淡水生態(tài)系統(tǒng)中微塑料污染的影響與治理研究進展

關鍵詞：微塑料；水生態(tài)系統(tǒng)；毒理學影響；去除技術

中圖分類號：TV21 文獻標識碼：A 文章編號：1001-9235（2024）12-0083-13

近幾十年來，隨著中國經(jīng)濟社會高速發(fā)展，水環(huán)境污染問題日益嚴峻，給可持續(xù)發(fā)展帶來不可忽視的影響。盡管各級政府在水污染防治工作中投入大量精力，中國主要流域水污染得到一定程度控制，但水污染整體形勢依然嚴峻。經(jīng)過近二三十年的努力，目前人們對一些常規(guī)污染物，如化學需氧量、生化需氧量、總氮、總磷等的水環(huán)境影響已經(jīng)有了比較深入的了解，也較早地將其納入水環(huán)境監(jiān)管體系，加大對其污染防治等方面的投入，水環(huán)境質(zhì)量得到有效改善，也有望能夠控制和解決由這些常規(guī)污染物所導致的水環(huán)境問題。然而，一些不易降解和代謝的新型污染物，如微塑料，也不斷進入環(huán)境并累積，成為新的重大隱患。微塑料作為新型污染物，廣泛存在于淡水與海洋生態(tài)系統(tǒng)中，其對生態(tài)環(huán)境的影響日益顯著。

相對于常規(guī)污染物，微塑料這類新型污染物被界定為由人類活動造成的、目前已明確存在、但尚無法律法規(guī)和標準予以規(guī)定或規(guī)定不完善、危害生活和生態(tài)環(huán)境的所有在生產(chǎn)建設或者其他活動中產(chǎn)生的污染物。微塑料主要來源于合成化學品、人類活動中無意排放的有毒有害物質(zhì)等，并且在人類活動頻繁、經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)濃度更高，在中國呈現(xiàn)東多西少，南多北少，河口大于海洋、海岸沉積物大于遠海沉積物的分布趨勢。Yan等［1］在珠江流域監(jiān)測微塑料濃度，其中廣州市區(qū)和珠三角地區(qū)微塑料豐度分別從8725、7850件/m3到53250、10950件/m3。

近年來，微塑料污染已成為全球環(huán)境界的熱點問題。早在1972年，Science就報道了新英格蘭南部近海水體中存在大量的聚苯乙烯微小球［2］，但“微塑料（microplastics，MPS）”一詞直到2004年在Science上由Thompson首次提出［3］。大量研究表明，微塑料廣泛存在于海洋及內(nèi)陸水環(huán)境中［4］。相比大塑料，微塑料在環(huán)境中殘留濃度更高，更易被生物攝入，并對生物體健康構(gòu)成潛在威脅［5］。微塑料已成為嚴重的全球污染問題，并且是聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP，2014年）確定的頂級環(huán)境挑戰(zhàn)之一［6］。小型顆粒合成聚合物污染的范圍預計將在未來幾年內(nèi)增加。例如，因為合成聚合物產(chǎn)品的需求持續(xù)增長，預計從2015—2025年，進入海洋環(huán)境的微塑料年輸入量將增加一個數(shù)量級（從大約1000萬t）［7］。中國在微塑料研究領域發(fā)展迅速，截至2020年7月19日，全球環(huán)境微塑料研究文獻（SCI論文）已達3254篇，其中中國學者貢獻了33.9%［8-10］，為生態(tài)環(huán)境科學和生態(tài)系統(tǒng)管理提供了大量的基礎數(shù)據(jù)和技術支撐。

水生態(tài)系統(tǒng)健康評價是監(jiān)測和診斷水體健康狀況、指導受損水生態(tài)修復和保護的重要手段［11］。評價應基于理化因子、生物多樣性和生態(tài)過程的良好狀態(tài)，遵循系統(tǒng)性、綜合性和動態(tài)性原則，通過科學指標體系全面評估。評價指標涵蓋水體理化指標、生物指標和景觀指標，以反映水生態(tài)系統(tǒng)的空間異質(zhì)性和景觀完整性［12］。中國學者傾向使用綜合性指標體系法，如層次分析法和模糊綜合評價方法，構(gòu)建集成水環(huán)境質(zhì)量、生物多樣性和景觀格局等關鍵因素的綜合評價體系，反映淡水生態(tài)環(huán)境的復雜性［13］。微塑料作為新興污染物，其持久性和廣泛分布對水生態(tài)系統(tǒng)健康構(gòu)成潛在威脅［14］。目前的研究集中于微塑料的水生態(tài)系統(tǒng)健康風險評估，常用的風險評估方法有污染負荷指數(shù)法（Pollution Load Index，PLI）［15］、聚合物風險指數(shù)法（H）［16］和潛在生態(tài)風險指數(shù)法（Potential Ecological Risk Index，PERI）［17］。但在水生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系中卻鮮有提及。

