水生环境中微塑料的比较分析：阈值匹配、丰度与质量浓度的关系以及风险评估

《Environmental Pollution》：Comparative analysis of microplastics in aquatic environments: Matching thresholds, abundance versus mass concentration, and risk assessment

微塑料污染评估中光谱匹配阈值（0.600 vs. 0.800）显著影响微塑料类型、丰度及空间分布，降低阈值导致假阳性增加及风险评估偏差。丰度与质量浓度指标结论冲突，传统污染负荷指数、聚合物危害指数误判83%站点为高风险，而基于生态毒理的风险 quotient（RQ）和生态风险 quotient（ERQ）方法仅25%站点高风险，证实生态毒理框架结合物种敏感性分布及微塑料多样性概率调整更具优势。研究提出标准化方法：采用0.800阈值、双指标（丰度与质量浓度）及生态毒理风险评估体系，为全球微塑料污染治理提供技术框架。

　　

梅伟萍|李继兵|丁晓燕|刘世宏|秦世斌|王晓春|罗春玲

广西科学院生态环境研究所，中国南宁530007

摘要：

微塑料（MP）污染评估面临方法学上的一致性问题的严峻挑战，这些问题体现在检测和风险评估框架中。本研究使用来自中国西南部喀斯特地区的水和沉积物样本进行了比较分析，以解决三个关键问题：在不同光谱匹配阈值（0.600 vs. 0.800）下微塑料特征的量化差异；丰度与质量浓度指标的比较评估；以及五种不同生态风险评估方法的评估。结果表明，降低匹配阈值显著增加了微塑料的类型和丰度，重塑了空间分布和聚合物排名，从而表明风险水平更高。重要的是，丰度和质量浓度指标得出了相互矛盾的评估结果。风险评估比较显示，传统指数（如污染负荷指数、聚合物危害指数和生态风险指数）系统性地将超过83.0%的站点归类为高风险，而基于生态毒性的方法（包括风险商数（RQ）和生态风险商数（ERQ）仅将25.0%的站点视为高风险。这突显了结合物种敏感性分布和概率微塑料多样性调整的RQ/ERQ框架的比较优势。因此，本研究提供了一个新的标准化方法框架，证明0.800的匹配阈值、双指标报告（丰度和质量）以及基于生态毒性的风险指数对于全球微塑料污染的准确特征描述和缓解优先级至关重要。

引言

微塑料（MP）污染已成为一个全球性的环境危机，在世界各地的水生生态系统中都有普遍的污染记录（Thompson等人，2024年）。这些颗粒通常小于5.00毫米，会渗透到水系统中并长期存在于沉积物中。它们的存在扰乱了营养循环，并构成了次要威胁，因为它们可以作为持久性有机污染物、重金属、抗生素和病原体的载体（Seeley等人，2020年；Rafa等人，2024年）。微塑料通过水生食物链从浮游生物到顶级捕食者的生物累积，通过改变营养相互作用和降低生物多样性韧性对生态系统安全构成重大威胁（Ali等人，2024年；Rashid等人，2025年）。来自黑海东南部的最新研究证实了微塑料的普遍性，显示在欧洲凤尾鱼和红鲻鱼等具有商业价值的鱼类物种中，平均每个体含有1.7 ± 0.18个微塑料颗粒，这突显了微塑料从环境迁移到水生生物甚至人类食物链的直接途径（Tepe等人，2024年）。全面的生态风险评估需要整合多维参数，包括颗粒大小、形状、密度、聚合物危害性、丰度和质量浓度（Guo等人，2021年；Wang等人，2024年）。然而，由于检测和评估方法学上的一致性问题，评估微塑料的生态风险仍然具有挑战性。

目前关于微塑料污染的研究主要集中在丰度量化上，但由于方法学上的一致性问题，这种方法引入了显著的不确定性（Bohdan，2022年；Ren等人，2024年；Zhao等人，2025年；Nguyen等人，2025年）。然而，基于丰度的检测方法，包括拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和激光直接红外（LDIR）光谱，往往会产生不同的估计结果。这些差异源于它们对颗粒大小、形态和分析阈值的敏感性不同，这大大复杂化了跨研究的比较（Huang等人，2022a；Ourgaud等人，2022年；Kumar等人，2024年）。先进的质量基技术如热解-气相色谱/质谱（Py-GC/MS）通过量化聚合物质量来解决这些问题，但它们缺乏用于尺寸分布分析的空间分辨率（Sefiloglu等人，2024年）。这种方法上的碎片化不仅模糊了对不同尺寸颗粒的风险评估，还导致了历史丰度数据与现代高精度结果之间的不兼容性，突显了整合方法的必要性（Dong等人，2023年；Bouzid等人，2025年）。

