環(huán)境中的平均聚合物密度,g/cm3.

Eo等[43]該研究考慮了季節(jié)變化背景下不同儲層中微塑料豐度的時空差異，對比于先前僅考慮單一季節(jié)或單一儲層的研究，其對于河流微塑料入海通量的估算更有說服力，研究結(jié)果表明，在對河流微塑料入海通量進行計算時，必須至少使用兩個季節(jié)(包括雨季和旱季)的微塑料豐度數(shù)據(jù). 對比而言，Lebreton等[38]對洛東河的估計值遠高于此，導(dǎo)致研究結(jié)果產(chǎn)生差異的原因除了全球模型的不普遍適用性以外，還包括研究對象選取的不確定性，而產(chǎn)生這種不確定性的原因是與河流環(huán)境中的大塑料相比，微塑料的數(shù)量多且質(zhì)量低.

1.3 中國河流微塑料入海通量變化與模型研究

中國作為人口大國，塑料的生產(chǎn)量與消耗量規(guī)模巨大，2013年中國的塑料產(chǎn)量近 4 800×104t，2012的消費量甚至高達 6 600×104t[20]，根據(jù)Jambeck等[11]的全球模型估算，2010年中國從陸地向海洋排放了132×104～353×104t塑料垃圾. 隨著國際上對微塑料污染研究的日益重視，2014年7月，Zhao等[21]率先發(fā)布了長江口及鄰近東海和沿岸河口微塑料的空間分布特征，長江作為世界第三大的河流，流經(jīng)中國較為發(fā)達的地區(qū)，且流域人口密度高、塑料消耗量大，塑料垃圾的排放量不容忽視，因此成為微塑料研究的熱門流域[44-46]. 在全球模型的估算值排名中，長江居于首位，每年向東海排放的微塑料入海通量為31×104～48×104t[38].

Bai等[20]建立了一個基于入海污染物源匯過程評價的物質(zhì)流分析方法，利用來源可靠的統(tǒng)計與監(jiān)測數(shù)據(jù)，模擬微塑料從來源到中間產(chǎn)物最后匯入海洋的遷移過程，并用該模型預(yù)測2010—2020年我國塑料垃圾入海通量. 模型分為A(輸入)和B(輸出)兩部分，A部分包括海水養(yǎng)殖業(yè)(AO1，Mt)、濱海旅游業(yè)(AO2，Mt)、河流輸送(AO3，Mt)和海岸漁船(AO4，Mt)產(chǎn)生的塑料廢物，計算方法如式(8)～(11)所示，再根據(jù)每種塑料制品中原塑料比例、加工比例、進口比例、廢品率及未回收塑料廢物的比例系數(shù)對A部分進行相關(guān)分析，確定輸出量預(yù)測值的最小值、中值及最大值，其中最大預(yù)測值與實際值的偏差最小，則利用A的最大值和未經(jīng)高溫處理的塑料垃圾平均比計算B部分的塑料垃圾年入海量.

AO1=S×Y×25%×M1×U×

20%×50%+N1×P1×t1

(8)

AO2=N2×P2×96%×26%×t2×10%

(9)

(10)

AO4=N5×P1×1%×t3×50%+N×q×M5

(11)

式中：S為養(yǎng)殖面積，m2；Y為塑料浮筒的使用量，個；M1為浮筒重量，其破損率為25%；U為塑料網(wǎng)的使用率，其破損率為50%；N1為從事養(yǎng)殖業(yè)的人數(shù)；P1為人員日均垃圾產(chǎn)量，kg；t1為人員年均工作時長，h；N1為游客數(shù)量，人；P2為游客日均垃圾產(chǎn)量，kg；其中不可降解垃圾占96%，塑料垃圾占26%，10%的塑料垃圾進入沿海地區(qū)；t2為景區(qū)開放時長，h；M3、M4分別為船員生活垃圾和黃浦江漂浮垃圾年產(chǎn)量，t，其中塑料垃圾分別占1%和25%；N3、N4分別為黃浦江流域總?cè)丝跀?shù)和所有入海河流流域總?cè)丝跀?shù)；N5為漁船船員人數(shù)；t3為船員年均工作時長，h；N為漁船數(shù)量，艘；q為因意外破損的塑料泡沫箱數(shù)量，個；M5為泡沫箱重量，kg.

