《Emerging Contaminants》：Microplastics in Harvested Rainwater: Occurrence, Characterization, and Human Health Risk in a Climate-Vulnerable, Water-Scarce Southwest Coastal Region of Bangladesh
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气候变化引发的海平面上升和盐度入侵严重限制了孟加拉国沿海地区安全淡水的可获取性，使雨水收集（Rainwater Harvesting, RWH）成为一种重要的替代饮用水源。本研究考察了收集雨水中微塑料（Microplastics, MPs）的丰度、特征及健康风
气候变化引发的海平面上升和盐度入侵严重限制了孟加拉国沿海地区安全淡水的可获取性，使雨水收集（Rainwater Harvesting, RWH）成为一种重要的替代饮用水源。本研究考察了收集雨水中微塑料（Microplastics, MPs）的丰度、特征及健康风险，样品采集自六种屋顶–储存组合：铁皮屋顶配合塑料储罐（IP）、混凝土储罐（IC）或陶罐（IE）储存；混凝土屋顶配合塑料储罐（CP）或混凝土储罐（CC）储存；以及棕榈叶屋顶配合塑料储罐（NP）储存。样品采用过滤法和光学显微镜进行处理，聚合物类型通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱（Attenuated Total Reflectance-Fourier Transform Infrared Spectroscopy, ATR-FTIR）确认。MP丰度范围为8至52 MPs/L，表明污染普遍存在，并遵循以下顺序：IP（30.75 ± 15.22）> IE（28.00 ± 0.00）> IC（27.33 ± 17.93）> CC（19.00 ± 15.56）> NP（16.00 ± 9.90）> CP（12.33 ± 4.51）MPs/L。共鉴定出五种聚合物：聚乙烯（Polyethylene, PE）、聚酰胺6（Polyamide 6, PA6）、聚丙烯（Polypropylene, PP）、聚酯（Polyester, PET）和聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride, PVC），其中PE在所有系统中均占主导地位。污染负荷指数（Pollution Load Index, PLI）在IP系统中最高，在CP系统中最低。聚合物危害指数（Polymeric Hazard Index, PHI）评估显示各样品存在相当程度至高度的风险。成人和儿童的非致癌风险危害指数（Hazard Index, HI）值均低于1，表明目前不存在直接健康关切，但儿童始终表现出更高的暴露风险。这些发现凸显了改善RWH基础设施、开展常规MP监测和实施有效处理策略的迫切需求，以保障气候脆弱型沿海社区的水质安全。
**论文解读：孟加拉国沿海地区收集雨水中微塑料的赋存、表征及人体健康风险**
**一、研究背景与问题提出**
全球塑料产量持续攀升，2024年达到4.309亿吨。孟加拉国每日产生约3000吨塑料废弃物，其中大量通过露天堆放或填埋方式处置，导致甲烷排放、水体污染及公共健康风险。微塑料（Microplastics, MPs）通常指粒径介于1 μm至5 mm之间的塑料颗粒，以碎片、颗粒、纤维、薄膜和球体等多种形态广泛存在于内陆淡水系统、沿海区域、深海环境、土壤沉积物以及生物体内。大气中的MPs来源于道路扬尘、海盐飞沫和农业土壤颗粒等多种途径，并可吸附疏水性有机污染物和重金属，在水生食物网中充当有毒物质的载体。
孟加拉国西南沿海地区（库尔纳、萨德基拉和巴盖尔哈德等县）因气候变化导致的海平面上升和盐度入侵，地表水和地下水普遍咸化，安全淡水资源极为匮乏。在此背景下，雨水收集（Rainwater Harvesting, RWH）已成为当地居民饮用水和烹饪用水的重要替代来源。然而，RWH系统中的MPs不仅来自大气沉降，还可能源自收集设施本身的老化降解——聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride, PVC）管道、塑料储罐、檐槽及合成密封材料在物理、化学和生物风化作用下，可能在其运行寿命内持续释放MPs。尽管全球范围内对沿海水域、沉积物和陆地生态系统的MP污染已有大量研究，针对收集雨水中MP污染的研究仍极为有限，且此前尚无研究对孟加拉国沿海地区收集雨水中的MPs进行系统调查。
**二、研究内容与意义**
研究人员首次对孟加拉国西南沿海巴盖尔哈德县蒙格拉（Mongla）和莫雷尔甘杰（Morrelganj）两个乌帕齐拉（Upazila）地区的收集雨水开展了MP污染评估。研究目标包括：（i）量化收集雨水中MPs的丰度与分布特征；（ii）利用已建立的MP污染指数评估污染水平和风险等级；（iii）评估通过饮用收集雨水摄入MPs的潜在人体健康风险。该研究填补了气候脆弱型沿海地区RWH系统中MP污染数据的空白，为制定针对性的水质安全保障策略提供了科学依据。