微塑料识别的可靠性还受到光谱匹配阈值变化的影响，这是一个关键但常被忽视的因素。许多研究使用较低的匹配阈值（例如0.650）来分类聚合物，这种做法有可能通过将非塑料颗粒或有机碎片误识别为微塑料而高估污染程度（Huang等人，2022b；Deng等人，2023年）。例如，将匹配阈值提高到0.850可以显著提高特异性，热解-气相色谱/四极杆飞行时间质谱（Py-GC/QTOFMS）和LDIR方法证明了这一点（Gao等人，2024年）。这一更高的阈值通过有效排除模糊信号减少了假阳性结果（Gao等人，2024年）。尽管如此，较低阈值的广泛采用仍然存在，可能会夸大报告的微塑料浓度并扭曲空间或时间污染趋势（López-Rosales等人，2024年）。这种不一致性凸显了重新评估分析协议的必要性，以确保研究的准确性和可比性，特别是在那些复杂基质加剧检测挑战的水和沉积物环境中。

风险评估框架进一步复杂化了这一问题。基于丰度的指标（如污染负荷指数（PLI）虽然被广泛使用，但常常由于忽略了颗粒质量和聚合物特定的毒性特征而高估风险，导致微塑料污染控制的优先级偏差（Xu等人，2018年；Qiu等人，2023年）。虽然混合方法（如生态风险指数ERI）结合了尺寸和聚合物数据部分解决了这些限制，但它们往往未能考虑颗粒密度、质量和生物累积潜力之间的动态相互作用（Dou等人，2021年；Praved等人，2024年）。同样，以质量为中心的指标（如风险商数RQ）可能无法充分捕捉到小质量颗粒（< 100 μm）的高生物可利用性所带来的风险（Koelmans等人，2022年；Zainuddin等人，2022年；Li等人，2025年）。这些不一致性突显了当前框架的局限性，以及整合丰度和质量浓度指标进行平衡评估的紧迫性。

本研究对中国南部喀斯特地区的水和沉积物中的微塑料污染进行了全面比较，解决了三个关键问题：（i）在不同聚合物匹配阈值下比较微塑料类型的变异和丰度波动，以阐明方法学对污染特征的影响；（ii）检查颗粒计数和质量浓度评估之间的不一致性，揭示污染模式解释中的根本差异；（iii）通过基于丰度和基于质量的计算进行五种成熟风险评估方法的比较评估。研究结果为优化监测协议和协调全球微塑料研究中的方法学差异提供了重要见解。

研究区域和样本收集

研究区域涵盖了广西壮族自治区喀斯特地形内的六个采样点（24.0057°-25.1493°N，107.0916°-107.9855°E），该地区的特点是多孔的碳酸盐岩基岩、相互连接的含水层以及对人为污染物的高度脆弱性（图1）。采样点战略性地分布在不同的水文地质环境中：S1–S3采样点位于贺城县的水木田庄地下水涌出区，

水和沉积物中微塑料的特征

在本节中，LDIR结果使用了0.800的匹配度。总结了微塑料的丰度、类型、大小和形状。具体来说，水中的微塑料丰度范围为0.600至3.20个/升，平均值为1.57 ± 1.02个/升（图3a）。不同采样点水中微塑料的丰度顺序如下：W3 > W4 > W2 > W1 = W5 > W6。在水中检测到了九种微塑料，包括聚酰胺（PA）、聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等，

方法标准化对于准确的微塑料风险评估至关重要

在不同LDIR匹配度（0.600 vs. 0.800）下，微塑料类型、丰度和空间分布的显著变化凸显了分析阈值对数据可比性的重大影响。将匹配阈值降低到0.600使微塑料数量增加了几倍到数十倍，同时改变了主要聚合物的排名和空间风险模式。这种不一致性是由于放宽的阈值增加了来自环境干扰物的假阳性结果（例如有机物质）

结论

本研究揭示了水生环境中微塑料污染的关键见解。虽然水和沉积物中的微塑料大小范围（10-100 μm）和形状（以颗粒为主）相似，但它们的聚合物特征存在显著差异——水中以聚酰胺（PA）为主，而沉积物中则以聚丙烯（PP）为主。降低LDIR匹配标准显著增加了微塑料的类型和丰度，重塑了空间分布和聚合物排名，从而高估了微塑料的风险。重要的是，丰度和质量浓度指标得出了

CRediT作者贡献声明

秦世斌：撰写 – 审稿与编辑。刘世宏：撰写 – 审稿与编辑。罗春玲：撰写 – 审稿与编辑、监督、概念构思。王晓春：调查。梅伟萍：撰写 – 原始草案、方法学、资金获取。丁晓燕：撰写 – 审稿与编辑、数据管理。李继兵：撰写 – 审稿与编辑、资金获取、概念构思

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了广西壮族自治区自然科学基金（2023GXNSFBA026331）、中国科学院青年创新促进协会（2023368）和八桂之光计划的支持。