本文綜述微塑料的定義、分類和來源，微塑料在淡水生態(tài)系統(tǒng)中的分布及環(huán)境效應，對水生生物的毒理學影響，以及淡水生態(tài)系統(tǒng)中的微塑料去除技術等研究進展，旨在探討微塑料對淡水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的影響，為系統(tǒng)評估微塑料污染現(xiàn)狀和生態(tài)危害，保護和修復淡水生態(tài)環(huán)境提供管理對策依據(jù)，也為將微塑料指標納入河湖健康評價體系提供思路和參考。

1微塑料的定義和分類

合成聚合物的廣泛應用和生產(chǎn)已導致微塑料在環(huán)境中普遍存在。微塑料是指直徑小于5mm的塑料顆粒，這一定義由Masura等［18］于2015年提出。微塑料的來源主要包括2種類型：初級微塑料是指直接制造的小型塑料顆粒，而二級微塑料則是由更大塑料產(chǎn)品通過降解過程產(chǎn)生的碎片，此過程的定義同樣由Koehler等于2015年提出［19］。此外，納米塑料（Nanoplastics，NPs）也是微塑料污染的重要組成部分，其尺寸范圍在1～1000nm，表現(xiàn)出膠體特性。Gigault等［20］在2018年對納米塑料進行了相關定義［20］，但在學術文獻中，NPs的具體定義仍存在一定的差異。關于微塑料的分類、尺寸及其來源，相關研究已總結(jié)于表1。

2微塑料的分析方法

2.1采集方法

淡水生態(tài)系統(tǒng)中微塑料的相關研究表明，微塑料的采樣技術主要包括3種：直接挑選、大體積樣本和樣本濃縮方法［21］。直接挑選法更適用于尺寸較大、形態(tài)明顯的塑料顆粒，但在微塑料特征不明顯或與環(huán)境雜質(zhì)混合的情況下，這種方法的應用受限［22］。大體積樣本法則適用于那些難以通過肉眼辨認的微塑料顆粒，尤其是當它們被沉積物覆蓋或在環(huán)境中含量較低、需要通過預處理才能檢測到時。樣本濃縮法則在現(xiàn)場對采集的樣本執(zhí)行過濾和篩分等操作，以便于后續(xù)在實驗室進行更深入的分析。

在不同的環(huán)境樣本中，微塑料的采集方法也有所不同。沉積物樣本常采用不銹鋼勺、鏟子或箱式采樣器收集，具體工具的選擇取決于研究目的［21］。水體樣本的采集則通常使用表層拖網(wǎng)、中層網(wǎng)和底層拖網(wǎng)3種方式［23-24］。生物樣本的采集則進一步細分為浮游生物和大型生物的采樣。近年來，相關研究已報道過包括浮游生物、魚類和底棲動物在內(nèi)的多種生物樣本的微塑料采樣技術［25-27］。

在采樣的整個過程中，為了防止樣本受到外界塑料纖維的污染，必須采取一系列的預防措施，包括穿戴不含合成纖維的服裝、使用密封容器保存樣本以及避免樣本直接暴露在大氣中［24］。這些細致的操作對于確保樣本的代表性和研究結(jié)果的準確性十分重要?？傊?，淡水生態(tài)系統(tǒng)中微塑料的采樣技術主要包括直接挑選、大體積樣本和樣本濃縮3種方法，且根據(jù)不同環(huán)境樣本特性和微塑料特征，各類采樣方法和預防污染措施應靈活選擇，以確保樣本的代表性和研究結(jié)果的準確性。

2.2樣品預處理

目視檢查法是一種基本的微塑料識別與樣品預處理技術，通過人工觀察樣品中的顆粒進行鑒別。盡管該方法適用于初步篩選和快速評估，但其準確性依賴于操作者的經(jīng)驗和微塑料的特征（如顏色和形狀），容易導致誤差。因此，目視檢查法通常被視為輔助工具，常與其他檢測方法結(jié)合使用以增強識別的準確性和可靠性。

