亚热带城市大气中纤维状与非纤维状微塑料沉积模式的综合评估：从形态类型到风险因素

《Environmental Research》：Integrated assessment of fibrous vs. non-fibrous microplastic deposition patterns in subtropical urban atmospheres: From morphotypes to risk vectors

微塑料沉降通量在澳门的空间异质性显著，平均517±457 MP/m2/d，人口密度与沉积量呈指数正相关（p<0.01），风速对短期通量变化影响显著。形态分析显示纤维状和非纤维状微塑料的分布特征差异明显，并与PM10-2.5浓度（r>0.71）存在大气迁移耦合机制。研究揭示人因（人口密度）与气象（风速、降水）双重驱动作用，建立形态作为大气传输关键介导因子的新模型，同时指出现有微塑料风险评估模型存在局限性。

　　近年来，随着塑料污染问题的日益严重，空气中的微塑料（Airborne Microplastics, AMPs）逐渐成为科学研究的热点。空气微塑料因其能够远距离传播，并对环境和人类健康构成潜在威胁，引起了广泛关注。本研究以澳门为研究对象，系统地探讨了空气微塑料的特征，包括其时空分布模式、形态与化学组成、关键影响因素以及相关的生态风险。通过形状分层分析，研究区分了纤维状与非纤维状的空气微塑料，并与未过滤的形状聚合体进行了比较。研究发现，澳门各区域空气微塑料沉积通量存在显著的空间差异，范围从114±77到1164±651个/平方米/天，平均值为517±457个/平方米/天。人口密度被发现是影响空气微塑料空间分布的最强因素，呈现出指数级相关性。此外，气象参数在不同监测点上对空气微塑料的影响表现出明显的形状依赖性。研究还发现，空气微塑料的丰度与可吸入颗粒物（PM10-2.5）浓度之间存在显著正相关（r>0.71，p<0.05），这表明两者可能存在共同产生和共同传播的机制。最大风速被识别为影响空气微塑料短期沉积通量的关键驱动因素，可能是通过将地表塑料库气溶胶化而实现的。回溯轨迹结果强调了风和空气团来源对空气微塑料分布的影响。最后，研究利用潜在生态风险作为案例，指出了现有空气微塑料风险评估模型的局限性。本研究明确了微塑料形态在大气传输动态中的关键作用，定量展示了空气微塑料分布受人为和气象因素的双重控制，并提供了关于影响空气微塑料时空变化因素的新见解。

塑料作为一种广泛使用的材料，其带来的环境影响日益受到关注。尽管塑料在许多方面为人类生活带来了便利，但其在环境中的积累和扩散却对生态系统和人类健康构成了潜在威胁。全球塑料生产量在2020年已达到3.67亿吨，比1950年增长了约184倍。预计到2050年，全球年塑料产量将达到5亿吨，而环境中的塑料垃圾总量将接近12亿吨。目前，仅有约21%的塑料废弃物被回收或焚烧，其余则可能进入自然环境，造成污染。塑料垃圾在自然环境中会经历风化和生物降解过程，逐渐分解成更小的碎片。这些碎片如果尺寸小于5毫米，便被定义为微塑料（Microplastics, MPs）。微塑料因其微小的体积和持久的环境存留能力，能够在水体、土壤和大气中广泛传播，甚至出现在远离人类活动的深海沟壑、极地地区和对流层上层等地方。这种远距离传播的能力使得微塑料成为全球性环境问题的一部分。

空气中的微塑料（Airborne Microplastics, AMPs）是微塑料的一种重要形式，它们存在于大气沉降物和颗粒物中。空气微塑料的传播能力使其成为研究的重要对象，尤其是在城市和工业密集地区。这些微塑料可能通过大气环流从一个地区传播到另一个地区，甚至跨越国界，对环境和生态系统造成影响。近年来，研究人员在人类呼吸道中也检测到了微塑料的存在，这表明空气微塑料可能成为人类暴露于微塑料的主要途径，甚至超过饮用水和食盐摄入的途径。因此，研究空气微塑料的污染情况具有重要的现实意义。

