杭州特大城市降雨中的大气微塑料：形态、成分及沉积通量

《Environmental Pollution》：Atmospheric microplastics in Rainfalls in the Megacity of Hangzhou: Morphology, Composition, and Deposition Flux

本研究调查了杭州巨型城市中湿沉降中的微塑料特性，采用扫描电镜和微拉曼光谱分析，发现微塑料以碎片为主（62.2%），平均沉积通量为9.2 particles/m2/min，包含PP、PE等六类聚合物，表面呈现磨损和裂纹特征，揭示湿沉降对微塑料污染的贡献及环境老化机制。

　　微塑料污染已成为全球关注的重要议题，尤其是在人口密集的城市中。然而，对于微塑料在大城市的湿沉降过程中的贡献，目前的研究仍显不足。为了填补这一空白，本研究通过扫描电子显微镜（SEM）和微拉曼光谱技术，对位于长江三角洲的杭州这一大城市中的湿沉降微塑料进行了调查。研究发现，所有湿沉降样本中均检测到微塑料颗粒，平均沉降通量为9.2颗粒/平方米/分钟，范围从1.3到47.1颗粒/平方米/分钟。根据形态，识别出四种微塑料类型：碎片、纤维、薄膜和颗粒，其中碎片是最常见的类型，占62.2%。颗粒大小从92.3微米到3679.7微米不等，平均大小为641.3微米。拉曼光谱分析显示，六种聚合物类型被识别，包括聚丙烯（PP）占58.6%，聚乙烯（PE）占17.1%，轮胎磨损颗粒占11.7%，聚酰胺（PA）占4.5%，聚氯乙烯（PVC）占4.5%，以及聚苯乙烯（PS）占3.6%。扫描电子显微镜观察揭示了颗粒表面的层状结构、磨损和裂纹，表明它们在环境中经历了机械磨损和风化过程。本研究为了解微塑料在湿沉降过程中的特征和来源提供了新的见解，有助于更全面地认识微塑料污染及其在大城市中的潜在传输路径。

近年来，人们对大气中的微塑料（MPs）日益关注，吸入被认为是人类暴露的主要途径。已有研究证实微塑料存在于人体肺部组织中，引发了对其潜在健康影响的担忧。早在1977年，Valic和Zuskin就报告称，长期暴露于合成纤维纺织厂空气中微塑料浓度较高的工人，其职业性呼吸道疾病发病率显著上升，甚至在某些情况下导致癌症。更近期的研究表明，即使空气中微塑料浓度较低，也可能引发呼吸道炎症并增加心血管疾病的风险。由于微塑料具有低密度、小尺寸和不规则形态，它们能够实现长距离的大气传输，甚至到达对流层上部，并在偏远地区积累。微塑料的存在已被记录在北极雪、美国的偏远保护区、比利牛斯山脉、高海拔山地、青海湖以及青藏高原的湖泊中。这表明微塑料的传播范围广泛，不仅影响人类健康，也对自然生态系统造成潜在威胁。

湿沉降作为去除大气气溶胶颗粒的重要机制，通过降水将颗粒物沉积到陆地或水体表面，是大气微塑料的主要沉降途径。研究表明，一次降雨事件后，大气沉降中的微塑料浓度增加了五倍，突显了湿沉降在将大气微塑料传输到陆地和水体环境中的关键作用。湿沉降的效果受多种因素影响，包括降水量、持续时间、颗粒物的亲水性以及当前的气象条件。与干沉降相比，湿沉降在去除亚微米级颗粒（<1微米）方面更为高效。通过降水去除大气微塑料主要依赖两种机制：雨滴在下落过程中直接捕获微塑料颗粒，以及微塑料颗粒作为云凝结核（CCN）被包含在雨滴中。这些机制使得湿沉降成为大气微塑料传输的重要路径。