考慮到微塑料顆粒的微小尺寸，傳統(tǒng)的目視檢查法在應用中存在一定限制，促使研究者們逐漸傾向于采用大樣本法和濃縮樣本法，以更有效地分離和識別微塑料組分。這一過程是樣品預處理的關鍵步驟。目前，國內(nèi)外的相關研究主要集中于以下幾種樣品預處理方法。

a）目視檢查法雖然設備簡單，但準確度受限，易受操作者視覺差異和微塑料特征的影響。為提高準確性，可使用尼羅紅等親脂性染料輔助識別，并注意排除生物有機組分。鑒于誤差率較高，目視檢查法應作為輔助工具而非獨立鑒別方法［28］。

b）密度分離法通過沉積物樣品與微塑料的密度差異實現(xiàn)分離［21］，通常使用飽和鹽水溶液。該方法利用微塑料較低的密度特性，通過優(yōu)化裝置和浮選液提高分離效率。例如，使用ZnCl2溶液和多次連續(xù)浮選可顯著提升回收率［29-30］。

c）篩分法和過濾法通過物理尺寸排除來截留微塑料，適用于不同粒徑的顆粒分離［31］。篩分通常使用金屬篩網(wǎng)，而過濾則采用孔徑更小的濾膜［32］。為提高分離效率，可采用減壓過濾和特定溶劑洗脫［33］。

預處理環(huán)境樣品時，酸性消解、堿性消解或酶消解能有效去除生物基質(zhì)干擾。選擇合適的消解方法和控制條件參數(shù)對確保微塑料分析的準確性至關重要［34-36］。例如，蛋白酶K可在不破壞微塑料的情況下消解浮游生物樣品［37］。這些預處理技術為微塑料的有效分析提供了重要的前期準備。以上微塑料樣品的預處理技術（包括目視檢查、密度分離、篩分過濾和消解法）是微塑料分析的關鍵步驟，需根據(jù)顆粒特性和樣品基質(zhì)靈活選擇，以確保準確、可靠地識別和分離。

2.3微塑料定性定量分析

環(huán)境樣品中微塑料定性分析方法主要是基于數(shù)量定量的目視觀測法、顯微鏡觀測法熒光顯微鏡觀測法、光譜法。對于微塑料的定性分析，主要發(fā)展方向是深化微塑料的成分分析技術。操作較簡易的視覺觀察法適用于識別大尺寸塑料顆粒，通過顏色、形狀和硬度等物理特性進行分類，并可利用光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）和掃描探針顯微鏡輔助識別。SEM能提供高倍清晰圖像，區(qū)分微塑料與有機顆粒，但其評估過程耗時且無法自動化，可能遺漏顆粒，因此需要預篩選樣本，限制了物種類型的識別［38-39］。原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope，AFM）通過探針與顆粒間的力相互作用，量化微塑料的機械性能，如剛度和彈性，對理解其環(huán)境行為至關重要［39］。光譜法包括傅里葉變換紅外（Fourier Transform Infrared，F(xiàn)TIR）光譜和拉曼光譜（Ramanspectrum）。FTIR通過化學鍵分析微塑料組成，操作簡便但可能耗時，而Raman spectrum具有高空間分辨率，不受水和二氧化碳干擾，但可能受熒光影響［39］。核磁共振（Hydrogen Naclear Magnetic Resonance，HNMR）分析有助于識別和定量塑料降解產(chǎn)物，提供降解產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)信息［40-41］。

熱分析法是定量分析環(huán)境樣品中微塑料質(zhì)量濃度的常用方法，不需要對樣品進行復雜的預處理，可直接進樣分析，包括熱重差示掃描量熱法（TGA-DSC）、裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（Pyr-GCMS）、熱萃取解吸氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（TED-GCMS）等。TGA-DSC結(jié)合了熱重法（Thermogravimetric Analysis，TGA）和差示掃描量熱法（Differential Scanning Calerimetry，DSC）2種方法的不同優(yōu)點［42］。熱重法提供了微塑料熱穩(wěn)定性和分解溫度的信息，有助于其識別和環(huán)境影響理解［40］。DSC則用于了解相變的焓、熱容和溫度等熱力學性質(zhì)。裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（Pyr-GC-MS）是聚合物表征的重要技術，微塑料在惰性氣氛下被熱分解，形成的氣體在色譜柱上進行分離，再利用質(zhì)譜鑒定［43］，但該方法不適用于含有雜質(zhì)的大量樣本檢測?；诖耍袑W者利用TED-GC-MS，結(jié)合TGA和固相萃取法，對微塑料降解產(chǎn)物進行熱降解（100～600℃），在GC-MS中進行熱解析分析［44］。

環(huán)境樣品中微塑料的定性分析主要采用數(shù)量定量的目視觀測法、顯微鏡觀測法、光譜法等。視覺觀察法適合識別大顆粒，通過顏色和形狀進行分類；顯微鏡（如SEM）可提供高分辨率圖像，但耗時且需預篩選。光譜法（如FTIR和拉曼光譜）用于分析微塑料成分，F(xiàn)TIR操作簡單但耗時，拉曼光譜空間分辨率高。熱分析法（如TGA-DSC、Pyr-GC-MS）用于定量分析微塑料質(zhì)量濃度，TGA提供熱穩(wěn)定性信息，而Pyr-GC-MS則適合聚合物表征，但不適用于含雜質(zhì)的大量樣本。綜合運用這些技術可以更有效地識別和定量分析微塑料，選擇時需考慮研究目標和樣本特性。微塑料定性分析方法涵蓋目視觀測、顯微鏡觀察、光譜法和熱分析技術，各方法在操作便捷性、分辨率、耗時性和適用樣本等方面各有特點，需根據(jù)研究目標與樣本特性合理選擇并結(jié)合使用，以提高微塑料的識別和定量分析的準確性與效率。表2為中國微塑料主要的分析鑒別方法。