該研究預(yù)測2011年中國河流入海塑料垃圾量為0.55×106～0.75×106t，而Jambeck等[11]的估算結(jié)果幾乎是該研究的2～5倍，造成這一計算偏差的原因有兩方面，一是二者采用了不同的統(tǒng)計方法；二是使用了不同的數(shù)據(jù)源. 從這兩方面分析而言，Bai等[20]采用了多因素分析的方法，涵蓋了微塑料整個的形成階段，采用包括實測及政府提供的更為全面可靠的詳細數(shù)據(jù)，這在很大程度地降低了誤差，因此預(yù)測值與實際值具有較強的一致性. 這項研究驗證了全球模型對我國入海塑料排放量的高估，提供了更為精確的通量模型方法，推動了我國微塑料入海通量研究的發(fā)展.

Zhao等[47]根據(jù)河流流量和降雨量，獲取不同季節(jié)(春季、夏季、秋季、冬季)微塑料的豐度濃度(Ci，n/m3)，結(jié)合實測月排放量(Di，m3)建立模型式(12)估算長江年均微塑料入海通量(LCE，t/a)，結(jié)果顯示，2017年有537.6～905.9 t微塑料通過長江進入東海，比全球模型估算值低2～3個數(shù)量級. 對比而言，在大尺度且連續(xù)的時空背景下進行監(jiān)測，是數(shù)據(jù)精確性的保障，所得結(jié)果更具說服力，對于微塑料入海通量的估算與預(yù)測研究具有重要意義.

式中：i為四季；Mmicroplastics為每個粒子的平均質(zhì)量，kg；Dr為平均排放率，假定該比率恒定.

Mai等[48]對4個季節(jié)珠江不同入海口(j)中微塑料的豐度進行監(jiān)測及統(tǒng)計，通過微塑料的豐度濃度(Ci,j)和河流過濾水量的體積(Qi,j)建立式(13)計算出每個季節(jié)(i)微塑料的通量(Fi,j)，四季數(shù)據(jù)之和即珠江各入?？谥形⑺芰系娜牒Ｍ?，預(yù)測其數(shù)量為3.9×1010個，質(zhì)量為66 t，該結(jié)果大大低于全球模型的估測值(9.1×104～17×104t). 該研究在采集樣品時有考慮到時空演變及潮汐對微塑料豐度的影響，并對珠江三角洲8個入?？诘奈⑺芰蠞舛冗M行了較為連續(xù)的分季監(jiān)測，以獲得精確的實測數(shù)據(jù)，再結(jié)合政府公開的水文數(shù)據(jù)通過模型對微塑料入海通量進行預(yù)測，極大地提高了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的精確性.

Fi,j=Ci,j×Qi,j×109

(13)

總結(jié)而言，全球模型的估算結(jié)果給全世界敲響了塑料污染的警鐘，但以同一處理原則所獲取的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計算出的預(yù)測值與各個國家和地區(qū)對應(yīng)的實際值相比差距較大，可見全球模型并不普遍適用，且實測數(shù)據(jù)是計算值精確的必要基礎(chǔ)，如何獲取大量且精確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)是全球模型中最難攻克的問題. 相比之下，區(qū)域尺度的河流微塑料通量研究更易監(jiān)測和統(tǒng)計實測數(shù)據(jù)，也更易模擬微塑料的溯源過程，故區(qū)域尺度的相關(guān)研究居多且預(yù)測值更為精準. 近年來，中國積極應(yīng)對微塑料污染問題，對塑料進口與處理嚴格管控，經(jīng)多位學(xué)者的證實，全球模型高估了我國塑料的入海通量，并掀起了我國河流微塑料研究的熱潮，對我國塑料污染問題的決策制定具有重要意義.

目前微塑料研究迅速興起，現(xiàn)有的模型及計算方法逐漸復(fù)雜化，但由于實測數(shù)據(jù)較難獲取，導(dǎo)致估算與預(yù)測方法的適用性以及精確性的校驗極具挑戰(zhàn)，因此源數(shù)據(jù)的監(jiān)測、鑒定與統(tǒng)計技術(shù)的進步與改善顯得尤為重要.

2 微塑料入海通量源數(shù)據(jù)統(tǒng)計及其方法研究

通過不同研究對比發(fā)現(xiàn)，造成河流微塑料入海通量預(yù)測值之間或預(yù)測值與實測值之間差異較大問題的原因，除了模型本身造成的估算誤差外，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集采集過程中也存在諸多不確定性，為使微塑料入海通量的估算更為精確合理，源數(shù)據(jù)獲取與統(tǒng)計過程的嚴謹性是關(guān)鍵. 污染物的入海通量一般通過流量和污染物濃度來計算，因此從方法學(xué)角度而言，微塑料的豐度濃度數(shù)據(jù)是研究河流微塑料入海通量的基本前提，目前現(xiàn)有的真正落腳于微塑料入海通量研究雖然不多，但關(guān)于入海河流中微塑料的豐度及其方法研究較為深入，這為入海通量的計算奠定了重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ).

