微塑料污染与生态风险评估指数应用：基于系统综述的实践指南

《Journal of Hazardous Materials》：Index-based pollution and environmental risk assessment of microplastics: handbook for a mindful practice

　　

微塑料（Microplastics, MPs）污染的环境风险评估指数正在迅速增加，但其误用和陷阱可能限制评估的质量和可比性。本研究系统梳理了当前用于评估MP污染的各类指标，旨在协助研究人员对其加以批判性应用。同时，针对主要固有缺陷提出了可行的解决方案。未来发展方向应聚焦于标准化的多维评估框架。研究遵循PRISMA声明，从Web of Science核心合集检索截至2025年12月31日的英文文献，最终纳入361篇合格论文进行分析。最常用的三个指数为污染负荷指数（Pollution Load Index, PLI）、聚合物危害指数（Polymer Hazard Index, PHI）和潜在生态风险指数（Potential Ecological Risk Index, PERI）。PLI基于MP丰度评估污染水平，但面临背景参考值选择主观性强、零值导致几何均值失真等问题。PHI依据不同聚合物的危害评分及其比例评估风险，但其分类阈值缺乏统一标准。PERI综合毒性系数与污染因子进行风险评估，但在应用中同样存在参数设定不一致的局限。研究还发现，超过70%的案例采用多指数联合评估方式。为解决上述问题，研究人员提议建立统一的背景污染基线标准，例如基于全球偏远/原始环境数据确定各介质的最低MP浓度作为参考值。此外，研究强调指数应用需结合具体环境介质（如水、沉积物、生物体等）和生态系统类型（淡水、海洋、陆地等）进行差异化解读。最终，该综述呼吁发展标准化、多维度的评估框架，以提高MP污染风险评估的可比性和科学性。

一、研究背景与问题

塑料因其多功能性和低成本而被广泛应用，但随之而来的塑料污染已成为全球重大环境威胁。微塑料（Microplastics, MPs），即粒径小于5 mm的塑料颗粒，自2004年被首次定义以来，已在全球各类环境中被广泛检出，从深海沉积物到珠穆朗玛峰顶，乃至人体组织。MPs不仅对生物体造成物理损伤，还能作为化学污染物载体，诱发氧化应激等亚致死毒性效应，并对碳循环和气候变化产生负面影响。尽管已有大量研究，但如何科学、统一地评估MPs的生态风险仍是一个挑战。

目前，各类指数被用于量化MP污染水平和生态风险，但这些指数的滥用和误用严重限制了评估结果的质量和可比性。主要问题包括：背景参考值选取的主观性、分类阈值不统一、指数适用条件不明晰等。为此，本研究旨在系统综述现有MP生态风险评估指数的应用现状，识别其优势、局限性，并提出改进方案，以推动标准化评估框架的建立。

二、研究方法

研究严格遵循PRISMA系统综述标准，数据来源于Web of Science（WoS）核心合集。检索策略为在“所有字段”中组合关键词“microplastic”、“risk assessment”和“index”，限定语言为英语，时间截止至2025年12月31日，共获得508篇文献。经排除综述类、生理状态指数类、文献计量学指数类、化学完整性指数类、纯人类健康风险评估类及不当索引类文章后，最终纳入361篇合格论文。研究人员从每篇论文中提取出版年份、第一作者所属国家、采样国家、出版商与期刊、生态系统类型、所用指数及环境介质等信息。若同一篇文章涉及多种指数或环境介质，则作为独立案例分别统计。

三、研究结果

3.1 文献产出概况

首篇相关论文发表于2018年，此后经过三年低产期，2021年至2025年间呈指数级增长，其中2024—2025年平均每年发表133.5篇。361篇论文累计被引5506次，篇均被引15.3次。引用最高的三篇论文分别为Xu等（492次）、Ranjani等（332次）和Kabir等（202次）。

