《Journal of Great Lakes Research》：Beyond the surface – Microplastic hotspots in the water column of a top plastic-polluted deep lake
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微塑料垂直分布及生态风险研究——以瑞士卢加诺湖为例，通过分层采样分析发现表层以下水体仍存在较高微塑料浓度（30.9 particles/m3），且存在季节性差异，提示深层湖泊作为微塑料积聚地的潜在风险，需加强全水柱监测。
Federica Rotta | Camilla Capelli | Agnese Marchini | Barbara Leoni | Giusto Lo Bue | Maya Musa | Maria Pia Riccardi | Fabio Lepori
瑞士南部应用科学与艺术大学地球科学研究所，门德里西奥校区，Via Flora Ruchat-Roncati 15，门德里西奥，瑞士
摘要
关于湖泊中微塑料的研究大多集中在表面漂浮的颗粒上，而人们对水下层中微塑料的存在知之甚少，尽管这些层占据了湖泊体积的绝大部分。这种知识空白令人担忧，因为如果不深入了解微塑料在垂直方向上的分布情况，就无法准确评估微塑料对湖泊生态系统的影响。为了填补这一空白，本研究调查了瑞士和意大利卢加诺湖不同水层中微塑料的浓度和组成（大小、形状和聚合物类型）的季节性变化。卢加诺湖是一个位于阿尔卑斯山南部的深湖，以其表面严重的微塑料污染而闻名。研究人员从水柱的不同层（表层（0–0.2米）、水下层（0–10米）、中层（10–20米）和底层（20–80米）定期采集微塑料样本。结果显示，微塑料浓度最高的三个层次分别是表层（18.9颗粒/立方米）、水下层（29.2颗粒/立方米）和中层（30.9颗粒/立方米），而底层（4.3颗粒/立方米）的浓度最低。此外，不同层次之间的微塑料组成（大小和形状）存在差异，这表明季节性环境变化与水动力条件的相互作用可能是深湖中微塑料分布的关键因素。在0至20米深度的日光层内观察到的高微塑料浓度表明微塑料与淡水生物之间可能存在高风险相互作用，需要进一步研究。
引言
全球每年塑料产量超过4.3亿吨（PlasticsEurope，2025年），其中大部分最终进入环境。根据联合国环境规划署的数据，只有五分之一的塑料被焚烧或回收，其余的则被填埋或散布在环境中（UNEP，2005年）。大量塑料的扩散，加上其高化学和机械耐久性，使其成为全球主要的垃圾污染源（Tian等人，2023年）。例如，塑料估计占所有海洋垃圾的约80%（Andrady，2011年）。这种高水平的污染对人类和环境健康构成威胁（Eerkes-Medrano等人，2015年）。而且，随着塑料产量的持续增长（PlasticsEurope，2025年），塑料在环境中的扩散也在增加（Galloway和Lewis，2016年）。
微塑料（MPs）被定义为长度小于5毫米的塑料颗粒（Galgani等人，2010年），因其可能通过多种方式危害生物（如通过摄入或暴露于微塑料吸附的化学物质）而具有特殊的生态学意义（Bellasi等人，2020年；Nava和Leoni，2021年；Nava等人，2024年）。微塑料几乎存在于陆地、水和空气环境中（Akanyange等人，2022年）。部分来自陆地来源（如垃圾填埋场、污水系统）的微塑料通过河流系统进入海洋，形成了全球性的水传播“塑料路径”。作为陆地来源微塑料的最终归宿，海洋长期以来被认为是微塑料的主要汇集地，因此成为研究的重点（Chen等人，2024年）。然而，最近的研究表明，湖泊也是微塑料积累的重要场所（Alfonso等人，2020年；Boucher等人，2019年；Free等人，2014年；Nava等人，2023年）。因此，湖泊中的微塑料浓度可能等于甚至超过海洋垃圾热点地区的浓度（Nava等人，2023年）。