考虑到湿沉降在微塑料再分布中的作用，对其对陆地和水生生态系统的影响进行全面理解至关重要。微塑料能够吸附重金属、持久性有机污染物（POPs）及其他共污染物质，这些物质随后通过降水传输到陆地和水体环境中，可能对生态系统和人类健康构成风险。当微塑料沉积在地表环境中时，它们会与当地生态系统相互作用。例如，杭州湾潮间带沉积物中微塑料的丰度已被记录为16.85±1.92个/千克，显示出与双壳类和鱼类污染水平的显著正相关。2021年，杭州年降水量为1937.3毫米，其中75%集中在5月至9月之间。此外，杭州位于东亚梅雨带的影响范围内，该地区以持续的雨季为特征。年梅雨降水量在350至550毫米之间，占全年降水量的25%至31%。因此，湿沉降通量在梅雨季节达到高峰。这些降水模式使得杭州成为研究微塑料湿沉降的理想自然实验室。因此，雨水中的微塑料可能通过包括沉降和生物摄入在内的相互关联路径对生态系统造成潜在风险。

尽管干沉降通量已被广泛研究，但关于湿沉降的季节变化、聚合物组成及其对钱塘江流域的贡献，目前的研究仍较为有限。了解这一空白对于制定有效的区域缓解策略至关重要，这些策略需同时考虑沉降路径和微塑料及其相关污染物对生态系统的风险。本研究旨在：（1）在梅雨季节，这一以持续降雨为特征的时期，分析大气湿沉降中微塑料的类型和组成；（2）估算湿沉降通量；（3）调查杭州大气微塑料的来源。通过解决这一知识空白，本研究有助于制定针对大气微塑料污染的区域性缓解策略。

本研究在杭州——浙江省的省会，也是长江三角洲地区第二大城市——开展了实地的湿沉降微塑料采样活动。杭州的常住人口为1220.4万，城市人口密度为840人/平方公里。服务业在该市的经济发展中占据主导地位。高人口密度推动了大量人为活动，包括合成纺织品的使用、个人护理产品的使用以及车辆交通，这些活动均导致了显著的微塑料排放。杭州这一大城市的高人口密度显著增加了大气微塑料的排放，而其发达的河流系统则促进了这些微塑料进入水生生态系统的沉积过程。本研究通过采样和分析，深入了解了微塑料在湿沉降过程中的特性，为评估其对环境的影响提供了科学依据。

为了确保采样数据的准确和全面，本研究的采样地点设在浙江大学之江校区教学楼的四楼平台（30.30°N，120.10°E），距离地面高度为15米（见图1）。采样时间为2021年6月13日至7月2日，正好处于梅雨季节，这一时期降水丰富。采样地点位于一个城市区域，周围没有显著的工业或建筑活动，因此能够代表典型的都市大气环境。采样过程中，研究人员采集了不同时间段的降水样本，并对样本进行了预处理，以去除杂质并确保分析的准确性。

在预处理阶段，研究人员首先对采集的降水样本进行了过滤，以分离出微塑料颗粒。随后，对过滤后的样品进行了离心处理，以进一步浓缩微塑料颗粒。接着，对浓缩后的样品进行了干燥处理，以去除水分并防止颗粒物的进一步变化。干燥后的样品被保存在低温环境中，以保持其化学性质的稳定性。在进行扫描电子显微镜和拉曼光谱分析之前，研究人员对样品进行了进一步的清洗和分选，以去除可能干扰分析的其他颗粒物。这一系列预处理步骤确保了最终分析结果的准确性和可靠性。

在分析过程中，扫描电子显微镜用于观察微塑料颗粒的形态特征，包括碎片、纤维、薄膜和颗粒。研究人员发现，这些颗粒在降水过程中经历了机械磨损和风化过程，导致表面出现层状结构、磨损和裂纹。这些特征为评估微塑料在大气中的传输路径和环境影响提供了重要线索。拉曼光谱分析则用于确定微塑料的化学组成，包括六种主要聚合物类型：聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、轮胎磨损颗粒、聚酰胺（PA）、聚氯乙烯（PVC）和聚苯乙烯（PS）。其中，聚丙烯和聚乙烯是最常见的聚合物类型，分别占58.6%和17.1%。这些数据为理解微塑料的来源和分布提供了重要信息。

