小溪、污水处理厂和大气沉降途径的陆海微塑料输入：城市化半封闭海湾的综合评估

《Marine Environmental Research》：Land-to-sea microplastic inputs via creeks, wastewater treatment plants, and atmospheric deposition: An integrated assessment in an urbanized semi-enclosed bay

　　

## 摘要

尽管对陆源微塑料向海洋输运的关注日益增加，但大多数研究仅聚焦于单一途径，导致理解碎片化，凸显了全面评估的必要性。在本研究中，我们对一个城市化的沿海海湾进行了全年综合评估，考察了溪流（季节性）、污水处理厂（WWTPs，季节性）以及大气沉降（月度）的微塑料输入途径，旨在表征丰度、聚合物类型、尺寸和形状的季节性变化，并量化年度输入量及相对贡献。年度微塑料输入量约为1.49万亿颗粒。非点源，即大气沉降（46%）和溪流（22%），的贡献超过了点源，即污水处理厂排放水（32%）。受降雨导致径流量增加的影响，溪流输入在夏季达到峰值，而大气沉降在春季和冬季最高，受季节性风向和强度影响。相比之下，污水处理厂输入全年相对稳定，反映了进水特征的稳定性。尽管微塑料的总体特征大致相似，但每条途径均表现出独特特征：轮胎磨损物和初级微塑料在溪流和大气样品中更丰富，而纤维和<50 μm颗粒在污水处理厂排放水和大气沉降中富集。这些发现为途径特异性的微塑料污染动态和特征提供了综合理解，为未来监测和管理策略以减缓陆源向海洋的输运提供了见解。

## 引言

由于塑料的经济效益、多用途性、耐久性和轻质特性，塑料已无处不在。全球塑料产量急剧增加，从1950年的约150万吨增长到2024年的4.31亿吨（Plastics Europe, 2025）。在全球产生的塑料废物中，约10%被回收，14%被焚烧，而剩余的76%被处置在垃圾填埋场、倾倒场或自然环境中；预测表明，到2050年，累积塑料产量可能达到11亿吨，产生估计330亿吨的塑料废物（Geyer, 2020）。塑料废物被释放到陆地或水生环境中，总塑料废物中约2–5%最终进入海洋环境（Jambeck等, 2015）。据估计，海洋中大部分塑料碎片来源于陆源，其余则来源于海洋活动（Andrady, 2011）。一旦进入环境，塑料废物会经历降解和风化，分解为小于5毫米的微塑料（Song等, 2017）。这些微塑料因其持久性、在各种环境中积累、生物可利用性增加以及对生物（包括人类）的物理和化学危害效应而成为全球普遍关注的对象（Thompson等, 2024）。

内陆产生的微塑料可通过各种途径输运到海洋；河流排放、污水处理厂直接排放和大气沉降被认为是重要的陆源向海洋输入途径（UNEP, 2021）。河流被广泛认为是陆源微塑料向海洋系统输运的主要通道之一。Lebreton等（2017）估计，河流每年将115万至241万吨塑料废物（包括宏塑料和微塑料）输运到海洋环境；67%的排放量来自世界上20条污染最严重的河流，主要在亚洲。同样，Schmidt等（2017）报道每年河流塑料碎片输入量为47万至275万吨，其中污染最严重的10条河流贡献了88–95%的总量。河水中微塑料污染水平与人口密度、城市化程度以及流域土地利用特征（包括工业用地范围、居民区和交通网络）呈正相关（Kunz等, 2023）。河流流动动力学，包括流速、潮汐流、床形和总径流量，影响颗粒的扩散、输运和沉积（van Wijnen等, 2019）。季节性和气象条件变化，如季风和暴雨径流，也可能加剧微塑料的输运和积累（Cho等, 2023）。尽管从特定地点进入海洋环境的河流输入可以归类为海洋输入的点源，但它们主要代表源自流域径流的微塑料。因此，本研究将河流微塑料输入解释为非点源，重点关注其流域来源的输运特征。

污水处理厂排放水代表微塑料进入水生和海洋环境的连续点源（Freeman等, 2020）。生活污水和工业废水以及暴雨径流含有源自人类活动的各种微塑料，如家庭活动、道路径流和工业过程（Sadia等, 2022）。排放水中的微塑料丰度取决于所采用的处理工艺；随着更先进处理技术的采用，去除效率通常会增加（Sun等, 2019）。尽管在处理过程中去除了大量微塑料，但由于每日处理和排放量大，仍有相当一部分通过排放水释放到水生系统中。典型污水处理厂每日通过排放水排放到环境中的微塑料负荷范围为46万至1400亿颗粒（Jose等, 2024）。在全球范围内，估计处理后的排放水每年贡献约1470万亿颗粒，而未处理的排放水排放可能向水生和海洋环境增加多达3850万亿颗粒（Uddin等, 2020）。

大气中的微塑料源自各种来源，包括工业排放、道路交通、建筑活动和宏塑料及中塑料的风蚀（Zhang等, 2024）。一旦悬浮在空气中，这些颗粒可以旅行相当远的距离，并通过干湿沉降沉积到陆地或海洋表面（Allen等, 2019）。沉降速率受气象条件影响，如风向、风速、降水和温度，这些条件控制着扩散和沉降动力学（Allen等, 2019）。一项全球模型研究估计，每年约15%的大气微塑料排放总量沉积到海洋中（Yang等, 2025）。因此，大气作为微塑料的输运途径发挥着重要作用，据估计每年通过大气沉降向全球海洋环境沉积8.40吨至190万吨（Evangeliou等, 2022；Liu等, 2020）。