尽管过去十年对湖泊中微塑料污染的研究有所增加，但人们对湖泊内微塑料的分布了解仍然有限（D’Avignon等人，2022年）。迄今为止，大多数研究集中在测量表层中的微塑料浓度（例如Binelli等人，2024年；Cox等人，2021年；Dusaucy等人，2021年；Eriksen等人，2013年；Faure等人，2015年；Felismino等人，2021年；Mason等人，2016年；Mason等人，2020年；Nava等人，2023年；Pasquier等人，2022年；Sighicelli等人，2018年）。然而，由于塑料会下沉（Elagami等人，2022年；Elagami等人，2023年；Khatmullina和Chubarenko，2021年；Liu等人，2020年），塑料污染并不局限于湖泊表面。在大型深湖中，表层仅占湖泊总体积的一小部分。此外，这些湖泊通常会经历季节性的温度分层，这可能会影响微塑料在整个水柱中的分布。因此，仅依靠表层采样来评估整个湖泊体积中的微塑料浓度是不准确的。尽管如此，只有少数研究探讨了湖泊中微塑料的垂直分布（Anagha等人，2023年；Chen等人，2024年；Fox等人，2022年；Lenaker等人，2019年；LfU，2019年；Tamminga和Fischer，2020年；Tikhonova等人，2024年），但结果并不一致。因此，关于深湖中微塑料的行为和命运仍有许多未解之谜。例如，微塑料是否会在表层以下积累？如果会，它们是在整个水柱中均匀分布，还是在特定深度积累？哪些因素（如微塑料的性质和湖泊的水动力条件）影响其在水下的分布？如果不扩展到整个水柱的研究，就无法全面了解湖泊中的微塑料污染程度、相关的生物风险以及湖泊作为塑料路径上热点的作用。
本研究调查了位于阿尔卑斯山南侧的一个深自然湖泊（瑞士和意大利的卢加诺湖）不同层次（深度达80米）中的微塑料浓度。一项涵盖38个来自各大洲湖泊的全球调查显示，卢加诺湖在表层微塑料浓度方面属于污染最严重的湖泊之一（Nava等人，2023年）。这是首次探索这一高度污染表层以下层次的微塑料浓度。研究人员测量了不同水层（表层、水下层、中层和底层）以及不同季节中的微塑料浓度和组成（大小、形状和聚合物类型）。研究结果将有助于揭示影响深湖中微塑料垂直分布的因素，为识别相关生态风险提供关键证据。
研究区域
卢加诺湖是一个位于阿尔卑斯山南侧的深湖，跨越瑞士和意大利的边界（北纬45°59′0′′，东经8°58′0′′；图1）。尽管卢加诺湖的表面积相对较小（48.9平方公里），但其显著的深度、明显的热分层和较长的停留时间与大型湖泊的特征相似（Boyce等人，1989年），表明悬浮颗粒（包括微塑料）的垂直分布模式也相似。该湖由狭窄的水道分隔成三个盆地。
卢加诺湖水柱中的微塑料分布
在所有样本中共检测到9043个塑料颗粒，其中碎片（总数：3063个）和纤维（总数：5800个）是最常见的形态。其他形态（包括薄膜、泡沫、颗粒和珠状）较为罕见，占所有检测到的微塑料的比例不到1%。不同层次和季节之间的微塑料浓度存在差异。总体而言，底层中的微塑料浓度最低（各采样点和季节的平均值为4.33 ± 2.81颗粒/立方米；图2）。
讨论
在湖泊研究中，微塑料的调查和监测项目主要集中在漂浮的微塑料上（D’Avignon等人，2022年；Dusaucy等人，2021年；Nava等人，2023年；Pasquier等人，2022年），这可能是基于表面层是来自陆地来源的漂浮塑料的首个接收者的假设。然而，本研究表明，在卢加诺湖这种深度分层且表层受到严重微塑料污染的湖泊中，
结论
本研究的结果强调了深度分层湖泊作为微塑料污染热点的潜在作用，这些湖泊在全球塑料路径中积累了高浓度的微塑料。例如，本研究中卢加诺湖水下层和中层的微塑料平均浓度约为30颗粒/立方米，而北大西洋的微塑料浓度通常不超过4.98颗粒/立方米（Mutuku等人，2024年）。鉴于此，强烈建议
作者贡献声明
Federica Rotta：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，可视化，方法论，调查，数据分析，概念化。Camilla Capelli：撰写 – 审稿与编辑，方法论，数据分析，概念化。Agnese Marchini：撰写 – 审稿与编辑，概念化。Barbara Leoni：撰写 – 审稿与编辑，概念化。Giusto Lo Bue：撰写 – 审稿与编辑，调查，数据分析，数据管理。Maya Musa：撰写 –
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本项工作得到了提契诺州政府（瑞士）和国际意大利-瑞士水域保护委员会（CIPAIS）的支持和资助。特别感谢Renishaw S.p.A.及其R. Tagliapietra先生提供的分析支持。最后，我们感谢Stefano Beatrizotti和Arturo Di Giacinto在野外工作方面的帮助。
