瓜纳杜河流域微塑料污染特征及其对里约热内卢大都会区供水水库的潜在风险

《Cambridge Prisms: Plastics》：Microplastic contamination in the Guandu River basin: the water supply reservoir of Rio de Janeiro metropolitan region (southeastern Brazil)

本刊推荐：为评估巴西东南部重要饮用水源污染现状，研究人员针对瓜纳杜河流域开展微塑料(MPs)污染特征研究。结果显示流域普遍存在MPs污染（冷干季6.1±4.9 particles m-3，暖雨季2.3±1.1 particles m-3），鉴定出11种聚合物并以聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和人工纤维素颗粒(ACPs)为主。研究表明MPs分布受城市化程度影响显著，为饮用水安全风险评估提供关键数据支撑。

　　

在塑料制品广泛应用的当代社会，这种曾被视为创新象征的材料正逐渐成为环境污染的"隐形杀手"。尤其令人担忧的是，微塑料(MPs)作为新兴污染物，正通过水循环系统进入人类饮用水源，对生态系统和公共健康构成潜在威胁。位于巴西东南部的瓜纳杜河流域，作为里约热内卢大都会区800万居民的主要供水来源，其水质安全直接关系到区域居民的饮水健康。然而，该流域流经不同城市化程度的区域，包括受大西洋雨林保护的原始地区和高度城市化的工业地带，这种特殊的地理格局使其成为研究人类活动对微塑料污染影响的天然实验室。

尽管全球已有大量关于海洋微塑料污染的研究，但对饮用水源地特别是热带地区淡水系统的微塑料污染特征认知仍存在空白。瓜纳杜河流域的复杂水文特征（包括静水环境和流水环境）和显著的城市化梯度，为揭示微塑料在不同环境条件下的迁移转化规律提供了独特的研究机会。此外，半合成纤维（如人造纤维素颗粒ACPs）作为新兴污染物，其环境行为和对水处理工艺的挑战尚未得到充分认识。在此背景下，由巴西联邦大学研究人员组成的团队在《Cambridge Prisms: Plastics》发表了针对该流域的微塑料污染系统性研究成果。

研究团队采用多学科交叉的研究方法，重点运用了以下关键技术：通过曼塔拖网（网孔68 μm）进行水面微塑料采集，结合流量计精确计算采样体积；采用BASEMAN标准流程进行样品前处理，包括低温碱消化（10% KOH）和氧化消化（15% H_{22）去除有机质，密度分离（NaCl溶液）提取微塑料；使用立体显微镜进行微塑料的形貌表征和计数分类；利用显微傅里叶变换红外光谱(μ-FTIR)技术对代表性颗粒进行聚合物组成鉴定，光谱匹配阈值设定为≥70%。研究在11个采样点（7个静水环境，4个动水环境）进行两季采样，并通过程序空白和空气暴露控制确保数据质量。}

研究区域特征

瓜纳杜河流域全长108.5公里，流域面积1385平方公里，从桑塔纳河与里贝朗达斯拉热斯河汇合处延伸至塞佩蒂巴湾。流域内包含多种水体类型：里贝朗达斯拉热斯水库(ST11)作为 oligo-mesotrophic（贫中营养型）水体，周围被大西洋雨林环绕，水质最佳；维加里奥水库(ST10)则呈现富营养化特征，大量水生植物（如凤眼莲）生长；瓜纳杜泻湖(ST1-ST2)作为最下游区域，接收来自伊皮兰加河、卡布库河和凯马多斯河的城市污水和工业废水，污染负荷最重。这种从上游自然保护到下游高度城市化的梯度分布，为研究人类活动对微塑料污染的影响提供了理想条件。

