东南亚高度城市化大型河流地表水中漂浮微塑料的潜在生态风险与特征研究

本文系统评估了孟加拉国贾穆纳河地表水微塑料（MPs）污染的季节分布、形态特征及聚合物组成，揭示了PE、PP、PVC等高危聚合物主导的污染现状。通过污染负荷指数（PLI）、聚合物危害指数（PHI）和潜在生态风险指数（PERI）等多模型评估，发现该河流处于“极端危险”生态风险等级（PERI>1200），为南亚河流MPs管控提供了关键基线数据与风险评估框架。

　　

1. 引言

微塑料（MPs）作为新兴污染物，在水生环境中广泛存在并对生态系统、野生动物及人类健康构成显著威胁。贾穆纳河作为孟加拉国最大的淡水生态系统之一，日益受到工业、生活及医疗废物来源的MPs污染。本研究针对东南亚高度城市化大型河流的特征，首次系统探究贾穆纳河地表水中MPs的丰度、分布特征、季节性变化及生态风险，填补了该区域MPs基线数据的空白。

2. 材料与方法

2.1. 采样区域与样品采集

研究在贾穆纳河沿岸30个站点进行季节性采样（雨季前3-4月与雨季7-8月），采集0-12 cm深度表层水样，通过63 μm不锈钢筛网过滤，保存于玻璃瓶中并转运至实验室。采样点基于污染负荷、土地利用特征及可达性布设，使用ArcGIS Pro进行空间定位。

2.2. 样品前处理与MPs提取

水样经H₂O₂消化后，采用密度浮选法（NaI溶液，1.5 g/mL）分离MPs，并通过0.45 μm硝酸纤维素滤膜过滤。所有操作均严格遵循质量控制流程，避免外源污染。

2.3. MPs鉴定与定量

使用体视显微镜（Zeiss Stemi 508）和光学显微镜（Labomed）对颗粒形态、颜色、尺寸进行分类统计，按形状（纤维、碎片、泡沫、颗粒、线状）和尺寸（100–1500 μm、1500–3000 μm、3000–5000 μm）分类记录。

2.4. 聚合物鉴定

通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）对代表性颗粒进行聚合物鉴定，匹配OMNIC谱库（匹配度≥75%），主要识别出聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。

2.5. 质量保证与控制

实验全程使用玻璃器皿，穿戴棉质实验服及丁腈手套，每10个样品设置空白对照，未检测到背景MPs污染。

2.6. 风险评价模型

采用污染负荷指数（PLI）、聚合物危害指数（PHI）和潜在生态风险指数（PERI）进行风险评估：

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  PLI = C_i/C₀（C₀取最低丰度值0.01 MPs/L）
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  PHI = Σ(P_n × S_n)（S_n为聚合物毒性得分，如PVC=10001）
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  PERI = Σ(T_i × C_i/C₀)（T_i为毒性系数）

2.7. 数据分析

数据以均值±标准差表示，采用Shapiro-Wilk正态性检验和Student’s t检验分析季节性差异，使用UPGMA聚类分析空间分布特征。

3. 结果与讨论

3.1. MPs赋存与丰度

共检出386个MPs颗粒，雨季前平均丰度0.07±0.04 MPs/L，雨季为0.06±0.03 MPs/L，无显著季节性差异（p>0.05）。与全球河流相比，贾穆纳河MPs丰度处于中等水平，低于西班牙埃布罗河、意大利兰布罗河，但高于澳大利亚西海岸及巴西近海区域。

3.2. MPs空间分布

高风险点位（Station 7、26）邻近医院、纺织厂、垃圾填埋场及船舶停泊区，聚类分析显示污染分布呈三簇聚集模式，反映人为活动对MPs空间格局的显著影响。雨季水文动力增强导致MPs向下游迁移，增加了源解析难度。

3.3. MPs形态特征

纤维（雨季前35.58%，雨季60.11%）和碎片（29.33% vs 17.42%）为主导形态，线状、泡沫及颗粒占比较低。纤维优势可能与纺织品洗涤废水及渔业活动输入密切相关。

3.4. 颜色特征

黑色（27.40%）、蓝色（22.60%）颗粒在雨季前主导，雨季则以黑色（27.53%）和透明色（18.54%）为主。颜色多样性反映多元污染来源，如农业地膜（黑色）、涂料碎片（蓝色）及降解产物（透明）。

3.5. 尺寸分布

100–1500 μm小颗粒占比最高（雨季前87.98%，雨季79.78%），表明大型塑料制品的环境破碎化进程持续，小尺寸MPs具有更高生物利用度与生态风险。

3.6. 聚合物鉴定

FTIR分析显示PE（31.60–37.24%）、PP（28.72–30.34%）、PET（18.43–23.23%）为主要聚合物，PS（6.71–10.81%）和PVC（5.64–7.28%）虽占比低但毒性显著。聚合物组成与全球塑料消费结构（PE>PP>PET）一致。

3.7. 聚合物来源解析

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  PE/PP主要来自渔具、包装材料及工业制品
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  PET源于饮料瓶及纺织品
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  PS来自食品容器及旅游垃圾
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  PVC源于管道、医疗设备及建材降解

3.8. 风险评估

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  PHI值：雨季前305.65（IV级危险），雨季208.0（IV级危险），PVC与PS的高毒性得分是主要驱动因子
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  PLI值：全部点位<10，属I级轻度污染
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  PERI值：雨季前2454.43，雨季1911.29，均属“极端危险”等级（>1200），凸显聚合物毒性对生态风险的放大效应

4. 结论

贾穆纳河MPs污染以纤维状小颗粒为主，PE、PP、PVC等高风险聚合物占比显著。尽管PLI显示轻度污染，但PHI与PERI揭示其生态风险处于极端水平。研究强调需优先管控PVC/PS等毒性聚合物来源，并建立长期监测体系以评估MPs经食物链传递对水生生物及人类的毒理学效应。本研究为南亚高城市化河流MPs治理提供了科学基准与风险范式。