尽管河流排放、污水处理厂排放水和大气沉降已被确定为微塑料向海洋环境输运的关键途径，但大多数研究对这些途径进行单独考察。因此，分析方法的不一致性，如应用的截断尺寸和化学鉴定技术的差异，使得难以比较研究之间的微塑料浓度和特征（Shim等, 2017）。此外，这些孤立的评估无法完全捕捉环境系统的复杂性，在该系统中，污染源自空间和时空尺度上的多种相互作用（Bouwer等, 2022）。一些研究试图考察多种途径；例如，Zeri等（2021）报道了河水和污水处理厂排放水中微塑料（>330 μm）的浓度和特征，Napper等（2023）证明大气沉降可以贡献比污水处理厂排放水显著更高的微纤维负荷。然而，这些研究通常仅限于特定的微塑料类型（如仅纤维或尺寸>330 μm），无法提供总海洋输入的全面估计或各途径的相对贡献。因此，多种陆源途径的综合影响及其对海洋微塑料污染的相对贡献仍未得到充分理解。因此，全面的综合评估对于弥合这一知识差距至关重要。通过在一致的解析框架下同时量化来自不同陆地来源的微塑料输入，可以更清楚地阐明污染的时空和组成变化，为制定有效的减缓和管理策略提供科学依据。

为弥补这些差距，本研究对韩国马山湾的微塑料输入进行了首次综合的、途径特异性的评估。研究设计为通过1年的季节性监测同时调查三条主要陆源途径——包括溪流、污水处理厂和大气沉降——实现各途径和季节之间微塑料丰度、聚合物组成、尺寸和形状的直接比较。通过分析季节模式和途径特异性的污染特征，本研究旨在比较微塑料的输运特征。此外，还量化了各途径的年度输入负荷及其对总微塑料输入的相对贡献。尽管本研究是在区域系统中开展的，但旨在改善对主要陆源途径与陆源向海洋微塑料输运相关的相对排放特征的理解。由此产生的综合数据集提供了基于野外的实证证据，改善了对陆源向海洋微塑料输运的理解，并为多种陆源途径对海洋微塑料污染的贡献提供了见解。

## 节选片段

### 研究地点

马山湾是一个半封闭且城市化的海湾，位于韩国南部（图1a）。海湾周围有多个工业综合体、居民区和大型国际贸易港口。由于陆源污染负荷重，该海湾被韩国指定为"特殊管理海域"。

14条溪流流入马山湾（图1a）。根据其对不同土地利用类型的代表性，选取了其中5条溪流（溪流1–5）（表……）。

### 基于陆源输入途径的微塑料丰度

在94个样品中共鉴定出3448个微塑料颗粒，包括来自溪流（50个样品）的1963个颗粒、来自污水处理厂（20个样品）的422个颗粒以及来自大气沉降（24个样品）的1043个颗粒。在所有分析的样品中均检测到微塑料（表1和图S2）。五条溪流的平均微塑料丰度为2070 ± 1480 n/m3。从数值上看，溪流2的丰度最高（2960 ± 956 n/m3），其次是溪流5（2580 ± 1230 n/m3）、溪流3（2190 ± …）。

### 基于陆源途径的微塑料丰度的时空变化

在五条溪流中，溪流1的微塑料丰度显著低于其他溪流（表1）。溪流1的流域以农业活动为主，而其余溪流则受城市相关土地利用（如住宅、商业、工业和道路区域）的影响（表S1）。冬季溪流水中微塑料丰度相对较高，无论采样点如何。通常，降雨增加……

### 结论

尽管陆源被广泛认为是微塑料的主要来源，但以往研究主要聚焦于单个陆源向海洋的途径，从而限制了对向海洋环境输运的综合理解。为弥补这一差距，我们进行了首次基于野地的研究，同时评估了三个主要途径——溪流排放、污水处理厂排放水和大气沉降——向一个半封闭沿海海湾的输入。尽管整体特征……

### CRediT作者贡献声明

Youna Cho：撰写–初稿，可视化，验证，调查，形式分析，数据整理。Won Joon Shim：撰写–审阅与编辑，监督，概念化。Sung Yong Ha：方法论，调查。Gi Myung Han：方法论，调查。Sang Hee Hong：撰写–审阅与编辑，监督，项目管理，方法论，调查，获取资金，概念化。

### 未引用参考文献

KEC, 2025。

### 利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的竞争经济利益或个人关系，这些可能被认为会影响本论文中报告的工作。

### 致谢

本研究由海洋与渔业部资助的韩国海洋科学技术促进院（KIMST）（Grant No. RS-2022-KS221604，"海洋环境中陆源/海源微塑料的输入与命运"）和韩国海洋科学与技术院（KIOST）（Grant No. PEA0406，"塑料碎片对海洋大型动物影响评估"）资助。

Youna Cho|Won Joon Shim|Sung Yong Ha|Gi Myung Han|Sang Hee Hong