《ACS ES&T Water》：Large Seasonal Variation in Microplastic Concentration from the Truckee River, United States
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微塑料（MPs）在全球河流环境中普遍存在，但以流量大幅季节性变化为特征的干旱河流系统仍未得到充分研究。研究人员使用蠕动泵，在美国西部的特拉基河沿岸采集了用于表层微塑料浓度分析的样本。分别于2022年秋季和2023年春季，在6个和8个采样点使用100 μm滤膜进
微塑料（MPs）在全球河流环境中普遍存在，但以流量大幅季节性变化为特征的干旱河流系统仍未得到充分研究。研究人员使用蠕动泵，在美国西部的特拉基河沿岸采集了用于表层微塑料浓度分析的样本。分别于2022年秋季和2023年春季，在6个和8个采样点使用100 μm滤膜进行样品采集。利用显微傅里叶变换红外光谱（μFTIR）对样品进行分析，并将所得微塑料浓度与土地利用和河流流量进行比较。春季微塑料浓度（均值3.7 MP/L）高于秋季（均值0.4 MP/L），这与河流流量的增加相吻合。统计分析显示，由于春季聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚乙烯（PE）和橡胶浓度的增加，聚合物组成存在显著的季节性差异。这些模式可能反映了春季增加的流量将微塑料从周围景观和河床沉积物中重新动员起来。这些发现强调了微塑料来源和传输过程的复杂性，并突出了跨流量和土地利用类型进行季节性采样的重要性。此外，聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚乙烯（PE）是总体上的主要聚合物类型，这表明减少特拉基河流域的一次性塑料对于保护河流水质至关重要。
论文解读文章
研究背景与科学问题
微塑料（MPs，尺寸小于5 mm至1 μm的塑料颗粒）在全球环境中的普遍存在已成为一个严峻的环境问题。陆源输入是水环境中微塑料的主要来源之一，雨水、风力或河流将微塑料携带进入水体，而河流既充当微塑料的汇，也扮演着运输通道的角色，并在风化过程中产生新的微塑料。先前的研究强调了沿河人类活动作为微塑料重要来源的作用，但也揭示了流域内微塑料来源与传输过程之间的复杂关系。这种复杂关系同样体现在其他化学污染物上。例如，高河流流量事件既能重新动员微塑料并增加其浓度（表明存在传输限制），也可能稀释微塑料浓度导致其下降（表明存在源限制）。其他研究还探讨了微塑料特征随流量的变化，如粒径减小、形态从纤维主导转变为碎片、橡胶和密度更大的聚合物等，这表明微塑料的动员因粒径、形状和聚合物类型而异。理解这些环境因素的相互作用对于指导建模和修复工作、评估微塑料对水生生态系统的影响至关重要。
尽管关于河流系统中微塑料和塑料垃圾的传输与归宿的信息日益增多，但对于气候干旱、季节性流量变化巨大的地区，数据仍然匮乏。为此，本研究旨在量化美国特拉基河的微塑料浓度，探索季节性流量和土地利用模式如何影响微塑料浓度。具体而言，该研究试图回答以下问题：特拉基河纵向上的微塑料浓度是多少？河岸土地利用与微塑料浓度之间是否存在关联？微塑料浓度、负荷和聚合物类型是否会随季节性流量变化而改变？了解特拉基河的微塑料状况之所以重要，是因为该流域是热门的旅游和户外休闲目的地，是水生生物的关键栖息地，并为沿河里诺市和斯帕克斯市约47.5万居民提供饮用水源。
主要技术方法概述