2.1 微塑料入海通量源數(shù)據(jù)統(tǒng)計研究

總體而言，由于入海河流的河口段位于陸地與海洋之間的過渡地帶，通常是人口密度最高的地區(qū)，微塑料污染尤為嚴重，可見探究入海河流微塑料污染對河口近岸淺海生態(tài)環(huán)境及海洋經(jīng)濟的影響具有重要意義，因此目前河流環(huán)境，尤其是河口系統(tǒng)已成為微塑料研究的熱點區(qū)域[5,49]，其中有關(guān)微塑料豐度的研究集中于大型河流[50-55]，中小型河流研究較少. 表1歸納了全球入海河流水體或沉積物中微塑料的豐度(多以平均值或最大值表示)分布特征，可為未來微塑料入海通量研究提供數(shù)據(jù)參考. 由表1可見，學(xué)者們越來越注重研究時空尺度上微塑料污染的演變，由單一季節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)殚L期監(jiān)測[47-48，59]，由單一采樣點轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄶嗝娌蓸覽55]. 此外，由于目前仍未有統(tǒng)一的單位來描述微塑料的豐度濃度，通常情況下，豐度以質(zhì)量、體積[44,56](個/kg或個/m3)或面積[51,55](個/m2或個/km2)表示，這使得不同河流之間的微塑料數(shù)據(jù)難以進行直觀的對比.

表1 全球入海河流的微塑料豐度

2.2 微塑料入海通量源數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

河流微塑料入海通量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集既有野外實地監(jiān)測獲得的數(shù)據(jù)[51]，也有從已有數(shù)據(jù)集中提取的數(shù)據(jù)[12,20]，二者均需精確可靠的實測數(shù)據(jù)作為依據(jù)，但由于采樣、樣品處理、定性與定量分析等研究方法仍缺乏系統(tǒng)性和規(guī)范性，且尚未建立分析微塑料污染的結(jié)果評價標準，因此不同研究采用的方法各異，進而導(dǎo)致研究結(jié)果差異較大.

2.2.1采樣方法

2.2.1.1采樣工具

在樣品采集過程中，通常用到的工具包括非塑料材質(zhì)的水桶、拖網(wǎng)以及不銹鋼材質(zhì)的抓斗. 其中，水桶僅限于小體積的表層水或中層水取樣；大體積的水體則需用到拖網(wǎng). 相關(guān)研究中常見的拖網(wǎng)類型有Manta拖網(wǎng)[52,69-70]、尼龍網(wǎng)[58,60]和浮游生物網(wǎng)[51-52]等，網(wǎng)目孔徑?jīng)Q定了其捕捉不同尺寸微塑料的能力，因此導(dǎo)致采取的微塑料樣品產(chǎn)生質(zhì)量上的差異，研究表明，使用80 μm篩網(wǎng)采集到的微塑料數(shù)量相比于330 μm篩網(wǎng)多出3個數(shù)量級[51]. 拖網(wǎng)和篩網(wǎng)的尺寸一般取決于目標微塑料的粒徑大小，經(jīng)統(tǒng)計，最常用的篩網(wǎng)孔徑在300～335 μm范圍內(nèi)[50，62,68]. 抓斗則用于水體沉積物的取樣[53-54]，除此之外，可能還需使用起重機或船只等額外的設(shè)備[58].

2.2.1.2采樣時間

水體中微塑料的時空變動極不穩(wěn)定，因此采樣時間和地點的選取環(huán)節(jié)尤為重要. 作為驅(qū)動因素，風(fēng)(速度和方向)、降水和洋流等的季節(jié)性變動以及極端天氣(洪水)的發(fā)生對水體內(nèi)微塑料分布和豐度的變化發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[71-72]. 研究[73]表明，風(fēng)驅(qū)動產(chǎn)生的湍流會導(dǎo)致微塑料顆粒豐度發(fā)生縱向變化. 此外，與旱季相比，雨季的強降水作用會增強河流迅速遷移河道河床中微塑料污染的能力，進而導(dǎo)致河流向海排放的微塑料數(shù)量增加[45,74]. 已有研究[75]表明，微塑料豐度與高降雨量呈顯著正相關(guān)，在雨季后河流流量最大時監(jiān)測到的微塑料數(shù)量達到最高值. 因此在進行河流微塑料入海通量計算時，應(yīng)準備至少2個季節(jié)(旱季、雨季)的微塑料豐度數(shù)據(jù)，并進行長期監(jiān)測，以得到連續(xù)且精確的水文和微塑料數(shù)據(jù).

