通过土地利用解码微塑料风险：热带流域的多指标与空间分析

《Regional Studies in Marine Science》：Decoding Microplastic Risks Through Land Use: A Multi-Index and Spatial Analysis in a Tropical Watershed

微塑料污染在热带小流域河流中的分布特征及生态风险研究，基于印尼Gembong河流域26个采样点的干季调查，发现沉积物微塑料浓度（406 particle/100g）显著高于水体（141 particle/L），呈现从上游农业区到下游城市区递增趋势。纤维占水体微塑料的40%，碎片占沉积物36%，主要成分为聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC），透明性与100-500μm颗粒最常见。通过红 apart анализ（RDA）揭示居住用地与微塑料形态、透明度及尺寸存在强关联，并运用PHI、PLI、PERI指数评估生态风险，显示下游沉积物风险达“显著至极高”级别。

　　本研究聚焦于印度尼西亚东爪哇省的Gembong河，这是一个典型的热带小流域，其土地利用类型呈现出从上游农业区到下游城市区的显著梯度变化。随着全球塑料污染问题日益严峻，微塑料（Microplastics, MPs）因其持久性、普遍性和生态毒性，已成为淡水生态系统中备受关注的污染物之一。MPs的粒径通常小于5毫米，它们可以来源于工业生产中的塑料颗粒、洗涤剂中的微珠等初级来源，也可以是大型塑料垃圾在自然环境中破碎形成的次级来源。由于其微小的体积和广泛的分布，MPs对水生生物和人类健康构成了潜在威胁。

在Gembong河流域，研究团队选择了26个采样点，在旱季进行采样，以减少水文变化对结果的影响。通过对这些样本的分析，研究发现MPs在沉积物中的浓度显著高于表层水，平均分别为406个颗粒/100克干重和141个颗粒/升。这种差异可能与MPs在水体中的沉降行为以及沉积物作为污染物的“汇”有关。沉积物中的MPs更容易积累，同时也能够吸附重金属和有机污染物，从而成为共污染物质的重要储存库。相比之下，表层水中的MPs主要以纤维为主，占40%，而沉积物中则以碎片为主，占比达36%。透明色的MPs在两种介质中均较为常见，而100-500微米大小的颗粒则是最常被检测到的类型。

聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）是该流域中最为丰富的聚合物类型。这些材料在日常生活中广泛使用，例如塑料袋、包装材料和建筑材料，它们在使用过程中容易破碎并进入水体。此外，研究通过冗余分析（RDA）发现，居住用地与MPs的某些特征存在强相关性，例如碎片形状、透明颜色和中等粒径的MPs。这表明，随着流域从上游农业区向下游城市区过渡，人类活动的增加导致了MPs的输入量上升，进而影响其在水体中的分布和特性。这种趋势在小型河流系统中尤为明显，因为它们的水文条件相对简单，更容易受到土地利用变化的影响。

MPs的生态风险不仅与其数量有关，还与其化学组成和添加物密切相关。不同聚合物的毒性差异可能导致即使数量较少的MPs类型，也可能对生态系统产生不成比例的影响。因此，研究中采用了三种生态风险指数——聚合物危害指数（PHI）、污染物负荷指数（PLI）和潜在生态风险指数（PERI），以更全面地评估MPs对环境的潜在危害。结果显示，沉积物中的PHI和PERI评分显著高于表层水，尤其是在下游地区，MPs的生态风险被归类为“显著至极高风险”。这一发现强调了土地利用模式在MPs分布和生态风险中的关键作用，并凸显了在小型河流系统中实施综合风险管理体系的紧迫性。

Gembong河流域的特殊性在于其涵盖了从农业到城市的不同土地利用类型，这为研究MPs的分布和来源提供了理想的模型。该流域的总悬浮固体（TSS）含量从上游到下游增加了86%，这与陆源塑料废弃物的排放密切相关。由于其规模较小，但土地利用类型多样，Gembong河流域可以被视为更大生态系统中MPs行为的一个缩影。这种小规模但高多样性特征使得研究能够更精确地识别MPs的来源路径，并评估其在不同环境介质中的迁移和转化过程。

此外，研究还指出，MPs不仅存在于水体中，还可能通过水生植物如水葫芦等生物载体进行传输和再分配。水葫芦等植物能够吸附和积累MPs，从而增加塑料及其相关污染物在水体中的流动性。这种生物介导的传输过程可能进一步加剧MPs对生态系统的潜在危害，特别是在缺乏有效治理措施的地区。因此，MPs的生态风险评估不应仅限于其物理存在，还需要考虑其与生物体的相互作用，以及这些相互作用如何影响污染物的扩散和生物累积。

在东爪哇乃至整个东南亚地区，MPs污染问题已经引起了广泛关注。一些主要河流，如Citarum河、Surabaya河、Metro河和Tambakoso河，已被证实存在严重的MPs污染。这些河流的污染程度与流域内的人口密度和废弃物管理状况密切相关。Gembong河流域作为东爪哇的一个关键污染热点，其研究结果对于理解热带地区MPs污染的传播机制具有重要意义。通过分析该流域MPs的分布和特征，可以为其他类似地区提供参考，帮助制定更有效的污染防治策略。

研究还强调了在MPs评估中整合土地利用模式、水文动态和生态风险框架的重要性。目前，尽管MPs污染的研究已取得一定进展，但在小型到中型流域中，这种整合仍然较为有限。因此，未来的研究需要更多关注如何将土地利用类型与MPs的来源、分布和危害性联系起来，以更全面地评估其对生态环境的影响。同时，针对MPs的治理措施也应因地制宜，充分考虑不同流域的特点和人类活动的影响。

从环境管理的角度来看，Gembong河流域的研究结果表明，土地利用类型的变化对MPs的污染程度具有显著影响。特别是在下游地区，由于人口密度高、工业活动频繁，MPs的输入量和危害性都相对较高。这提示我们，应对MPs污染需要采取多方面的措施，包括改善废弃物管理、减少塑料使用以及加强流域综合治理。此外，研究还指出，MPs的生态风险评估应基于聚合物的种类和浓度，而不仅仅是数量。这意味着，在制定污染防治策略时，应优先关注那些具有较高危害性的聚合物类型，即使它们在环境中出现的频率较低。

综上所述，Gembong河流域的研究揭示了MPs污染在热带小流域中的显著特征，以及土地利用模式对MPs分布和生态风险的影响。通过结合多种分析方法，研究不仅量化了MPs的污染程度，还提供了对MPs来源和传播路径的深入理解。这些发现对于推动MPs污染的科学研究和实际治理具有重要价值，同时也为政策制定者提供了科学依据，以制定更加精准和有效的污染防治措施。未来，随着对MPs污染研究的不断深入，我们有望更好地理解其对生态系统和人类健康的长期影响，并采取更加积极的行动来应对这一全球性环境问题。