南非东开普省河流功能水力分区中微塑料的赋存特征与驱动机制

针对河流微塑料(MPs)空间分布机制不明的问题，南非学者在Buffalo和Swartkops河流开展功能水力分区(flush/sink zones)研究，发现沉积态MPs在sink区显著富集(1.82±1.98 items/L)，悬浮态MPs在flush区略高(1.76±1.44 items/L)，湿季高密度聚合物(PA/PVC/PC)选择性沉积于sink区。该研究为流域MPs分区治理提供新思路。

　　

论文解读

在塑料污染席卷全球的背景下，直径小于5毫米的微塑料(Microplastics, MPs)因其持久性和生物累积性已成为新兴环境威胁。尽管淡水系统是陆地塑料入海的关键通道，但以往研究多关注宏观输运过程，对河流内部水力单元如何调控MPs分布的认识仍存在重大缺口。传统观点认为MPs浓度会随河流下游递增，但近年发现其空间分布呈现复杂斑块化特征，暗示局部水力条件可能比污染源距离更具决定性。这种认知局限使得现有监测方案难以准确评估河流MPs生态风险，也阻碍了针对性治理策略的制定。

为破解这一难题，南非的研究团队选择东开普省两条典型城市河流——Buffalo河和Swartkops河作为研究对象。这两条河流承受着城市污水、农业径流等多重人为压力，是探究水力-形态因素影响MPs行为的理想场所。研究人员创新性地将河流划分为flush区(急流/浅滩)和sink区(深潭/回水)两类功能水力单元，通过跨季节采样揭示了MPs在不同水力环境中的分异规律。这项发表于《Environmental Pollution》的研究，首次系统论证了河流地貌结构对MPs空间分异的调控作用。

研究团队采用多技术联用策略：通过现场流速仪测定水力参数界定功能分区；湿/干季分别采集表层水(悬浮MPs)和底泥-水混合样(沉积MPs)；结合密度梯度分离(NaCl/NaI)和显微计数提取MPs；利用显微形态分析和傅里叶变换红外光谱(FTIR)鉴定聚合物类型；采用多元方差分析(MANOVA)和PERMANOVA解析时空变异特征。严格的防污染措施包括全程佩戴棉质实验服、玻璃器皿铝箔覆盖、每10样本设置过程空白等，确保数据可靠性。

3.1 水力单元空间分异规律
研究证实水力能量梯度主导MPs分布：sink区沉积态MPs浓度(1.82±1.98 items/L)显著高于flush区(1.32±1.49 items/L)，符合低流速环境促进颗粒沉降的预期。而悬浮态MPs在flush区(1.76±1.44 items/L)略高于sink区(1.54±1.46 items/L)，反映高湍流对轻质颗粒的再悬浮作用。特别值得注意的是，下游位点B2的sink区出现峰值浓度(11.00 items/L)，暗示局部地貌与水文过程的协同放大效应。

3.2 季节性水文驱动
湿季降雨显著改变MPs运移格局：sink区沉积态MPs在湿季(2.20±2.50 items/L)较干季(1.43±1.23 items/L)增长54%，对应径流增强带来的颗粒输送。而1-2 mm粒径MPs在湿季sink区的特异性富集，揭示了水文脉冲对较大颗粒的选择性搬运机制。相比之下，悬浮态MPs的季节波动较小，表明纤维等轻质颗粒具有持续悬浮的特性。

3.3 形态-聚合物特征
纤维和碎片占MPs总量的73.5-80%，其中0.063-0.5 mm超细颗粒占比最高(34.2-41%)。FTIR检出11种聚合物，sink区独含聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)等高密度聚合物，印证了水力分选效应。湿季聚丙烯(PP)的显著增加，可能与暴雨冲刷增加日用塑料输入相关。

结论与展望
该研究开创性地建立了河流功能水力分区与MPs分布的内在联系，突破传统"源-汇"模型的局限性。发现sink区作为"微塑料陷阱"的生态效应尤其值得关注——这些区域往往同时是底栖生物栖息地，可能导致生物群落的差异化暴露风险。研究提出的"水力单元采样框架"为优化河流MPs监测网络提供方法论基础，而季节性输移规律的揭示则对汛期污染防控具有实践指导意义。未来需结合长期观测，量化不同水文情景下MPs的滞留-释放阈值，为流域综合治理提供更精准的科学依据。