3淡水生態(tài)系統(tǒng)的微塑料的分布與遷移模式

淡水生態(tài)系統(tǒng)中的微塑料分布與遷移模式受到多種因素的影響。微塑料的來源包括城市排水、農(nóng)業(yè)徑流及塑料降解等，遷移模式則與水流速度、溫度、顆粒大小及密度等自然因素有關。研究表明，微塑料可以通過沉降、漂浮和生物遷移等方式在水體中分布，最終影響水生生物和生態(tài)系統(tǒng)的健康。全球范圍內(nèi)，淡水生態(tài)系統(tǒng)中的微塑料已被廣泛確認存在［45-47］。研究顯示，水體表面、水柱及沉積物中MPs的濃度和分布受多種因素影響，包括地理位置、風、水流和流速等［48］。例如，城市地區(qū)的淡水源通常比農(nóng)村地區(qū)的MPs濃度更高。流速的變化也顯著影響MPs的發(fā)生與移動。在英格蘭伯明翰的塔姆河中，MPs的豐度與流速相關，流速較低的區(qū)域（如河流中的湖泊）常表現(xiàn)出更高的顆粒濃度［47］。洪水事件加速了MPs的運輸［46］，導致河流系統(tǒng)中的微塑料沖刷增多［47］。一般而言，湖泊和流速較低的區(qū)域往往是MPs的沉積匯，而河流和小溪則充當其輸送系統(tǒng)［49-51］。因此，MPs的加載過程與其他污染物類似［49-50］，湖泊和河流還可成為二次微塑料的主要來源［48］，這主要是由于脆性塑料垃圾在水流和波浪的作用下破碎，形成新顆粒［48，50，52］。

在中國，淡水環(huán)境中的微塑料污染問題廣泛存在，研究主要集中在長江、珠江及東南沿海的河流［53-55］。特別是長江流域，三峽庫區(qū)和城市區(qū)域的微塑料污染較為嚴重，水體和沉積物中的豐度均較高［55-56］。珠江流域的污染相對較輕，但在雨季時污染程度明顯增加。而即使在西部地區(qū)，如青海湖和色林錯流域，微塑料污染問題也不可忽視［57-58］。

微塑料的粒徑主要集中在微米級，以纖維狀為主，常見類型包括聚乙烯聚丙烯，這些與人類的生活和工業(yè)活動密切相關［27］。此外，微塑料的時空分布受動物行為、季節(jié)變化和水動力條件等因素影響［59］，淡水生物能夠攝入微塑料并在食物鏈中傳播。例如，河蜆體內(nèi)的微塑料濃度較高，可作為污染狀況的指示生物［60］。

目前，中國對淡水微塑料污染的研究主要集中在中東部地區(qū)，而淮河、黃河、松花江等水系及太湖等漁業(yè)水域的相關研究相對較少，仍需加強監(jiān)測和研究工作。

淡水生態(tài)系統(tǒng)中微塑料的分布和遷移受多種自然和人為因素影響，不同水體類型和區(qū)域的微塑料污染程度差異顯著，亟須針對各區(qū)域的特性加強監(jiān)測與研究，以全面評估其對生態(tài)系統(tǒng)的潛在威脅。

淡水生態(tài)系統(tǒng)與海洋生態(tài)系統(tǒng)在微塑料污染方面存在顯著差異，這些差異體現(xiàn)在微塑料的來源、分布特征、生態(tài)影響及研究重點等方面。在微塑料的來源方面，淡水生態(tài)系統(tǒng)中的微塑料主要來源于陸地活動，如城市徑流、農(nóng)業(yè)污染以及污水處理廠的排放。而海洋生態(tài)系統(tǒng)中的微塑料則主要受到海上活動的影響，包括船只丟棄的塑料垃圾和水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中廢棄的漂浮裝置［61］。在分布特征上，淡水環(huán)境中的微塑料分布受水文條件、季節(jié)變化和人類活動的顯著影響，導致不同區(qū)域和水體類型的污染水平差異較大［62］。相比之下，海洋環(huán)境中的微塑料污染分布更加廣泛，幾乎覆蓋了從表層海水到深層沉積物的所有海域［63］。此外，淡水系統(tǒng)中的微塑料顆粒通常較小，主要由聚乙烯構(gòu)成，而海洋系統(tǒng)中的微塑料則以聚丙烯和聚苯乙烯為主［64］。在生態(tài)影響方面，淡水生態(tài)系統(tǒng)中的微塑料不僅對水生生物產(chǎn)生直接的物理和化學毒性，還可能通過吸附微生物形成“塑料圈”，改變微生物群落結(jié)構(gòu)。相比之下，海洋生態(tài)系統(tǒng)中的微塑料會對生物造成消化系統(tǒng)堵塞、營養(yǎng)吸收受阻以及生殖健康受損等問題。此外，海洋中的微塑料還可能作為病原體和抗生素耐藥基因的載體，進一步威脅海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康［65］。在研究重點方面，目前關于淡水微塑料的研究相對較少，主要集中在污染源和毒性效應上。而海洋微塑料的研究則相對更為深入，涵蓋了微塑料的來源、降解過程、遷移途徑及其生態(tài)效應等多個方面［66］。