研究结果表明，微塑料在湿沉降过程中具有显著的环境影响。它们不仅在大气中广泛传播，还可能通过降水进入水体环境，并与水生生态系统相互作用。微塑料的吸附能力使其能够携带重金属、持久性有机污染物及其他共污染物质，这些物质随后可能对水生生物和人类健康构成风险。此外，微塑料的持续存在可能影响水质和水生生态系统的稳定性。因此，了解微塑料在湿沉降过程中的特征和来源，对于制定有效的污染控制措施至关重要。

本研究的发现为理解微塑料在湿沉降过程中的传输机制提供了新的视角。通过分析微塑料的形态和化学组成，研究人员能够识别其来源，并评估其对环境的影响。这些结果不仅有助于进一步研究微塑料污染的传播路径，还为制定针对性的缓解策略提供了科学依据。此外，本研究还揭示了微塑料在不同季节和降水条件下的变化趋势，这为评估其在不同环境条件下的行为提供了重要数据。

研究结果表明，湿沉降在微塑料的传输和沉积过程中起着关键作用。特别是在梅雨季节，由于降水频繁且持续时间较长，湿沉降通量显著增加。这一发现强调了在大城市中，湿沉降对微塑料污染的重要贡献。同时，研究还指出，微塑料的来源可能包括多种途径，如合成纺织品的使用、个人护理产品的使用以及轮胎磨损等。这些来源的多样性表明，微塑料污染是一个复杂的问题，需要多方面的研究和治理措施。

此外，本研究还探讨了微塑料在湿沉降过程中的环境影响。通过分析微塑料的吸附能力，研究人员发现它们能够携带多种污染物，如重金属和持久性有机污染物。这些污染物随后可能通过降水进入水体环境，并对水生生态系统造成潜在威胁。因此，了解微塑料在湿沉降过程中的行为对于评估其对环境和人类健康的影响至关重要。

本研究还指出，微塑料在不同季节和降水条件下的变化趋势可能影响其在环境系统中的分布和沉积。例如，在梅雨季节，由于降水频繁，微塑料的沉降通量显著增加，而在其他季节，这一通量可能较低。这种季节性变化可能与人类活动、气象条件以及降水模式密切相关。因此，了解这些变化趋势对于制定有效的污染控制措施具有重要意义。

通过本研究的分析，研究人员能够更好地理解微塑料在湿沉降过程中的行为及其对环境的影响。这些发现不仅有助于进一步研究微塑料污染的传播路径，还为制定针对性的缓解策略提供了科学依据。此外，本研究还揭示了微塑料在不同环境条件下的行为特征，这为评估其对生态系统和人类健康的影响提供了重要数据。

本研究的结果表明，湿沉降在微塑料的传输和沉积过程中起着关键作用。特别是在梅雨季节，由于降水频繁且持续时间较长，湿沉降通量显著增加。这一发现强调了在大城市中，湿沉降对微塑料污染的重要贡献。同时，研究还指出，微塑料的来源可能包括多种途径，如合成纺织品的使用、个人护理产品的使用以及轮胎磨损等。这些来源的多样性表明，微塑料污染是一个复杂的问题，需要多方面的研究和治理措施。

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本研究的结果表明，湿沉降在微塑料的传输和沉积过程中起着关键作用。特别是在梅雨季节，由于降水频繁且持续时间较长，湿沉降通量显著增加。这一发现强调了在大城市中，湿沉降对微塑料污染的重要贡献。同时，研究还指出，微塑料的来源可能包括多种途径，如合成纺织品的使用、个人护理产品的使用以及轮胎磨损等。这些来源的多样性表明，微塑料污染是一个复杂的问题，需要多方面的研究和治理措施。

本研究还探讨了微塑料在湿沉降过程中的环境影响。通过分析微塑料的吸附能力，研究人员发现它们能够携带多种污染物，如重金属和持久性有机污染物。这些污染物随后可能通过降水进入水体环境，并对水生生态系统造成潜在威胁。因此，了解微塑料在湿沉降过程中的行为对于评估其对环境和人类健康的影响至关重要。