3.2 国家与机构分布

研究产出主要集中在亚洲，前三名为中国（132篇）、印度（90篇）和孟加拉国（36篇）。西方国家的参与相对滞后，排名最靠前的捷克共和国位列第13位。共有189家机构参与了相关研究，其中孟加拉国诺阿卡利科技大学（Noakhali Science and Technology University, NSTU）贡献最多（18篇，占8.7%），其次是中国科学院（4.4%）和果阿大学（3.4%）。

3.3 出版商与期刊分布

Elsevier、Springer和MDPI是发表该类研究最多的三大出版商，分别发表了219篇、65篇和22篇。《Science of the Total Environment》和《Marine Pollution Bulletin》各发表32篇（各占8.8%），并列第一，《Environmental Pollution》以28篇（7.7%）紧随其后。值得注意的是，49.4%的期刊仅发表过一篇相关论文。

3.4 最常用指数定义、应用与局限

3.4.1 污染负荷指数（Pollution Load Index, PLI）

PLI基于MP丰度评估区域污染负荷，由Tomlinson等最初提出用于重金属污染评价，后被Xu等首次应用于MP领域。计算公式为：站点污染因子CF_i = C_i / C₀，站点PLI_i = √CF_i，区域PLI_zone = (∏_i=1ⁿ PLI_i)^1/n。PLI分为四级：I级（低，<10）、II级（中，10≤ <20）、III级（高，20≤ <30）、IV级（很高，≥30）。PLI是最常用的指数（占案例的33.6%），主要用于水体和沉积物。其主要问题包括：背景参考值C₀选取主观性强（如最低值、文献平均值或预测无效应浓度PNEC），导致结果难以跨研究比较；几何均值特性使单个零值站点可导致整体PLI为零，低估污染。由于MPs完全来自人为源，C₀本质上反映的是慢性污染基线而非自然本底。为此，研究人员基于全球偏远/原始环境数据，首次提出了各环境介质的统一标准参考值，例如河流沉积物C₀建议为1.00E+00 MP/kg，河流水体为1.00E-04 MP/L。

3.4.2 聚合物危害指数（Polymer Hazard Index, PHI）

PHI（亦称HI或PRI）依据不同聚合物的危害评分及其在样品中的占比评估风险，由Xu等首次提出，危害评分源自Lithner等的分类体系。计算公式为：H = ∑_j=1^p P_j × S_j，其中P_j为第j种聚合物的丰度比例，S_j为其危害评分。PHI也分四级：I级（低，<10）、II级（中，10≤ <100）、III级（高，100≤ <1000）、IV级（很高，≥1000）。PHI在261个案例中使用（占30.9%），主要应用于水体和沉积物。其局限在于：部分聚合物（如PAN、PUR、PVC）的危害评分因增塑剂等因素存在多个数值，研究中常取平均值，可能引入不确定性。

3.4.3 潜在生态风险指数（Potential Ecological Risk Index, PERI）

PERI综合毒性系数与污染因子进行风险评估，由Ranjani等首次应用于MP领域。计算公式为：E_r = T_r × CF，其中T_r为聚合物毒性系数。PERI分为五级：I级（低，<150）、II级（中，150≤ <300）、III级（高，300≤ <600）、IV级（很高，600≤ <1220）、V级（极高，≥1220）。PERI在20.4%的案例中使用，近年来关注度上升但尚未追平PLI和PHI。其应用同样面临参数设定不一致的问题。

四、讨论与结论

研究发现，超过70%的研究采用多指数联合评估方式，表明单一指数难以全面反映MP污染风险。然而，各指数在背景参考值、分类阈值、聚合物评分等方面的差异严重制约了评估结果的可比性。为此，研究人员提出以下建议：建立统一的背景污染基线标准，如本文基于全球文献提出的各介质参考值；明确区分MPs与重金属在背景值概念上的本质差异；谨慎处理零值站点以避免几何均值失真；统一各指数的分类阈值体系。未来研究方向应聚焦于开发标准化的多维评估框架，整合丰度、聚合物组成、粒径分布、形态特征及化学吸附等多维度信息，以提高MP生态风险评估的科学性和实用性。该论文发表于《Journal of Hazardous Materials》。