總體而言，淡水和海洋生態(tài)系統(tǒng)在微塑料污染研究中各有側(cè)重，但兩者均面臨微塑料污染帶來的嚴峻挑戰(zhàn)。未來的研究應進一步探討淡水與海洋生態(tài)系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系及其影響機制，以制定更有效的防治策略。

4微塑料對水生生物的毒性效應

微塑料的毒性源于原始化學添加劑、污染物和微生物的吸附和運輸，并釋放到生活和環(huán)境中［67］。水生生物通過吸附、攝入、聚集在體表及不同器官中受到微塑料的毒性影響［68］。在現(xiàn)實微塑料濃度較低的環(huán)境中，微塑料可能對水生生物造成不利影響，如阻塞消化道、免疫反應，造成水生生物死亡率升高、生殖力下降等，但仍存在爭議，主要是因為被攝入的微塑料會在較短時間內(nèi)隨糞便一起排出生物體［62］。微塑料毒性與其理化性質(zhì)和污染物有關，但現(xiàn)有毒性研究普遍忽視并使用高于環(huán)境水平的濃度［61，69］。相關研究表明，長期暴露于高濃度的MPs環(huán)境中將會對水生動物造成物理損傷、行為改變、組織損傷、氧化應激和免疫反應方面的影響。Zhang等［64］［70］將鳙魚、雜交黑魚（Channa maculata×Channa argus）和印度鯪（Cirhinus mrigala）3種不同攝食類型的魚類胚胎暴露于含有不同微塑料濃度梯度的水體中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)暴露8h后各組雜交黑魚胚胎存活率無顯著性差異，但48h時鳙魚成活率急劇下降，鳙魚腸道內(nèi)微塑料積累顯著，且檢測PS熒光強度隨著暴露時間的延長而增強，不過一旦放入清水中，鳙魚體內(nèi)的PS能較快地被去除。除個體影響外，微塑料還會改變沉積物環(huán)境、影響細菌群落、降低生物繁殖率等，進而影響整個淡水生態(tài)系統(tǒng)［27］。生態(tài)系統(tǒng)影響更能反映微塑料真實危害，這對相關政策制定具有重要參考價值。微塑料的毒性源于其攜帶的化學添加劑、污染物和微生物對水生生物及生態(tài)系統(tǒng)的負面影響，包括物理損傷、免疫反應和行為改變，雖然低濃度下的影響仍存在爭議，但長期暴露可導致顯著的生態(tài)風險，需進一步研究。

近年來，微塑料毒性效應的相關研究主要集中在水生生物的具體毒性效應類型以及這些效應的機理［63-65，71-73］。研究主要包含以下方面：①影響基因表達、抑制酶活性、導致代謝紊亂等分子水平影響；②引起器官組織病變、炎癥反應及神經(jīng)毒性等器官水平影響；③微塑料的多重載體作用。由于小粒徑和大比表面積，微塑料能吸附多種有毒物質(zhì)如重金屬等，加劇對生物體的危害，產(chǎn)生聯(lián)合毒性效應，這是近年來國內(nèi)外研究重點關注領域；④微塑料能在生物體內(nèi)遷移和累積，如在水生生物鰓、腸、肝、腦、肌肉等部位富集，加重毒性影響；⑤通過食物鏈傳遞，微塑料及其攜帶污染物會對不同營養(yǎng)級淡水生物如藻類、節(jié)肢動物和魚類產(chǎn)生毒理效應；⑥微塑料還可能引起生物生長發(fā)育毒性、神經(jīng)代謝紊亂、行為改變、脂代謝異常等復雜生態(tài)毒理學影響；⑦微塑料可能會影響相關微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性，構(gòu)成特殊的微生物生境，并可能傳播特定致病菌株。微塑料毒性效應研究揭示了其對水生生物的多層面影響，包括分子和器官水平的損害、載體效應、生物累積、食物鏈傳遞、復雜生態(tài)毒理學影響以及微生物生態(tài)擾動，凸顯了微塑料污染的廣泛性和潛在危害的深遠性。

