源头溪流与小型淡水鱼类中的微塑料污染

《Microplastics》：Microplastic Pollution in Headwater Streams and a Small Freshwater Fish

　　

微塑料污染是一个日益重要的环境问题，尤其是在水生生态系统中。然而，历史上对微塑料的研究偏向于海洋系统和大淡水系统，导致对这种污染潜在普遍性和范围的了解不完整。为了理解淡水微塑料潜在的普遍性，研究人员将研究聚焦于美国马萨诸塞州中北部的11条小型源头溪流和一种小型淡水鱼类——黑鼻鲦（Rhinichthys atratulus）。在所有采样溪流中均发现了微塑料。溪流中微塑料数量存在显著差异，浓度范围为每立方米水0.3至45.1个颗粒。研究人员对其中5条溪流每条采集了14-20条鱼进行微塑料评估。绝大多数鱼体内含有微塑料，部分个体消化道内超过200个颗粒。鱼体内微塑料数量与水中的微塑料数量、鱼体长度或溪流周围土地利用之间未发现统计显著关系。这些结果共同表明，微塑料普遍存在，在评估这种污染源对生态系统的全面影响时，需考虑小型淡水生态系统。

微塑料污染已成为全球性环境挑战，尤其是在水生生态系统中。尽管已有大量研究关注海洋和大尺度淡水系统（如大湖、大河）中的微塑料（Microplastics, MPs）污染，但小型源头溪流及其栖息的小型鱼类仍严重缺乏研究。源头溪流是连接陆地与下游水体的关键通道，其微塑料污染状况可能直接影响更大范围的水生食物网。然而，目前学界对小型淡水水体中微塑料的普遍性、驱动因素及其生物效应认知不足。为此，研究人员以美国马萨诸塞州中北部纳舒厄河流域（Nashua River sub-basin）的11条源头溪流为研究区域，选取一种常见小型鱼类——黑鼻鲦（Rhinichthys atratulus）作为研究对象，旨在评估微塑料在小型淡水生态系统中的赋存特征，并探讨土地利用、鱼体长度等因素对微塑料丰度的影响。该研究发表于《Microplastics》。

**关键技术方法**
样本采集自马萨诸塞州中北部纳舒厄河流域的11条源头溪流（GPS坐标标注），鱼类样本取自其中5条溪流。水样使用150 μm浮游网采集，鱼样采用背包电击器（Smith-Root LR-24）捕捞并安乐死。实验室处理包括：样品过5.0 mm不锈钢筛，干燥后使用30%过氧化氢（H₂O₂）和0.05 M硫酸亚铁（FeSO₄）催化氧化有机物，再以5 M氯化钠（NaCl）溶液进行密度分离，下层高密度物质舍弃，上层含微塑料的部分过0.3 mm筛。微塑料鉴定采用尼罗红（Nile red）染色结合荧光显微镜（Leica MZ10 F，绿色荧光蛋白滤光片）观察。每日设置对照以扣除背景污染。统计分析：水样数据使用Spearman秩相关检验微塑料浓度与土地利用（流域尺度及局部50 m缓冲区尺度）的关系；鱼样数据采用负二项广义线性混合模型（glmmTMB包），固定效应包括水中微塑料数量、鱼体标准长、流域及局部土地利用百分比，随机效应为采样溪流。

**研究结果**
**3.1 溪流水样结果**
所有11条采样溪流的水样中均检出微塑料，浓度范围为0.3至45.1个/m3，多数溪流低于15个/m3，其中Monoosnoc（Mon）和Reedy Meadow（Ree）两条溪流浓度超过35个/m3。Spearman秩相关分析显示，水微塑料浓度与流域尺度土地利用百分比呈正相关但未达到统计显著水平（ρ = 0.575, n = 11, p = 0.064; 95% CI = ?0.058, 0.878），局部尺度亦无显著相关性（ρ = 0.000, n = 11, p = 1.00; 95% CI = ?0.613, 0.613）。该结果表明，在基流条件下，土地利用并非微塑料浓度的唯一预测因子，水文条件等其他因素可能更为重要。

**3.2 鱼类样本结果**
在5条溪流采集的87条黑鼻鲦中，94%的个体消化道内含有微塑料，其中Asnebumskit（Asn）、Falulah（Fal）和Monoosnoc（Mon）三条溪流的所有鱼均检出微塑料，Trout（Tro）和Willard（Wil）的检出率分别为94%和76%。鱼体内微塑料数量范围极大：Asn溪流为3–284个/条，Fal为24–91个/条，Mon为17–246个/条，Tro为0–234个/条，Wil为0–165个/条。鱼体标准长范围为4.5–7.8 cm。负二项广义线性混合模型分析表明，鱼体内微塑料数量与水中微塑料浓度、鱼体长度、流域及局部土地利用百分比均无显著关联（所有p > 0.05）。该结果提示，小型鱼类可能通过摄食行为（如底栖觅食）或食物链传递等途径摄入微塑料，而非直接反映水体中微塑料浓度。

**讨论与结论**
讨论部分指出，本研究中微塑料在源头溪流中的普遍存在与已有文献一致，但浓度低于部分大型河流系统，这可能与源头溪流较小的集水面积及较低的人类活动强度有关。未发现水微塑料与土地利用的显著关系，与Pol等（波兰河流）和Mabry & Urban-Rich（查尔斯河）的某些结果相符，但与其他研究（如Yonkos等）相反，说明水文条件（如流量、季节变化）可能比土地利用更能解释微塑料变异。鱼类微塑料丰度与水中浓度无关联，与Sainio等（小型海洋鱼类）和McNeish等（密歇根湖支流）结果一致，但不同于Park等（韩国Tachon溪流）的发现，这可能与鱼类摄食策略（如底栖vs. 浮游摄食）及微塑料在垂直水柱中的分布差异有关。鱼体长度与微塑料丰度无显著关系，与Chen等（南渡江27种鱼类）结果一致，但与其他研究（如硬头鲶和南方鲆）中正相关的结果不同，表明小型鱼类与大型鱼类在微塑料摄入机制上可能存在差异。

**结论部分翻译**：微塑料在研究人员调查的小型源头淡水溪流及其栖息的黒鼻鲦中普遍存在。周围开发土地利用与水体和鱼类中微塑料数量之间未发现明确的统计关系。由于小型淡水溪流及其栖息者是大尺度微塑料污染拼图中严重研究不足的部分，该研究结果代表了在形成对这一环境问题的整体理解方面的重要第一步。阐明驱动水生系统中微塑料丰度的因素十分复杂。未来聚焦于更多小型溪流及其栖息者的研究将补充该研究结果，并有助于评估该结果是否代表所有小型淡水溪流和小型鱼类物种。采用多个采样时间点的额外研究将有助于评估水文条件和季节变化对微塑料丰度的影响，而微塑料形态和化学组成的表征将有助于阐明来源。最后，研究不同摄食方式的物种可能增加对摄食模式及其与水生生态系统中微塑料污染关系重要性的理解。