深水水库微塑料垂向分布的季节性差异及其驱动机制

《Journal of Hazardous Materials》：Seasonal Disparities in Vertical Distributions of Microplastics and Driving Factors in a Deep Reservoir

本研究针对深水水库中微塑料（MPs）垂向分布规律不清的问题，通过分析典型深水水库（瀑布沟水库）夏冬两季水柱样本，发现热分层结构会延缓MPs的垂向迁移，导致低密度MPs在温跃层富集，且夏季低密度MPs比例更高、粒径更小。研究揭示了热分层对MPs垂向运移的调控作用，为深水水库MPs生态风险评估提供了重要依据。

　　

随着塑料制品在全球范围内的广泛使用，微塑料（Microplastics, MPs）作为一种新兴污染物已引起广泛关注。这些直径小于5毫米的塑料颗粒通过多种途径进入水体环境，并可能被水生生物摄取，进而通过食物链传递，最终威胁人类健康。尽管海洋系统中的MPs研究已较为深入，但关于淡水生态系统，特别是深水水库中MPs的迁移转化规律仍知之甚少。深水水库作为重要的饮用水源和渔业养殖区，其MPs污染状况直接关系到水生态安全和公共健康。

瀑布沟水库作为中国西南地区最大的深水水库，具有重要的生态功能和经济价值。该水库地处大渡河干流，不仅承担着发电、防洪、供水等多项任务，还是多种珍稀鱼类（如稀有鮈鲫、齐口裂腹鱼等）的关键栖息地。然而，关于该水库中MPs的垂向分布特征及其季节性变化规律尚未有研究涉及。尤其值得关注的是，深水水库中常见的热分层现象可能对MPs的垂向迁移产生重要影响，但这种影响的具体机制及其季节性差异仍有待阐明。

为此，研究团队于2024年夏季（7月2-4日）和冬季（2025年1月13-15日）在瀑布沟水库开展了系统的水样采集工作。研究人员在库区设置了16个表层水采样点，并选取6个代表性点位进行水深0-40米范围内的分层采样（每5米一个层次）。所有水样均通过不锈钢泵采集，经过氧化氢消解、密度分离等前处理后，利用立体显微镜进行MPs的形貌观察和计数，并通过显微傅里叶变换红外光谱（μ-FTIR）进行聚合物类型鉴定。

微塑料浓度

研究结果显示，水库表层水中的MPs浓度范围为1.98-6.13 N/L（个/升），夏季平均浓度为3.24±0.96 N/L，冬季为3.31-6.13 N/L，季节间无显著差异。值得注意的是，大坝前区域的MPs浓度最高，这可能与水库的水动力特性有关。在垂向分布上，MPs浓度总体呈现从表层向底层递增的趋势，夏季最高浓度达9.77 N/L（35米深处），冬季最高为9.81 N/L（40米深处）。特别在5-10米水深范围内，夏冬两季的MPs特性差异最为明显：夏季该层位的低密度MPs比例更高，且粒径更小。

微塑料特性

纤维状和碎片状是MPs的主要形态。聚合物类型以低密度聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）为主，其比例显著高于高密度聚合物。季节对比表明，夏季水体中低密度MPs的比例（76.5%）明显高于冬季（59.4%），而MPs的平均尺寸则小于冬季。这种差异在5-10米水深处尤为突出，进一步证实了热分层对MPs垂向迁移的影响。

沉积通量

通过分析MPs在水柱中的分布特征，研究人员估算了水库沉积物中的MPs日沉积量约为2.61吨（范围：1.42-5.05吨）。这一数据为了解深水水库中MPs的长期归趋提供了重要参考。

热分层的影响

研究首次揭示了热分层对MPs垂向迁移的阻滞效应。夏季形成的稳定热分层结构使MPs，特别是低密度MPs，在温跃层界面和变温层内富集。这种阻滞效应与MPs的形状无关，但对低密度MPs更为明显。相比之下，冬季水体垂直混合较强，MPs的分布相对均匀。热分层导致的MPs分布格局变化，表明深水水库中不同水深的MPs暴露水平和生态风险存在季节性差异。

本研究通过系统分析瀑布沟水库MPs的时空分布特征，深化了对深水水库中MPs迁移规律的认识。研究发现的热分层对MPs垂向分布的调控作用，不仅解释了MPs在深水水库中的季节性分布特征，也为准确评估MPs的生态风险提供了科学依据。研究结果强调，在评估深水水库MPs污染风险时，必须考虑热分层等物理过程的季节性变化，这对深水水库的水环境管理和生态保护具有重要的指导意义。