微塑料的毒性主要來源于其攜帶的化學添加劑、污染物和微生物，對水生生物造成多層次影響，包括阻塞消化道、免疫反應和生殖力下降。長期暴露于高濃度微塑料環(huán)境中可導致物理損傷、行為改變和組織損傷。研究顯示，微塑料的毒性與其物理化學特性相關，但常使用的實驗濃度高于環(huán)境水平，影響結(jié)果的真實性。微塑料在水生生物體內(nèi)富集，并可通過食物鏈傳遞影響生態(tài)系統(tǒng)，導致生長發(fā)育異常和微生物群落結(jié)構(gòu)變化。因此，微塑料的毒性研究需要多學科綜合，以全面評估其生態(tài)風險。

鑒于微塑料對水生態(tài)系統(tǒng)健康的潛在威脅，研究者們逐漸意識到其對水生生物的潛在毒性影響，包括生長抑制和生殖問題。微塑料對中國水生態(tài)系統(tǒng)健康評估具有現(xiàn)實的意義。近年來，微塑料與水生態(tài)健康評價的研究進展主要是：①監(jiān)測和評估方法也在不斷改進［74］；②生物標志物和生態(tài)模型的應用［75-76］，使得微塑料的生態(tài)影響評估更加科學和系統(tǒng)；③風險評估框架的建立為理解微塑料對淡水生態(tài)系統(tǒng)健康的威脅提供了基礎［77-78］，為環(huán)境管理和政策制定提供科學支撐。此外，中國的微塑料污染來源主要包括城市廢水、工業(yè)排放和農(nóng)業(yè)流失，其分布特點呈現(xiàn)出區(qū)域性和時間性變化。通過流域性的綜合生態(tài)健康指標的開發(fā)，能夠更全面地評估微塑料對水體生物多樣性和生態(tài)功能的影響。這不僅有助于提升對微塑料影響的認知，也為制定有效的治理策略提供了依據(jù)，從而促進中國河湖的生態(tài)修復與可持續(xù)發(fā)展。

5淡水生態(tài)系統(tǒng)中微塑料的削減

水環(huán)境中微塑料削減技術可分為3個領域：物理、化學和生物技術。

物理技術是去除微塑料的主要方法之一，包括吸附、膜過濾和沉降等技術，通過物理作用力實現(xiàn)微塑料分離，不涉及化學反應。吸附方法利用新型吸附劑如磁性聚氧金屬酸鹽支持的離子液體相復合材料（Composite Materials）和磁性碳納米管（Carbon Nano-tube），能高效去除水和廢水中的商業(yè)微塑料［79］。膜過濾方法如圓盤過濾器和基于金屬-有機框架（Metal-organic Framework，MOF）的泡沫材料，能有效攔截處理過的廢水和海水中大部分微塑料顆粒［80-81］。在廢水處理廠，初級沉淀過程的微塑料去除效率為40.7%～91.7%。此外，快速砂濾、溶氣浮選、圓盤過濾和超濾等物理方法也用于微塑料去除［82］。吸附法成本較低，但吸附劑不可回收；膜過濾和反滲透需高能耗和維護成本。盡管物理技術在實驗室規(guī)模上去除效率較高，但在實際廢水處理中，特別是對較大微塑料顆粒，去除效率往往較低［83］。因此，需開發(fā)更高效且經(jīng)濟的修復技術，以解決土壤和近海環(huán)境中的微塑料污染問題。物理技術如吸附、膜過濾和沉降在去除水中微塑料方面具有較高效率，但在實際應用中受限于高能耗和較低的去除效率，仍需開發(fā)更經(jīng)濟高效的解決方案來應對微塑料污染。

去除微塑料的化學技術，包括凝聚和絮凝過程、氯化、聚合和光催化降解等方法［84-86］。這些技術通過使用不同的化學制劑，如鐵基和鋁基鹽，改變微塑料的表面特性，增強其在水處理過程中的可沉降性或吸附性。例如，使用硫酸鐵和聚鋁氯化物作為凝聚劑可以有效去除聚苯乙烯微塑料，而氯化處理對聚酯和聚丙烯微塑料的去除效率則較低。此外，光催化降解利用半導體材料如二氧化鈦在光照下產(chǎn)生活性氧物種，能夠促進微塑料的化學分解［87］。盡管這些化學技術在實驗室條件下顯示出較高的去除效率，但在廢水處理廠中的實際應用中，去除效率可能會因微塑料的大小、類型和水處理條件的不同而有很大差異［88］。此外，這些技術可能會引入額外的化學品，對環(huán)境造成潛在的二次污染，并且需要設計高效的催化劑以降低處理成本并實現(xiàn)可持續(xù)性。上述研究表明去除微塑料的化學技術如凝聚、絮凝和光催化降解等在實驗室顯示出高效性，但其實際應用中仍面臨去除效率差異大、可能引入二次污染等挑戰(zhàn)，需優(yōu)化催化劑和處理條件以實現(xiàn)更可持續(xù)的應用。