2.2.1.3采樣地點

河流不同地點的面積與寬度不同，可能導(dǎo)致各點的微塑料豐度值發(fā)生波動，因此以河流隨機地點采樣獲取到的微塑料豐度數(shù)據(jù)評估入海通量的研究方法不具備科學(xué)性和嚴謹性[50]. 例如，在河流流量和潮汐影響的復(fù)雜水文狀況下，河流從上游將微塑料輸送至潮流界，潮汐運動則將沿海地區(qū)的微塑料推移至此，在潮流界形成一個微塑料堆積區(qū)，若使用潮流界的微塑料豐度數(shù)據(jù)進行入海通量的估算，可能會導(dǎo)致結(jié)果的高估.

根據(jù)其他污染物入海通量的研究經(jīng)驗，估算河流入海微塑料通量的最佳地點是潮汐河口中發(fā)生潮位變化的上界，即河流的潮區(qū)界[63]，并且應(yīng)在潮區(qū)界的不同時空尺度下進行長期監(jiān)測，以準確評估河流向海洋的微塑料通量. 此外，也可根據(jù)不同變量對河流微塑料入海通量的影響來選取采樣點，例如，為探究水動力及人類活動對入海通量的影響，采樣點的選取還應(yīng)包括河流的集水區(qū)及人口密集區(qū)等河段.

2.2.2樣品預(yù)處理方法

微塑料體積微小，易于其他雜質(zhì)混淆，因此如何高速有效地將微塑料從采集的樣品中分離出來，以提高其辨識率，這一環(huán)節(jié)尤為重要. 現(xiàn)今研究中常見的是將樣品消解法、密度分離法、過濾、儀器鑒定法相結(jié)合的處理方式[76]. 為了最大限度地消除其他雜質(zhì)對試驗結(jié)果產(chǎn)生的誤差影響，以確保微塑料辨識度，通常選擇消解法進行預(yù)處理，其中使用的消解劑按其化學(xué)性質(zhì)主要分為酸性、堿性、氧化性和酶[10,76-80]. 不同消解劑的類型、試驗條件及消解效果等見表2，其中各類消解劑的作用效果各有差異，消解的程度與消解時長及所處溫度等條件有關(guān).

表2 常見的消解劑類型、試驗條件和消解結(jié)果

密度分離法的原理是利用較輕的微塑料與較重的雜質(zhì)之間的密度差實現(xiàn)二者的組分分離. 在操作過程中需要向樣品中加入浮選液進行連續(xù)多次的浮選和離心等操作，浮選液的選取將直接影響對微塑料組分的提取率，通常選用價廉易得的飽和NaCl溶液作為浮選液[77]，若僅考慮微塑料的提取率，密度更大的ZnCl2溶液對微塑料顆粒的提取率在95%以上[80].

2.2.3定量與定性分析方法

對于微塑料的前期判斷主要采用目測法，根據(jù)物體的顏色、形狀、硬度、透明度等特性進行判斷是否為微塑料. 通常情況下使用10 ～16倍鏡的光學(xué)顯微鏡及掃描電鏡對自然風(fēng)干后的濾膜進行觀察和拍照等工作，其中相對較大的微塑料需要換取小倍率[81-82]. 其次是對微塑料的組分鑒定，由于紅外光譜分析具有不破壞樣本和對比鑒定等優(yōu)點，因此通常采用傅里葉變換-紅外光譜分析法(FT-IR)對微塑料進行成分的鑒定，最后根據(jù)鑒定結(jié)果統(tǒng)計微塑料豐度. 目前對于微塑料個數(shù)的統(tǒng)計大多采用視覺計數(shù)法[81]，由于這一主觀操作極易將微塑料與其他雜質(zhì)混淆，從而產(chǎn)生試驗誤差，故此計數(shù)方法有待改進.