微塑料丰度分布特征

研究在所有44个样品中均检出微塑料，冷干季平均丰度（6.1±4.9 particles m^-3）高于暖雨季（2.3±1.1 particles m^-3），但统计分析显示季节差异不显著（PERMANOVA, p=0.347）。空间分布上，采样点位置对微塑料丰度有显著影响（PERMANOVA, p=0.0002），呈现明显的城乡梯度效应：上游保护区（ST9-ST11）丰度最低，而下游城市区（ST1-ST2）丰度最高。这种分布模式与流域土地利用特征高度相关，上游区域植被覆盖率高、人口密度低，下游则聚集了诺瓦伊古亚苏（843,220人口）、凯马多斯（149,135人口）等高度城市化城市。值得注意的是，静水环境（泻湖和水库）与动水环境（河道）之间的微塑料丰度无显著差异（Mann-Whitney U Test, p=0.19），表明水体流动状态不是影响微塑料分布的主要因素。

微塑料形貌与颜色特征

研究鉴定出四种微塑料形状：碎片、纤维、薄膜和颗粒。碎片在冷干季（77.9%）和暖雨季（60.9%）均为最主要形状，纤维次之（冷干季58.9%，暖雨季37.1%）。颜色多样性显著，共发现12种颜色，包括黑色、蓝色、透明、红色等。黑色颗粒在两个季节均占主导（冷干季82.5%，暖雨季60.2%），蓝色和透明色次之。暖雨季检出的颜色种类更丰富，出现了橙色、灰色、棕色和紫色等季节性特征颜色。这种颜色多样性不仅反映了微塑料来源的复杂性，也增加了水生生物误食的风险，因为多彩的微塑料更容易被误认为食物。

聚合物组成分析

通过μ-FTIR技术对1077个代表性颗粒进行分析，鉴定出11种聚合物类型。整体而言，聚乙烯(PE)（25.8%）和聚丙烯(PP)（21.8%）为主要塑料聚合物，半合成材料人工纤维素颗粒(ACPs，包括人造丝)也占显著比例（21.2%）。季节变化影响聚合物组成：冷干季PE（34.7%）和PP（31.8%）贡献更大，而暖雨季ACPs成为最主要聚合物。此外，暖雨季聚酯(PES)和聚酰胺(PA)的相对丰度分别增加至9.00%和8.90%（冷干季分别为4.13%和4.05%）。这种季节变化可能与降雨导致的污水排放增加和沉积物再悬浮有关，密度较大的聚合物（如PES密度1.24-1.3 g cm^-3）在雨季更易进入水体。

污染来源与迁移途径

碎片状PE和PP主要来源于塑料包装、电子产品等一次性塑料制品的破碎化，这些材料通过非法倾倒、垃圾填埋场渗滤液和城市径流进入水体。纤维状微塑料（ACPs、PES、PA）则主要来自合成和半合成纺织品洗涤废水，以及渔业活动中使用的尼龙渔网。值得注意的是，维加里奥水库(ST10)中丰富的水生植物可能通过截留作用降低了表面水微塑料丰度，而瓜纳杜泻湖(ST1-ST2)作为污染物汇集区，接收了来自多条污染严重的 tributaries（支流）的输入，成为微塑料热点区域。

研究结论强调，瓜纳杜河流域普遍存在的微塑料污染状况令人担忧，特别是作为800万人口的饮用水源，其水质安全需要高度重视。研究发现的城市化梯度效应表明，人类活动是微塑料污染的主要驱动因素，城市地区的污水排放、固体废弃物不当处理等是重要污染源。微塑料形状、颜色和聚合物类型的多样性反映了污染来源的复杂性，需要采取多方面的治理措施。特别值得关注的是，人工纤维素颗粒(ACPs)作为新兴污染物，其环境行为和生态风险需要进一步研究。

这项研究不仅首次系统揭示了瓜纳杜河流域的微塑料污染特征，也为热带地区淡水系统的微塑料监测提供了方法论参考。研究结果对实现联合国可持续发展目标（SDG 6清洁饮水和卫生设施，SDG 14水下生命）具有重要实践意义，提示需要加强饮用水源地的微塑料监测，改进水处理工艺对微塑料的去除效率，并从源头上减少塑料制品的使用和排放。随着全球塑料产量的持续增长，这类研究对保护淡水生态系统和保障饮用水安全将发挥越来越重要的作用。