尼泊尔巴格马提河地表水微塑料污染：空间分布特征、支流输入及潜在生态影响

《Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C》：Microplastics pollution in surface water of the Bagmati River, Nepal: Spatial patterns, tributary inputs, and potential ecological implications

　　

•微塑料浓度从源头的 31 ± 17 个/升上升至出口的 149 ± 6 个/升。
•支流的汇入显著增加了巴格马蒂河沿线的微塑料水平。
•碎片和纤维数量近乎相等，分别占比 49% 和 51%。
•碎片主要为聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE），而纤维主要为涤纶（PES）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚丙烯（PP）和聚酰胺（PA）。
•黑色微塑料（34%）最为丰富，主要分布在 100–500 微米尺寸范围内。

引言
塑料因其轻质、低成本和绝缘性能，在日常生活（包括农业和工业）中有广泛应用 (Cox et al., 2019)。2020 年，全球塑料使用量达到 4.64 亿吨，预计到 2050 年将翻倍至 8.84 亿吨，这可能导致自 2000 年以来环境中累积 47 亿吨塑料 (Dokl et al., 2024)。即使采取立即和集体的措施，估计仍会有 7.1 亿吨塑料废物分布在陆地和水生态系统 (Lau et al., 2020)。在水生环境中，塑料可降解为较小的塑料颗粒 (Law and Thompson, 2014)。直径介于 1 微米至 5 毫米之间的塑料颗粒被称为微塑料（MPs）(Thompson et al., 2004)。微塑料源自一次源和二次源 (Cole et al., 2011)。二次微塑料是较大的塑料物品通过物理、化学和生物过程分解的结果 (Andrady, 2011)，而一次微塑料则是有意制造成微观尺寸用于化妆品、空气喷涂和其他产品等领域 (Cole et al., 2011)。

微塑料现已遍布所有环境隔室。它们是遍布全球河流、湖泊和其他淡水体中的常见污染物 (Bexeitova et al., 2024)。淡水环境中的微塑料污染因其对水生生物和食物网的潜在影响而引起了严重关切。彩色和小型颗粒更容易被水生生物误认为是食物，因为它们类似于较低营养级的生物 (Boerger et al., 2010; Law and Thompson, 2014)，这强调了研究和监测其颜色特征的重要性 (Ríos et al., 2022)。已在多种淡水生物（包括大型无脊椎动物、蜗牛和鱼类）中记录到微塑料摄入现象。álvarez Troncoso 等人 (2024) 报告了西班牙加福斯河中来自鳞翅科和石蛾科的大型无脊椎动物的保护壳内以及蜓科（蜻蜓目）成员体内的微塑料。An 等人 (2022) 报告了中国清江中的蜗牛体内含有微塑料，浓度范围为每只 11.33 ± 3.40 至 67.50 ± 15.31 个。同样，Badola 等人 (2023) 报告四种鱼类每只 12.63–53.13 个微塑料，而孟加拉国图拉格河的淡水鱼胃肠道中每只含有 0.63 ± 0.18 至 7.0 ± 1.1 个微塑料 (Khan et al., 2023)。这些研究表明，淡水生物中的微塑料摄入现象普遍存在，尽管不同物种和采样地点摄入的微塑料丰度差异很大。小于 10 微米的颗粒可能对水生生物构成额外风险，因为有报道指出它们会在肠道中积累并转移到循环系统 (Browne et al., 2008)。因此，微塑料的尺寸也在其在生物体内的转移中起着重要作用。微塑料的摄入和随后的转移可能促进其进入水生食物网。此外，水生生物中存在微塑料表明通过饮食消费存在人类暴露的潜在途径。