2.2.4評價方法

Hermsen等[83]提出了一種從海洋生物中提取微塑料研究的權(quán)重評判方法，該方法規(guī)定了分析程序各方面的最低質(zhì)量標準，如取樣、樣品處理、定量和定性分析方法的使用準則，并按照這一標準給每個步驟打分，為研究中使用的數(shù)據(jù)提供一個可靠性分數(shù). Koelmans等[84]將這種方法進行改進并應(yīng)用于淡水環(huán)境中微塑料研究的分析，嘗試建立微塑料分析步驟的評價體系，為量化微塑料豐度提供了評價標準. 目前微塑料入海通量源數(shù)據(jù)的統(tǒng)計方法存在諸多不確定性，且尚未建立標準化的研究和評價體系，可能直接導(dǎo)致最終的預(yù)測值與實際值偏差過大，因此亟需對采樣過程設(shè)計、采樣工具選取、定量分析及水文數(shù)據(jù)監(jiān)測等一系列基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的提取、處理及分析過程進行優(yōu)化和技術(shù)開發(fā).

3 結(jié)論與展望

微塑料污染如今已成為環(huán)境科學(xué)研究的熱點問題，目前有關(guān)微塑料的污染現(xiàn)狀、特征和來源等方面的研究逐漸趨于成熟，但河流微塑料入海通量的模型估算等定量研究僅處于起步階段，并且微塑料的樣品采集、處理及分析等過程仍存在諸多不確定性，建議在未來的工作中從以下幾個方面加以深究.

a) 建立標準化的河流微塑料監(jiān)測體系. 在有關(guān)河流微塑料的研究方法中，無論是監(jiān)測、采樣、樣品的處理，還是定量與定性分析均缺乏統(tǒng)一的標準，用以表示結(jié)果的單位也各有差異，從而難以進行數(shù)據(jù)的橫向?qū)Ρ?，如何建立一個標準化的研究體系，以快速高效地獲取精確的微塑料數(shù)據(jù)，是該研究領(lǐng)域的重點問題，這不僅是微塑料入海通量研究的重要基礎(chǔ)，也是推動當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)管理政策制定的強勁動力.

b) 將河流中微塑料遷移機制與水文及土地利用參數(shù)相耦合. 在土壤水力特性、當(dāng)時降水模式和河流水文條件的綜合影響下，不同流域的持水能力差異較大，土壤性質(zhì)不同則會影響河流微塑料的滯留作用，低流量和高滲透性的土壤類型有利于提高沉積物對微塑料的截留效率；而河流水動力是微塑料分布變化的主要驅(qū)動因素，在流體的動力作用下，微塑料顆?？赡馨l(fā)生聚集、懸浮或沉降等行為，流速與流速將決定這一遷移轉(zhuǎn)化過程的速率，對潮汐和流量等水文動力學(xué)的理解越深入、水文數(shù)據(jù)越可靠，就能越精確地計算出微塑料的入海通量. 因此基于水文與泥沙運輸模型對河流微塑料的遷移富集過程進行模擬，能更好地分析微塑料豐度的時空變化.

c) 注重河流微塑料的源匯過程研究. 世界各地河流的水文、形態(tài)和人為特征都差異較大，這使得利用小型河流的數(shù)據(jù)來估計大型河流的情況是不可靠的. 因此需要更多不同尺度河流微塑料源匯過程的研究，以評估河流中微塑料污染的現(xiàn)狀，尤其是河流集水區(qū)中微塑料遷移的通量和機制以及這些微粒自源頭入海的過程. 目前大多數(shù)基于模型的研究都可能高估了河流微塑料的入海通量，他們幾乎都忽略了河流系統(tǒng)中沉積物對微塑料的滯留作用. 為了更好地估計從河流到海洋的微塑料通量，需要對采樣點進行長期監(jiān)測.

d) 不斷開發(fā)與改進微塑料入海通量的計算方法，實現(xiàn)精確監(jiān)控與定性、定量模型相結(jié)合. 目前的模型多大為定性分析，用以定量分析微塑料的模型較少，并且有關(guān)陸源微塑料的定量數(shù)據(jù)不多，難以檢驗?zāi)Ｐ偷木_度，這是微塑料污染研究中最大的制約因素之一. 在有限的基于模型估算通量的研究中，具有普遍適用性的模型方法甚少，因此除了將監(jiān)測體系標準化以獲取精準的實測數(shù)據(jù)外，還需要對微塑料入海通量研究進行更深層次的探索，尤其是相關(guān)模型的不斷改進與測量技術(shù)開發(fā)，二者相輔相成才能實現(xiàn)對河流微塑料入海通量的精準預(yù)測與過程模擬，以更好地服務(wù)于我國海洋環(huán)境中微塑料污染的源頭管控和環(huán)境外交方面的政策實施.