印度热带河流系统微塑料与重金属沿土地利用梯度的源-汇动态及其生态风险评估

本研究针对印度Bharathapuzha河流域，系统分析了微塑料(MPs)与重金属(HMs)的源-汇动态。研究人员通过52个采样点的水体和沉积物样本，揭示了MPs空间分布规律（水体62±31 particles/L，沉积物2073±1256 particles/kg），发现颗粒形态主导（水体83%、沉积物77%）且与黏粒含量呈正相关。下游河口区Mg、K元素超WHO限值，虽未发现MPs与元素浓度显著相关性，但为热带河流污染治理提供了关键科学依据。

　　

河流作为连接陆地与海洋的重要通道，在全球污染物迁移过程中扮演着关键角色。随着工业化与城市化进程加速，微塑料（MPs）和重金属（HMs）污染已成为全球性环境问题，尤其热带河流系统面临季节性水文动态与土地利用转变的双重压力。印度南部的Bharathapuzha河流流域支撑着数百万居民的生产生活，却因采砂活动、污水排放和土地利用变化遭受严重生态退化。尽管海洋环境中MPs研究较多，但关于其从流域到海洋的传输机制，以及与HMs的协同作用研究仍存在显著空白。

为深入解析热带河流系统中污染物的迁移规律，Kumar Ajay等研究人员在《Journal of Hazardous Materials Advances》发表了针对Bharathapuzha河流域的系统性研究。该研究沿209公里河段设置52个采样点（BHA-1至BHA-52），采用源-汇研究思路，综合运用地表水与沉积物采样、显微成像技术、拉曼光谱分析（Raman spectroscopy）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）及粒度分析等先进技术方法。研究团队通过Sentinel-2遥感数据生成土地利用与覆被（LULC）分类图，结合水文地质参数，揭示了污染物分布的空间异质性及其驱动机制。

研究结果显示，微塑料在全部水体和沉积物样本中均有检出，平均浓度分别为62±31 particles/L和2073±1256 particles/kg。空间分布分析表明：水体中MPs浓度在中下游区域（Zone 2和Zone 3）显著升高，最高值出现在BHA-33位点（145 particles/L）；而沉积物中MPs丰度则在上游区域（Zone 1）达到峰值（平均2538 particles/kg），呈现向下游递减的趋势。这种空间分异规律揭示了水文动力与人为活动的复合影响：水体MPs主要受人类活动强度控制，而沉积物MPs保留则与水动力条件和沉积特性密切相关。

形态特征分析发现，颗粒/珠子形态（Pellets/Granules/Beads, PGBs）在两类介质中均占主导地位（水体83.96%，沉积物77.9%），其余形态包括碎片、纤维、泡沫和薄膜。这种形态分布特征指示了个人护理产品和家庭清洁剂等生活源污染的重要贡献。聚合物鉴定显示聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）为主要聚合物类型，其中低密度的PE和PS易悬浮于水体，而高密度的PET更倾向于在沉积物中积累。

粒度分析揭示了MPs与沉积物组成的显著相关性：黏土含量与MPs丰度呈正相关（r2=0.68, p<0.05），而砂含量则呈现负相关（r2=-0.70, p<0.05）。这表明细颗粒沉积物通过更大的比表面积和范德华力作用，成为MPs的重要截留载体。这一发现为理解MPs在河床中的归趋提供了机制性解释。

重金属分析检测到Mg、K、Ca、Al、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、V等元素，其中Mg、K和Ca浓度最高。特别值得注意的是，下游河口区域（BHA-42至BHA-52）的Mg和K浓度超过了世界卫生组织（WHO）饮用水标准，Zn在BHA-48和BHA-52位点也出现异常高值。虽然这些元素通常不具强毒性，但其异常浓度反映了农业化肥施用和工业废水排放的影响。砷含量虽未超标，但从BHA-41向下游呈现逐渐升高趋势（0.02-0.89 ppb），值得持续关注。

相关性分析显示，Mg、Ca和K与As、Cd存在显著统计相关性，但MPs丰度与元素浓度之间未发现显著相关性。尽管如此，两者在河口区域的共同富集现象表明人类活动对污染物空间分布的强烈影响。

研究结论强调，Bharathapuzha河流域的MPs和HMs污染受到土地利用类型、水文条件和沉积物特性的共同调控。城市化和农业活动密集的中下游区域污染负荷最高，而细颗粒沉积物在污染物截留中发挥关键作用。虽然未发现MPs与HMs的直接相关性，但它们的共现特征指示了复合污染风险。这些发现为热带河流系统的污染防控提供了科学依据，建议采取改进固体废物管理、加强污水处理、建立农业缓冲区等综合措施。

该研究的重要意义在于首次系统揭示了热带河流系统中MPs与HMs的源-汇动态，建立了土地利用-水文过程-沉积特性-污染分布的关联框架，为发展中国家类似河流系统的生态风险评估和治理策略制定提供了理论基础和实践指导。