尽管空气微塑料的研究逐渐增多，但与水体和土壤中的微塑料相比，仍存在一定的研究空白。空气微塑料的丰度受到多种因素的影响，这些因素之间的关系尚不明确。早期研究主要关注人口密度和降水对空气微塑料的影响。人口密度高的地区，由于人类活动频繁，可能产生更多的微塑料排放；而降水则可能将地表的微塑料冲刷到空气中。此外，风力在空气微塑料的传播过程中也起到了重要作用，尤其是在季风影响明显的地区。风力不仅能够将地表的微塑料颗粒带入空气中，还可能促进其在不同区域间的迁移。同时，空气微塑料与常规空气污染指标（如PM10和PM2.5）之间可能存在潜在的关联，这进一步增加了研究的复杂性。目前，关于空气微塑料对人类和环境的影响仍不明确，亟需更深入的研究。

澳门作为一个高人口密度和高度城市化的地区，其人口分布呈现出“北重南轻”的特点，这种分布模式与地理特征以及夏季和冬季季风的方向密切相关。这种独特的地理位置和人口分布，为研究人口、地理和气象因素对空气微塑料的影响提供了理想的实验条件。因此，本研究旨在通过被动采样方法，在澳门的不同区域收集大气沉降样品，以评估空气微塑料的沉积量。通过对采样区域的人口密度与样品沉积量在不同月份的变化进行对比分析，研究空气微塑料的时空变化特征。此外，还探讨了颗粒物、气象因素、空气团轨迹与空气微塑料丰度之间的关系，并基于沉积量和聚合物组成进行了初步的风险评估。

澳门的地理位置使其成为研究空气微塑料的重要区域。澳门位于中国东南沿海，北接珠海（广东省），西邻珠海，东临香港，地处珠江口。这种地理位置使得澳门容易受到周边地区大气污染物的影响，同时也为研究季风对空气微塑料传播的作用提供了条件。由于澳门的高人口密度和城市化水平，空气微塑料的排放和沉积可能更为显著。因此，研究澳门地区的空气微塑料特征不仅有助于了解该地区的环境状况，还能够为全球范围内的空气微塑料研究提供参考。

在本研究中，空气微塑料的沉积量在不同采样点之间表现出显著的空间差异。这种差异可能与人口密度、地理位置以及气象条件等因素密切相关。例如，人口密度高的区域可能由于更多的塑料使用和排放，导致空气微塑料的沉积量更高。此外，澳门的地理特征和季风影响也可能对空气微塑料的分布产生重要影响。通过形状分层分析，研究区分了纤维状与非纤维状的空气微塑料，并发现它们在不同环境条件下的行为可能有所不同。例如，纤维状微塑料可能更容易被风力携带，而非纤维状微塑料则可能在降水过程中被冲刷到空气中。

研究还发现，空气微塑料的沉积量与可吸入颗粒物（PM10-2.5）浓度之间存在显著的正相关关系。这一发现表明，空气微塑料可能与颗粒物的产生和传播过程存在一定的联系。这种共同产生和共同传播的机制可能与人类活动和自然过程共同作用有关。例如，工业排放、交通尾气和建筑施工等活动可能同时释放颗粒物和空气微塑料，而风力和降水则可能促进它们的传播。此外，研究还指出，最大风速是影响空气微塑料短期沉积量的关键因素，这可能是因为风力能够将地表的塑料颗粒迅速带入空气中，形成较高的沉积通量。

通过回溯轨迹分析，研究进一步揭示了风和空气团来源对空气微塑料分布的影响。这一分析表明，空气微塑料的来源可能不仅局限于本地，还可能来自周边地区，甚至是更远的地区。例如，季风可能将内陆地区的塑料颗粒带入澳门，而冬季风则可能将海洋中的塑料颗粒输送到陆地。这种跨区域的传播机制使得空气微塑料的研究更具复杂性，同时也为理解其在全球范围内的扩散提供了新的视角。

研究还指出了现有空气微塑料风险评估模型的局限性。尽管已有模型可以用于评估空气微塑料的潜在生态风险，但这些模型可能未能充分考虑空气微塑料的形态、来源和传播路径等因素。因此，本研究通过分析空气微塑料的沉积量和形态特征，提供了更全面的风险评估依据。同时，研究强调了空气微塑料形态在大气传输动态中的关键作用，表明不同形态的微塑料可能在大气中表现出不同的行为和影响。

总体而言，本研究通过系统的采样和分析，揭示了澳门地区空气微塑料的时空分布特征，探讨了其形成和传播机制，并指出了现有研究的不足。研究结果不仅有助于理解空气微塑料在澳门地区的分布情况，还为全球范围内的空气微塑料研究提供了新的思路和方法。未来，随着研究的深入，空气微塑料的监测和评估方法将进一步完善，为制定有效的污染防治措施提供科学依据。