太湖近岸地下水中的微塑料：其存在情况及其通过地下水排放进入湖泊的潜在通量

《Water Research》：Microplastics in nearshore groundwater of Taihu Lake: occurrence and potential fluxes to the lake via groundwater discharge

微塑料在太湖湖岸浅层地下水中普遍存在，丰度达576.9±404.6颗粒/升，含22种聚合物类型，以硅酮、含氟橡胶和氯化聚乙烯为主，提示多来源污染。通过222Rn模型估算其入湖通量达1339-3560万亿颗粒/年，表明地下水-湖泊连接是重要微塑料输送途径，需纳入未来污染评估体系。

　　

郑俊丽|陈扣平|吴建峰|吴继春

中国南京大学地球科学与工程学院，教育部地表地球化学重点实验室，南京 210023

摘要

微塑料（MPs）是一种新兴的地下污染物，但其在与大型淡水湖相连的近岸含水层中的存在和迁移潜力仍知之甚少。本研究利用激光直接红外光谱技术对太湖周边近岸含水层中的微塑料进行了表征，并通过基于²²²Rn的模型量化了它们通过湖泊地下水排放（LGD）进入湖泊的潜在通量。在所有十个浅层地下水样本中都检测到了微塑料，其浓度范围为176至1,526个颗粒/升（平均值±标准差：576.9 ± 404.6个颗粒/升）。共鉴定出22种聚合物类型，主要为硅树脂、氟橡胶和氯化聚乙烯，这表明微塑料的来源可能包括生活污染、工业污染和旅游活动。这些微塑料主要为细小（< 50 μm）的碎片，这种尺寸和形状组合有利于它们在多孔介质中的迁移。在三种基于尺寸的迁移情景下，估算的一阶、旱季基准LGD带来的微塑料负荷量分别为每年1,339 ± 966至3,560 ± 2,738万亿个颗粒（按数量计）和每年6.1 ± 6.9至57.0 ± 49.8吨（按质量计）。对于20–50 μm大小的微塑料，LGD带来的负荷量与估计的年河流输入量处于同一数量级。尽管这些估算存在较大不确定性，但这些发现突显了微塑料在湿润洪泛平原流域湖泊附近浅层地下水中的广泛存在，并表明LGD可能是微塑料进入浅水湖泊的一个先前未被充分认识的途径。这强调了在未来的塑料污染评估中需要考虑地下水与地表水的连通性。

引言

微塑料（MPs）由于其普遍分布、环境持久性以及对生态系统和人类健康的潜在风险，已成为全球关注的污染物（Prata等人，2021年；Vethaak和Legler，2021年）。尽管已有大量研究记录了河流、湖泊和水库等地表淡水环境中的微塑料，但它们在地下水中的存在、归趋和迁移机制仍不甚明了（Chen等人，2024a；D'Avignon等人，2022年；Eo等人，2019年）。这一知识空白尤其令人担忧，因为地下水是最大的大陆淡水储库（Ferguson等人，2021年），容易受到受污染土壤、垃圾填埋场和地表水中的微塑料的污染（Milbrandt等人，2022年；Nizzetto等人，2016年；Yang等人，2021年）。

在多种水文地质环境中，包括喀斯特地形、火山岛、冲积含水层和饮用水源区，越来越多地检测到微塑料（Kim等人，2023年；Mintenig等人，2019年；Mu等人，2022年；Panno等人，2019年；Samanandra等人，2022年），其浓度范围很广（0.48–6,832个颗粒/升；Esfandiari等人，2022年；Severini等人，2022年；Wu等人，2022年）。然而，在湿润且人口密集的洪泛平原流域，系统性的研究较为缺乏，这些地区地下水与湖泊之间的相互作用强烈，人类活动频繁（Mazzoleni等人，2021年）。在这些情况下，湖泊地下水排放（LGD），即地下水向湖泊的持续扩散流入，在湖泊水量平衡和水质动态中起着关键作用（Rosenberry等人，2015年）。鉴于这些湖泊提供了重要的生态系统服务（如饮用水、渔业和娱乐活动），LGD可能是微塑料转移到湖泊环境的一个被忽视的途径，可能对水生生态系统和公共健康构成威胁。