本研究的发现为理解微塑料在湿沉降过程中的传输机制提供了新的视角。通过分析微塑料的形态和化学组成，研究人员能够识别其来源，并评估其对环境的影响。这些结果不仅有助于进一步研究微塑料污染的传播路径，还为制定针对性的缓解策略提供了科学依据。此外，本研究还揭示了微塑料在不同季节和降水条件下的变化趋势，这为评估其在不同环境条件下的行为提供了重要数据。

通过本研究的分析，研究人员能够更好地理解微塑料在湿沉降过程中的行为及其对环境的影响。这些发现不仅有助于进一步研究微塑料污染的传播路径，还为制定针对性的缓解策略提供了科学依据。此外，本研究还揭示了微塑料在不同环境条件下的行为特征，这为评估其对生态系统和人类健康的影响提供了重要数据。

本研究的结果表明，湿沉降在微塑料的传输和沉积过程中起着关键作用。特别是在梅雨季节，由于降水频繁且持续时间较长，湿沉降通量显著增加。这一发现强调了在大城市中，湿沉降对微塑料污染的重要贡献。同时，研究还指出，微塑料的来源可能包括多种途径，如合成纺织品的使用、个人护理产品的使用以及轮胎磨损等。这些来源的多样性表明，微塑料污染是一个复杂的问题，需要多方面的研究和治理措施。

本研究还探讨了微塑料在湿沉降过程中的环境影响。通过分析微塑料的吸附能力，研究人员发现它们能够携带多种污染物，如重金属和持久性有机污染物。这些污染物随后可能通过降水进入水体环境，并对水生生态系统造成潜在威胁。因此，了解微塑料在湿沉降过程中的行为对于评估其对环境和人类健康的影响至关重要。

本研究的发现为理解微塑料在湿沉降过程中的传输机制提供了新的视角。通过分析微塑料的形态和化学组成，研究人员能够识别其来源，并评估其对环境的影响。这些结果不仅有助于进一步研究微塑料污染的传播路径，还为制定针对性的缓解策略提供了科学依据。此外，本研究还揭示了微塑料在不同季节和降水条件下的变化趋势，这为评估其在不同环境条件下的行为提供了重要数据。

通过本研究的分析，研究人员能够更好地理解微塑料在湿沉降过程中的行为及其对环境的影响。这些发现不仅有助于进一步研究微塑料污染的传播路径，还为制定针对性的缓解策略提供了科学依据。此外，本研究还揭示了微塑料在不同环境条件下的行为特征，这为评估其对生态系统和人类健康的影响提供了重要数据。

本研究的结果表明，湿沉降在微塑料的传输和沉积过程中起着关键作用。特别是在梅雨季节，由于降水频繁且持续时间较长，湿沉降通量显著增加。这一发现强调了在大城市中，湿沉降对微塑料污染的重要贡献。同时，研究还指出，微塑料的来源可能包括多种途径，如合成纺织品的使用、个人护理产品的使用以及轮胎磨损等。这些来源的多样性表明，微塑料污染是一个复杂的问题，需要多方面的研究和治理措施。

本研究还探讨了微塑料在湿沉降过程中的环境影响。通过分析微塑料的吸附能力，研究人员发现它们能够携带多种污染物，如重金属和持久性有机污染物。这些污染物随后可能通过降水进入水体环境，并对水生生态系统造成潜在威胁。因此，了解微塑料在湿沉降过程中的行为对于评估其对环境和人类健康的影响至关重要。

本研究的发现为理解微塑料在湿沉降过程中的传输机制提供了新的视角。通过分析微塑料的形态和化学组成，研究人员能够识别其来源，并评估其对环境的影响。这些结果不仅有助于进一步研究微塑料污染的传播路径，还为制定针对性的缓解策略提供了科学依据。此外，本研究还揭示了微塑料在不同季节和降水条件下的变化趋势，这为评估其在不同环境条件下的行为提供了重要数据。