各研究的水面采样技术各不相同。采用的不同采样程序包括玻璃罐/瓶采集 (álvarez Troncoso et al., 2024; Kabir et al., 2021)、曼塔拖网 (Babel et al., 2022; Kunz et al., 2023)、现场筛分 (Badola et al., 2023; Jiang et al., 2019)、浮游生物网 (Campanale et al., 2019)、漂流网 (Eibes and Gabel, 2022) 以及配备网网的机动水泵 (Rodrigues et al., 2018)。采样方法的这种差异可能导致研究间报告的微塑料丰度存在差异，并可能限制微塑料浓度的直接比较。

河水样本通常 undergo 消化处理，并在适用时进行密度分离，然后进行定量和表征。样品前处理通常涉及使用过氧化氢（H2O2）进行湿过氧化氧化 (Kabir et al., 2021; Kunz et al., 2023; Sekudewicz et al., 2021)。密度分离也使用不同的盐进行，包括氯化钠 (NaCl) (Akdogan et al., 2023; Lestari et al., 2020)、氯化锌 (ZnCl2) (Jiang et al., 2019)、甲酸钾 (An et al., 2022) 和碘化钠 (NaI) (Babel et al., 2022)。消化和密度分离程序的选择会影响环境样品中微塑料的回收率，特别是对于尺寸、形态、聚合物类型和密度不同的颗粒。因此，样品处理中的方法差异可能导致研究间回收的微塑料丰度和类型存在差异。因此，在比较不同河流系统报告的微塑料丰度时，应考虑这种方法的变异性。

不同地区河流表面水中报告的微塑料丰度差异很大。几条亚洲河流报告了相对较高的丰度，特别是在中国和日本。例如，中国清江报告的浓度为每升 22.00–39.55 个颗粒 (p/L)，而日本河流显示每升 111.88–272.5 个 (An et al., 2022; Kabir et al., 2021)。这些高水平可能与人口密度高、快速城市化、废物管理不善、废水排放及其他人为压力有关。南亚和东南亚国家显示出中等浓度。恒河报告的丰度为每立方米 118.5 个 (0.119 个/升)，昭披耶河和西贡河分别为每立方米 80 个 (0.080 个/升) 和每立方米 68 个 (0.068 个/升) (Babel et al., 2022; Badola et al., 2023)。相比之下，欧洲河流的微塑料浓度差异很大，一些研究报告了非常低的浓度，而另一些报告的值比东南亚国家河流报告的浓度要高。报告的丰度范围从奥方托河 (0.9–13 个/立方米；0.0009–0.013 个/升) 和安图阿河 (58–265 个/立方米；0.058–0.265 个/升) 的非常低浓度到埃姆斯河 (1.54 个/升) 和维斯瓦河 (1.6–2.55 个/升) 的相当高浓度 (Campanale et al., 2020; Eibes and Gabel, 2022; Rodrigues et al., 2018; Sekudewicz et al., 2021)。同样，加拿大圣劳伦斯河 (0.12–0.16 个/升) 报告了相对低的浓度，而澳大利亚河流显示了每升 9 个的较高值 (Crew et al., 2020; Samandra et al., 2023)。除了城市河流外，原始河流系统中也记录到了微塑料污染。青藏高原的河流显示微塑料浓度为每立方米 483–967 个 (0.483–0.967 个/升) (Jiang et al., 2019)，表明即使在原始环境中微塑料也普遍存在。然而，这些区域模式应谨慎解释，因为采样策略、颗粒尺寸范围和表达单位的差异可能会大幅影响报告的丰度。因此，河流系统之间的直接比较不能仅归因于地理差异。