近岸湖泊含水层由于与湖水的强水力连通性而成为关键的水文界面（Rosenberry等人，2015年）。越来越多的证据表明微塑料可以在地下环境中迁移。例如，微塑料可以从地下水传输到地表水（Selvam等人，2021年），这挑战了将含水层视为被动微塑料汇的传统观点（Drummond等人，2022年；Qi等人，2022年）。实验室和野外研究进一步证明了微塑料可以通过非饱和带渗透并沿地下水流动路径侧向迁移（Goeppert和Goldscheider，2021年；Mancini等人，2023年；Zhang等人，2022年）。值得注意的是，小至1–5 μm的微塑料颗粒在浅层冲积含水层中的流动性甚至超过了某些保守估计的溶质，这表明它们在含水层中的长距离迁移潜力。综上所述，LGD可能是微塑料到达湖泊的关键但尚未充分探索的途径，尤其是在浅层且渗透性强的近岸含水层中。

太湖是中国第三大淡水湖，位于一个湿润、人口密集且高度工业化的洪泛平原地区（Xu等人，2015年），使其成为研究湖泊附近地下水中微塑料及其通过LGD迁移途径的理想场所。在湖泊的水体、沉积物、水生生物和周边支流中广泛检测到了微塑料（Chen等人，2024b；Fan等人，2022年；Su等人，2016年），表明整个流域都存在普遍的塑料污染。该湖泊通过浅层且渗透性强的含水层接收大量直接地下水排放（Shi等人，2022b）。这些浅层地下水系统容易受到人为污染的影响，可能成为陆地污染物进入湖泊及其支流的地下途径（Yan等人，2024年）。然而，相邻浅层含水层中微塑料的存在及其通过LGD进入湖泊的潜在迁移机制仍大部分未被探索。

本研究旨在：（1）表征太湖近岸地下水中微塑料的丰度、多样性和组成，并确定其潜在来源；（2）通过分析微塑料的物理性质（尤其是尺寸和形状）评估其在地下环境中的迁移潜力；（3）结合氡-222质量平衡模型和微塑料数据，量化微塑料通过LGD进入湖泊的潜在通量。通过将详细的聚合物表征与基于同位素示踪的地下水通量估算相结合，本研究为评估LGD作为微塑料传输到淡水湖泊的潜在途径提供了早期的定量框架。这些发现加深了我们对近岸含水层作为微塑料传输到湖泊生态系统途径的认识，并为管理地下水-地表水系统的塑料污染提供了更广泛的启示。

研究区域

研究区域

太湖位于长江三角洲，是一个大型浅层淡水湖，面积为2,338平方公里，平均深度为1.9米（Xu等人，2015年）。它被几座大城市所环绕（图1），为近2000万人提供重要的饮用水来源（Su等人，2016年）。太湖流域具有典型的亚热带季风气候，夏季炎热多雨。根据1981年至2010年的气象数据，年均

地下水中微塑料的丰度和多样性

在从太湖周边近岸含水层采集的所有十个地下水样本中都检测到了微塑料。微塑料的浓度在不同地点差异很大，范围从176到1,526个颗粒/升，平均值为576.9 ± 404.6个颗粒/升（图2a）。本研究中观察到的微塑料浓度处于全球地下水系统报告值的上限范围内（表1）。全球范围内，地下水中微塑料的平均浓度通常在0.07至2,103个颗粒/升之间，大多数研究报道的浓度

结论

本研究全面评估了近岸地下水中微塑料的存在情况，并量化了它们通过LGD进入太湖的迁移潜力。在所有地下水样本中都检测到了微塑料，其浓度处于全球地下水报告值的高端。这些检测到的微塑料表现出高度的聚合物多样性，主要为细小（< 50 μm）的碎片状颗粒，其中硅树脂、氟橡胶和氯化聚乙烯是最丰富的类型。通过整合尺寸分辨

未引用的参考文献

Lu等人，2022年；中华人民共和国环境保护部（MEP）2002年；Bi等人，2025年；Wang等人，2021年

CRediT作者贡献声明

郑俊丽：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，可视化，调查，正式分析，数据管理。陈扣平：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，监督，调查，资金获取，概念构思。吴建峰：撰写——审稿与编辑，项目管理，概念构思。吴继春：撰写——审稿与编辑，监督，项目管理，概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（42177043）的支持。我们感谢Xi Gu和Yuqing Xiu在野外采样方面的帮助。同时，也感谢三位匿名审稿人的建设性建议。