研究人员采用了一系列关键技术方法。首先，在野外，使用蠕动泵和不锈钢滤膜（100 μm孔径）采集河流表层水样，共获得14个样本（秋季6个站点，春季8个站点）。其次，在实验室，通过湿法氧化去除有机物质，并对含沙量高的样品进行溴化钠（NaBr）密度分离。最关键的是，使用显微傅里叶变换红外光谱（μFTIR）对滤膜上的颗粒进行化学鉴定，并通过与标准谱库比对确定聚合物类型。此外，研究还利用了美国地质调查局（USGS）的径流数据和国家土地覆盖数据库（NLCD）的土地利用数据，结合ArcGIS Pro进行空间分析。
研究结果
3.1 特拉基河的微塑料及其与既往研究的比较
研究发现，所有采样点在两个季节均检测到微塑料。秋季微塑料浓度范围为0.1至1.0 MP/L，最高浓度出现在位于里诺市和斯帕克斯市内的站点5、6和7。春季浓度显著升高，范围达1.0至10.0 MP/L，其中站点6浓度最高。微塑料形态以碎片为主（秋季68%，春季83%），其次是薄膜和纤维。主要聚合物类型为聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚乙烯（PE），这与全球塑料生产数据一致，表明大型塑料制品和一次性塑料的分解是其主要来源。与源头太浩湖相比，特拉基河的微塑料浓度高出三到四个数量级，这在流水环境（lotic）与静水环境（lentic）的对比中是常见的。
3.2 与环境变量的比较
研究将微塑料浓度与采样点上游不同距离缓冲区内的开发用地和灌木用地比例进行了相关性分析。结果显示，秋季微塑料浓度与土地利用无显著统计关系。但在春季，微塑料浓度与上游1至约5公里范围内的开发用地比例呈显著正相关，与1-2公里范围内的灌木用地比例也呈正相关，表明春季时靠近河流的人类活动是重要的微塑料来源。
3.3 季节间比较
Wilcoxon秩和检验表明，春季的微塑料浓度和负荷均显著高于秋季（p < 0.01），河流流量也从秋季到春季显著增加。将两季数据合并分析发现，微塑料浓度和负荷与流量之间存在显著的正幂律关系（p < 0.01和p < 0.001），这归因于春季高流量期间微塑料从陆地和河床的再悬浮。非度量多维尺度分析（NMDS）和置换多元方差分析（PERMANOVA）显示，两个季节的聚合物组成存在显著差异（p = 0.002）。相似百分比分析（SIMPER）表明，PET贡献了53%的季节间差异性，其在春季浓度更高，此外PE和橡胶也在春季增加，这进一步支持了高流量会动员密度较大的微塑料的结论。
讨论与结论总结
讨论部分指出，本研究的发现与其他城市化流域的研究结果一致，即高流量事件会再动员微塑料，导致浓度和负荷增加，这与农村集水区观察到的源限制现象相反。研究强调，采样时机对于准确评估河流微塑料污染至关重要。春季高流量下PET、PE和橡胶等密度较大聚合物的增加，与多伦多等城市河流在暴雨期间聚合物组成变化的观测结果相似，这支持了颗粒属性（大小、形状、密度）影响其传输和沉积过程的观点。同时，位于下游的站点9在两个季节都表现出较低的浓度，这可能与该区域长达16公里的连续河流恢复工程有关，该工程通过营造蜿蜒河道和溪流浅滩增加了微塑料的滞留潜力，值得进一步研究。
研究结论部分总结如下：这项研究表明，微塑料是特拉基河地表水中普遍存在的污染物。微塑料浓度从秋季到春季增加了近十倍（均值分别为0.4 MP/L和3.7 MP/L），同期流量也增加了约十倍。此类水文气候骤变事件应在微塑料归宿与传输、更广泛的水质以及对下游用水户影响的背景下进行深入研究。这些结果也突显了在不同流量条件下进行采样的重要性。聚合物类型表明，一次性塑料的降解和释放是微塑料的重要来源，这支持了加强公众教育以正确处置塑料、减少向河流输入的迫切需求。在高流量事件期间，沿河水资源管理者应意识到城市环境和下游微塑料浓度升高的可能性，这可能需要采取额外的管理措施。