生物方法去除微塑料的技術主要依賴于微生物的生物降解作用［89-90］。研究表明，某些細菌菌株，如從粉蟲腸道中分離出的Exiguobacterium sp.和Ideonella sakaiensis，能夠分解聚苯乙烯和聚對苯二甲酸乙二醇酯等塑料［91-92］。此外，還有研究觀察到，紅海巨蛤等海洋生物能夠通過主動攝取或被動吸附的方式去除微塑料［93］。生物過濾器也在微塑料去除中顯示出潛力。盡管如此，生物方法在去除效率上通常較低，且依賴于特定微生物種類和處理條件［94］。然而，這種方法具有操作成本低、適用于大規(guī)模應用以及對廣泛污染物具有靈活性等明顯優(yōu)勢。面臨的問題包括識別和分離適合的微生物以用于微塑料去除，以及追蹤生物降解過程的次生產(chǎn)物。朱會會等［95］認為未來的研究需要集中于優(yōu)化生物降解條件，提高微生物的降解效率，并評估生物降解微塑料的長期環(huán)境影響。根據(jù)上述研究進展，未來的研究應集中于探索更多具有降解能力的微生物，優(yōu)化影響其降解效率的環(huán)境條件，如溫度和營養(yǎng)物質(zhì)的供應，以及監(jiān)測生物降解過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，以評估其對環(huán)境的潛在影響。此外，還需關注如何將實驗室研究成果有效應用于實際環(huán)境中，提升微塑料生物去除技術的有效性和可持續(xù)性。

除了相關技術，也需從管理層面重視和加強微環(huán)境中微塑料的管理。國際社會對流域塑料污染的關注已從單純的科學研究層面，逐步向?qū)嵸|(zhì)性的污染管控和全球治理延伸。2019年《巴塞爾公約》附件修訂首次在國際法層面專門針對塑料垃圾進行管控［9］。聯(lián)合國及發(fā)達國家和地區(qū)通過決議，推動就應對塑料污染制定具有法律約束力的國際協(xié)定，體現(xiàn)了全球合作共識。雖然全球管控措施仍在發(fā)展，但部分國家和地區(qū)已采取行動，初步形成多層次應對策略。2022年聯(lián)合國環(huán)境大會更通過制定相關國際文書的歷史性決議《結(jié)束塑料污染：爭取制定一個具有法律約束力的國際文書》，體現(xiàn)了世界對塑料污染問題的重視程度逐漸遞增，塑料污染問題已超越單一的環(huán)境問題，演變?yōu)榄h(huán)境、經(jīng)濟和政治問題交織的復雜局面。中國也出臺了《新污染物治理行動方案》，明確指出需加強微塑料等新污染物多環(huán)境介質(zhì)協(xié)同治理，加強微塑料等新污染物的生態(tài)環(huán)境危害機理研究［10］。這也展現(xiàn)了中國在應對這一復雜環(huán)境問題的高度重視與行動力。

6結(jié)論與展望

微塑料作為一種新型污染物，受到國內(nèi)外學者和公眾的廣泛關注。本文按照微塑料類型、尺寸及其來源綜述了微塑料的定義、分類、來源及其在水環(huán)境中的分布與遷移模式；總結(jié)了環(huán)境微塑料的采集、處理及定性定量分析方法；探討了微塑料對水生生物的毒性效應，即通過在其表面吸附有毒化學物質(zhì)和微生物，影響水生生物的生長和繁殖，甚至影響食物鏈和水生態(tài)系統(tǒng)的健康；綜述了吸附、膜過濾和沉降等物理技術，凝聚和絮凝過程、氯化、聚合和光催化降解等化學方法，微生物降解等生物方法的應用現(xiàn)狀。本文旨在為微塑料指標納入河湖健康評價體系提供思路和參考，為保護和修復河湖生態(tài)環(huán)境提供管理對策依據(jù)。

然而，微塑料污染的研究和治理工作，尤其是在現(xiàn)實環(huán)境條件下和微塑料的實際濃度水平上，還面臨著許多科學、技術和管理層面的難題，這些難題迫切需要進一步探索和解決。