纤维和碎片始终被报告为河水中微塑料的主要形态。它们在亚洲、欧洲及其他地区河流中的普遍存在已有记录，表明这些形态代表了淡水微塑料污染的主要成分 (álvarez Troncoso et al., 2024; Badola et al., 2023; da Costa et al., 2023; Liu et al., 2024b; Sekudewicz et al., 2021)。纤维的占主导地位可能与纺织洗涤、废水排放及其他家庭活动有关，而碎片通常是通过较大塑料物品和碎屑的风化和分解产生的。因此，纤维和碎片的相对丰度可能提供了进入河流系统的塑料输入类型的指示。同样，聚丙烯 (PP)、聚乙烯 (PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)、涤纶 (PES)、聚酰胺 (PA) 和聚氯乙烯 (PVC) 是主要的聚合物 (álvarez Troncoso et al., 2024; da Costa et al., 2023; Pradit et al., 2023; Rico et al., 2023; Yang et al., 2021)。这些聚合物在地理上多样化的河流中的反复检测，与其在包装、纺织品、消费品及其他日常应用中的广泛使用相一致。然而，仅靠聚合物组成无法确定具体来源，因为相同的聚合物可能源自多种产品和途径。

河流中微塑料的来源是多样的，并与周围的人类活动和集水特征密切相关。生活污水、纺织洗涤、工业废水、农业和道路径流、废物不当处置以及大气沉淀均已被确定为微塑料进入河流系统的潜在途径 (Akdogan et al., 2023; Badola et al., 2023; Capparelli et al., 2021; Napper et al., 2023; Zhang et al., 2024)。这些来源的相对贡献可能随人口密度、城市化程度、塑料废物管理实践、靠近城市中心的程度、降雨量及其他集水特征而异。因此，微塑料丰度的增加通常与更大的人为压力和城市影响相关，而降雨可以增加微塑料从陆地表面和排水网络向河流的输送 (Dai et al., 2022; Ding et al., 2019; Liu et al., 2023; Napper et al., 2023; Sekar and Sundaram, 2023)。这些来源可能在同一集水区内同时运作，使得将观察到的微塑料污染归因于单一途径变得困难。因此，评估微塑料浓度与支流汇入及周围集水特征的关系，可以提供关于微塑料空间分布以及局部人为压力对受纳河流影响的见解。

几项研究报告下游微塑料浓度高于上游，少数也报告了相反的情况 (da Costa et al., 2023)。除了贡献微塑料输入外，支流汇入可以产生湍流或增加局部流速，这可能要么重新悬浮先前沉降的颗粒，要么稀释现有的微塑料浓度 (Eibes and Gabel, 2022)。湍流条件主要有助于近球形和大型微塑料的重新悬浮。相比之下，纤维和较小微塑料的沉降受到流型变化的强烈影响，而近球形和最大的颗粒受这些变化的影响最小 (álvarez Troncoso et al., 2024)。然而，以往关于河流微塑料的研究主要侧重于其在河流内的空间分布和污染水平，对个别城市支流对受纳河流中微塑料浓度贡献的关注有限。特别是，关于具有不同径流量、流态特征和城市化程度的支流作为微塑料途径的影响尚未得到系统研究。本研究通过评估巴格马蒂河沿线多个支流汇合处上游和下游的微塑料浓度，弥补了这一空白，从而评估源自城市中心不同部分的支流的贡献。

除了量化微塑料浓度和支流输入外，本研究还根据形状、尺寸、颜色和聚合物类型对微塑料进行表征，以提供关于其潜在来源的见解。评估在季风前期进行，此时河流径流量相对较低，污染浓度可能较高，提供了潜在高污染条件下的微塑料特征和输入信息。这有助于理解微塑料污染的潜在生态影响，并制定有针对性的管理和微塑料去除策略。

确定贡献大量微塑料负荷的支流有助于优先确定需要进行污染控制干预的城市区域。这些信息还可以为污水处理厂提供参考，通过确定优先城市区域和需在未来处理及源头控制策略中考虑的微塑料特征，特别是在污染较高的时期。通过整合纵向分布、支流贡献、详细的微塑料表征和潜在生态影响，本研究全面了解了巴格马蒂河中的微塑料污染，并为有针对性的管理提供了基础，特别是在尼泊尔等发展中国家的快速城市化地区。

