《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》：Towards sustainable management of riverine ecosystems: Variability of microplastic diversity and distribution patterns in riverine ecosystem compartments
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本研究针对全球淡水环境中微塑料(MP)污染日益严重但对其在河流生态系统各组分中的多样性变异和分布规律认知不足的问题，通过引入“微塑料群落”新概念，对松花江水体、沉积物及河岸土壤中的MP进行了系统的群落分析。研究揭示了MP在不同生态区室中的分布差异、主要影响因素（如人口密度、流速、降水）及迁移规律，发现河岸土壤可能成为河流MP的长期汇。该研究为理解MP在河流生态系统中的归趋和传输动力学提供了重要的理论和方法学支撑，对河流生态系统的可持续管理具有重要意义。
随着塑料制品的大量生产和使用，微塑料（Microplastics, MPs）作为一种新兴环境污染物，已在全球淡水环境中被广泛检出，其对生物和人类健康的潜在生态效应引发了越来越多的关注。河流作为连接陆地与海洋的关键通道，被认为是MPs从陆源输送到海洋生态系统的重要枢纽，每年有数以百万吨计的塑料通过河流进入海洋。然而，目前对于MPs在河流生态系统不同组分（如水、沉积物、土壤）中的多样性变异和分布规律的理解仍然非常有限，现场数据的缺乏也阻碍了为MPs的传输机制以及涉及环境化学和毒理学的跨学科研究提供更科学的信息。
为了解决这些环境与可持续性问题，研究人员选择中国吉林的松花江作为研究对象，该流域既包含大型河流生态系统，也包含源头支流，且污染源多样，包括工业复合体、城市化和集约化农业。研究的创新之处在于运用“微塑料群落”这一新概念，通过实地调查数据，探讨了MPs在河流生态区室中的多样性、分布格局和迁移规律的变异性，旨在为全球河流生态系统中MPs的归趋和传输动力学研究提供理论和方法学发展。
本研究在松花江一段长110.7公里的河段设置了21个采样点，包括干流上游、城市中心区、下游以及主要支流，并于2021年5月至6月采集了表层水、河床沉积物和河岸土壤（分表层土和亚表层土）样品。实验室分析过程严格遵循质量控制与质量保证协议。关键技术方法包括：样品的湿式过氧化氢氧化和密度分离法进行MPs的分离提取；利用体视显微镜和显微傅里叶变换红外光谱（μ-FTIR）对MPs的形态（颜色、形状、尺寸）进行观察和聚合物组成鉴定；运用冗余分析（RDA）、层次分割分析（HP）、曼特尔检验（Mantel test）、非度量多维尺度分析（NMDS）和相似性分析（ANOSIM）等统计方法分析MPs的分布规律、群落结构差异及其与环境因子的关系。
3.1. 河流微塑料的丰度
MPs在所有样品中均有检出，且沿河流非均匀分布。表层水中MPs丰度范围为0.12-3.1 项/升（平均1.24±0.82 项/升），沉积物中为30-233 项/千克（平均130.32±48.08 项/千克）。城市中心区污染最严重，污水处理厂（WWTP）采样点丰度最高。表层水和沉积物中MPs丰度空间格局相似，且呈显著正相关。河岸土壤中，表层土MPs丰度（21-138, 平均77.43±31.77 项/千克）高于亚表层土（16-92, 平均47.30±20.40 项/千克），下游区域丰度最高。表层土与亚表层土MPs丰度亦呈显著正相关。
3.2. 形态描述和聚合物组成
MPs颜色以白色和透明为主，形状上，表层水和沉积物中以纤维为主，土壤中以碎片为主。小尺寸MPs（<1.0 mm）在所有介质中占主导。聚合物组成以聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）为主，其次是聚苯乙烯（PS）、聚酰胺（PA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚氯乙烯（PVC）。
3.3. 影响微塑料分布的因素
冗余分析和层次分割分析表明，人口密度（PD）、流速（FV）和降水是影响表层水和沉积物中MPs分布的最显著变量。平均沉积物粒径（MDS）也显著影响沉积物中MPs的分布。对于河岸土壤，总氮（TN）、降水和土壤湿度（SM）是主要影响因素。
3.4. 微塑料群落
基于聚合物组成的香农-威纳多样性指数显示，沉积物中MP群落多样性最高，其次是表层土、亚表层土和表层水。曼特尔检验表明，不同生态区室间的MP群落存在正相关，尤其是表层水与沉积物之间以及表层土与亚表层土之间。NMDS和ANOSIM分析显示，不同区室的MP群落结构存在显著但非完全隔离的差异，反映了扩散和生态位分化（环境过滤）之间的平衡。距离衰减关系分析表明，MP群落的相似性随地理距离增加而减小，且表层水中的衰减关系最强，表明其MP群落在流动传输过程中变化更显著。
研究讨论部分深入分析了MPs的分布格局、影响因素、潜在来源以及迁移和滞留过程。城市中心区和污水处理厂是MPs污染的热点区域，人口密度是关键驱动因素。支流汇入和水文条件（流速、降水）显著影响MPs的分布和传输。MPs的形态和聚合物组成指示其来源广泛，包括合成纺织品、塑料废弃物、个人护理用品和工业活动等。沉积物作为MPs的汇，其滞留作用受MPs特性（如尺寸、密度）和沉积物颗粒大小的显著影响。河岸土壤中MPs表现出明显的垂直迁移趋势，且其水平迁移可能更倾向于邻近位点，考虑到其有限的传输能力和与水体/沉积物的显著相关性，河岸土壤可能成为河流MPs的潜在长期汇。
本研究通过“微塑料群落”的概念和实地数据，揭示了河流生态区室中MP多样性及分布格局的变异性。主要结论包括：MPs在不同生态区室中的分布和群落特征存在显著差异，但又相互关联；表层水和沉积物中MPs的分布受人口密度、流速和降水等因素共同影响，且迁移活跃；沉积物是MPs的重要汇集场所；河岸土壤可能是MPs的长期汇，其MPs更倾向于垂直和邻近位点迁移。这些发现增进了对MPs在河流生态系统中归趋和传输动力学的理解，对河流生态系统的可持续管理具有重要指导意义。研究人员建议从源头控制MP污染，加强对污水处理厂排放和支流汇入点的监测，并重视河岸土壤的保护管理。尽管本研究具有案例特异性，但其结果被置于更广泛的框架内进行分析，有助于提升对全球河流生态系统中MPs环境行为的认知。