總體而言，淡水生態(tài)系統(tǒng)面臨微塑料污染帶來的嚴峻挑戰(zhàn)。未來的研究應進一步探討不同的水生態(tài)系統(tǒng)間的相互聯(lián)系及其影響機制，以制定更有效的防治策略。因此，未來需要加強以下幾個方面的研究。

a）定量分析標準化方法的研究。當前關于微塑料的采樣、提取、純化、鑒定和量化的研究方法存在不一致性，不同研究間的單位也差異較大。因此，迫切需要開發(fā)標準化的方法和協(xié)議，統(tǒng)一度量單位，以便更準確地評估不同環(huán)境介質(zhì)中微塑料的普遍性，并使結(jié)果具有可比性。

b）現(xiàn)實環(huán)境微塑料的毒性研究。目前對環(huán)境微塑料對微生物、動物和人類健康影響的研究相對有限。大多數(shù)實驗室研究基于新制備的商業(yè)微塑料和模型細胞，而實際環(huán)境中的微塑料會經(jīng)歷復雜的風化過程，轉(zhuǎn)化為未知的中間體，可能被大分子包裹、被微生物定植或吸附其他化學物質(zhì)。這些變化及其與微生物和其他污染物的共存，對微塑料的毒性有顯著影響，這一領域需要更深入的研究。

c）破除廢水處理技術中微塑料處理的局限性。目前對微塑料的去除主要集中在廢水處理過程中，包括初級處理（如沉降和過濾）、二級處理（如生物濾器和生物反應器）和三級處理（如超濾、納濾、反滲透）。這些過程通常對微塑料的去除效果不佳。因此，需要開發(fā)成本效益高且高效的修復技術，這些技術應具有大規(guī)模應用的潛力，如應用于近海海洋系統(tǒng)。

d）挖掘光催化和生物降解技術的潛力。結(jié)合光催化和微生物生物降解的方法被認為是去除水體、土壤和沉積物中微塑料的有前景的策略。未來的研究需要進一步探索這些技術，以提高微塑料的去除效率。

e）加強相關政策和法規(guī)的制定研究。目前大量的研究探討了微塑料的來源和生態(tài)影響，但對其在不同淡水生態(tài)系統(tǒng)中的比較研究仍顯不足。此外，現(xiàn)有的治理策略多集中于單一水體，缺乏跨流域的綜合管理。鑒于微塑料污染的空間尺度分異問題，需要區(qū)域合作來綜合管理及制定有效的政策和法規(guī)，以減少微塑料的排放并促進其治理技術的發(fā)展。

盡管微塑料在水生態(tài)系統(tǒng)中的分布、來源及生態(tài)效應已得到了廣泛關注，當前的研究仍存在顯著不足。首先，已有研究主要集中于海洋環(huán)境，內(nèi)陸淡水生態(tài)系統(tǒng)中微塑料污染的相關研究相對匱乏［96］。其次，微塑料與化學污染物之間的相互作用尚未得到充分研究，尤其是其作為其他污染物載體的潛在風險。此外，現(xiàn)有研究多采用實驗室條件下的暴露試驗，這些試驗所用的微塑料濃度通常遠高于環(huán)境中的實際水平，缺乏足夠的環(huán)境相關性，影響了研究結(jié)論的外推性和應用價值。例如，Martin等［97］的研究指出，微塑料能夠吸附各種環(huán)境污染物，如抗生素、全氟烷基化合物等，這增加了它們的毒性，但當前的實驗條件缺乏與實際環(huán)境相符的標準化程序。另有研究表明，微塑料與有機污染物的共暴露效應存在不確定性，可能會通過協(xié)同或拮抗作用影響生物毒性，但實驗室實驗的微塑料濃度往往較高，無法準確反映環(huán)境中的實際情況［98］。此外，Gao等［99］總結(jié)了微塑料與典型污染物在生物體內(nèi)的相互作用，并指出不同暴露場景和微塑料特性對其影響較大，當前研究仍存在顯著的知識空白。最后，對于微塑料在不同水域環(huán)境中的遷移和賦存特征，以及其生態(tài)毒性方面的研究仍較為有限［100］。

針對上述不足，未來研究應從以下幾個方面進行改進：①強化內(nèi)陸淡水環(huán)境中微塑料污染的研究，特別是對不同水域中微塑料的遷移和賦存特征進行深入探究；②擴大對微塑料與化學污染物相互作用的研究，特別是微塑料作為污染物載體的潛在環(huán)境風險；③開展基于環(huán)境相關濃度的微塑料暴露試驗，以提高研究結(jié)果的環(huán)境相關性和可靠性；④加強微塑料生態(tài)毒性的研究，特別是對其對水生生物生長、繁殖和健康影響的探索；⑤推動建立標準化的微塑料監(jiān)測方法和協(xié)議，以提高不同研究間數(shù)據(jù)的可比性和一致性。

綜上所述，微塑料污染的治理是一個多方面的問題，需要跨學科的研究努力、技術創(chuàng)新和政策支持，以實現(xiàn)環(huán)境保護和人類健康的目標。