具体目标为：(i) 评估巴格马蒂河从源头到出口沿线微塑料的丰度和分布；(ii) 根据支流特征（包括河长、径流量和城市化程度）比较支流汇合前后微塑料浓度；(iii) 表征微塑料的形态、颜色、聚合物组成和尺寸分布；以及 (iv) 评估巴格马蒂河中微塑料相关的潜在生态和环境风险。

章节片段
研究区域
巴格马蒂河是加德满都谷地的重要组成部分，在自然和文化方面都具有意义。它始于希瓦普里山的巴格达瓦尔，一个海拔 2630 米的神圣之地。河流流经山谷约 25 公里，汇入比什努马蒂河和马诺哈拉河，以及多比河、巴尔库河和纳库河等较小的溪流。

巴格马蒂河通过南部的乔巴尔峡谷——一条狭窄的通道——流出山谷，随后继续流向平原。巴格马蒂河微塑料含量丰富。巴格马蒂河源头附近的桑达里贾尔（Sundarijal）处记录的微塑料最低浓度为31 ± 17 MPs/L，而最高浓度记录于出口处的乔巴尔（Chobar），为149 ± 6 MPs/L。从源头向城市化区域方向，微塑料浓度总体呈上升趋势，但在B-UN公园、B-Teku和B-Balkhu处，浓度下降至低于前一站点的水平。除此之外，所有站点在支流汇入巴格马蒂河后均显示微塑料浓度增加或持平。结论总之，本研究通过考察微塑料浓度的空间变化以及城市化和支流输入的影响，对巴格马蒂河的微塑料污染进行了评估。通过比较汇流前后微塑料浓度的变化，本研究为支流输入对干流微塑料分布的潜在影响提供了见解。结果显示，微塑料浓度（31–149 MPs/L）从源头向下游呈显著上升趋势（r = 0.79, p < 0.001, n = 17）……局限性本研究存在以下局限性：• 使用密度为1.5 g/cm3的ZnCl?可能会降低对密度大于1.5 g/cm3聚合物的回收率，从而导致微塑料被低估。• 采样仅在雨季前进行。由于河流径流量、地表径流和沉积物再悬浮的变化，雨季和旱季期间微塑料浓度及支流输入可能有所不同。• 本研究未评估短期或长期……建议为最大限度地减少巴格马蒂河的微塑料污染，我们建议采取以下措施：对相关部门而言• 改善污水处理：确保生活废水和工业废水在排放入河前得到充分处理。应识别并控制非法和未经处理的废水排放，并在必要时扩大污水处理能力。• 控制塑料垃圾：加强措施以减少塑料废弃物被丢弃入河……CRediT作者贡献声明Yubraj Dahal：写作——审阅与编辑、写作——初稿撰写、可视化、方法论、调查研究、正式分析、数据整理、概念构思。Ramesh Gautam：写作——初稿撰写、调查研究、正式分析。Rashika Pandit：写作——初稿撰写、调查研究、正式分析。Reema Lama Pakhrin：写作——初稿撰写、调查研究、正式分析。Menuka Prajapati：调查研究、正式分析。Deena Prajapati：调查研究、正式分析。Tista Prasai参与同意不适用。出版同意不适用。财务及非财务利益没有需要披露的相关财务或非财务利益。伦理审批不适用。资金本研究由尼泊尔科学院（尼泊尔历法2081-2082财政年度）和泰国法政大学泰国科学与创新基本基金（2026财政年度）支持。利益冲突声明作者声明不存在利益冲突。致谢本研究由尼泊尔科学院（尼泊尔历法2081-2082财政年度）和泰国法政大学泰国科学与创新基本基金（2026财政年度）支持。我们非常感谢尼泊尔科学院的Deepa Dhital博士对本研究的支持。Yubraj Dahal|Ramesh Gautam|Rashika Pandit|Reema Lama Pakhrin|Menuka Prajapati|Deena Prajapati|Tista Prasai Joshi|Rabindra Prasad Dhakal|Sandhya Babel