**三、关键技术方法概述**
研究选取了六种当地常见的RWH屋顶–储存组合类型：铁皮屋顶配塑料储罐（IP）、混凝土储罐（IC）或陶罐（IE），混凝土屋顶配塑料储罐（CP）或混凝土储罐（CC），以及棕榈叶屋顶配塑料储罐（NP），于2025年10月共采集15份收集雨水样品。MP提取采用真空过滤法，使用Whatman玻璃微纤维滤膜，随后通过体视显微镜进行目视鉴定与形态分类（纤维、薄膜、碎片）及粒径分级（0.1–0.5 mm、0.5–1 mm、1–5 mm）。聚合物类型采用ATR-FTIR确认，光谱匹配度阈值设为≥70%；选取代表性颗粒进行扫描电子显微镜-能量色散X射线光谱（SEM-EDS）分析以表征表面形貌和元素组成。污染评估采用污染因子（Contamination Factor, CF）、污染负荷指数（Pollution Load Index, PLI）和聚合物危害指数（Polymeric Hazard Index, PHI）。人体健康风险评估采用慢性每日摄入量（Chronic Daily Intake, CDI）计算、危害商（Hazard Quotient, HQ）和危害指数（Hazard Index, HI）评估，并结合蒙特卡洛模拟进行概率性非致癌风险（Non-Carcinogenic Risk, NCR）分析。此外，构建了人工神经网络（Artificial Neural Network, ANN）模型用于PHI预测。
**四、主要研究结果**
**（1）收集雨水的水质参数**
pH值范围为5.5至9.2，混凝土储罐系统中pH值偏高（最高达9.2），与文献报道一致。浊度在多个采样点超出世界卫生组织（WHO）限值（4 NTU）。约80%的样品受到粪大肠菌群污染，而WHO安全饮用水标准要求总大肠菌群和粪大肠菌群均为0 CFU/100 mL。
**（2）收集雨水中MPs的丰度**
所有15个样品均检出MPs，丰度范围为8至52 MPs/L，总体均值为22.67 ± 13.39 MPs/L。各系统的平均丰度排序为：IP（30.75 ± 15.22）> IE（28.00 ± 0.00）> IC（27.33 ± 17.93）> CC（19.00 ± 15.56）> NP（16.00 ± 9.90）> CP（12.33 ± 4.51）MPs/L。IP系统丰度最高，归因于铁皮屋顶光滑无孔的表面特征使径流快速高效，颗粒物几乎不经滞留直接进入储水容器。CP系统丰度最低，可能与混凝土屋顶粗糙多孔的表面吸附和截留了部分颗粒有关。统计检验显示，不同收集系统类型对MP丰度方差的解释未达显著水平（Kruskal-Wallis H = 4.69, P = 0.456），但储罐内采样深度对MP丰度有显著影响：表层水样MP丰度（均值32.00 MPs/L）显著高于底层水样（均值16.44 MPs/L, P = 0.034），提示MPs存在表面积累现象或近期进水口输入。
**（3）收集雨水中MPs的物理性质**
粒径分布方面，0.5–1.0 mm组分占比最高（37.65%），其次为1.0–5.0 mm（31.76%）和0.1–0.5 mm（30.59%），表明较大塑料碎屑的降解是MPs的重要贡献源。形态方面，纤维占据绝对优势（95.9%），碎片和薄膜分别仅占2.9%和1.2%，强烈指向大气沉降为主要污染途径。颜色方面，透明颗粒占近60%，其次为黑色（23.53%）、紫色（9.41%）等；透明MPs可能源自无色尼龙绳、渔线及RWH系统组件在日照下的老化，有色MPs则可能来自合成纺织品、个人护理品及包装材料。
**（4）收集雨水中MPs的聚合物组成**
经ATR-FTIR确认，共鉴定出五种聚合物：PE（49%）、PP（18.8%）、PET（18.5%）、PA6（10.9%）和PVC（2.6%）。PE和PP的高占比与日常生活中一次性塑料袋、食品包装及家用塑料制品的广泛使用和不当处置密切相关。PET可能来源于合成纺织品的断裂或磨损，而PVC极可能来自RWH系统的檐槽和管道组件。SEM-EDS分析显示MPs表面呈现高度不规则和粗糙的形貌特征，可见微裂纹和结构不连续性，表明颗粒在大气沉降前经历了显著的物理化学风化和机械应力。EDS谱图证实了C、O、Na、Mg、Si、Ca、Cd、Co、Ni、Cu、Zn、As和Pb等多种元素的存在。
**（5）MPs的可能来源**
多元统计分析（PCA、网络分析和层次聚类分析HCA）揭示了MP特征与水质的关联及潜在来源。PCA显示第一主成分（PC1）解释了83.64%的总方差，主要由PE和PP驱动。网络分析表明MP丰度与总大肠菌群呈强正相关（r = 0.74），与电导率（r = ?0.71）和总溶解固体（r = ?0.70）呈强负相关，与文献中MPs可作为细菌定殖基质的发现一致。综合判断，收集雨水中MPs的主要来源包括大气输送与沉降、屋顶集雨面、塑料储罐及PVC管道的老化降解，以及农业地膜和渔网的风化碎片。
**（6）MPs污染负荷评估**
CF值范围为1至6.5，指示中等至高度污染。所有样品的PLI值（1.47–3.51）均超过污染阈值（PLI > 1），各系统PLI排序为IP > IE > IC > CC > NP > CP。PHI范围为101.06至2446.35，80%的采样点为相当程度风险（Grade III），20%为高度风险（Grade IV），主要由高危害评分的PVC和PET聚合物驱动。
**（7）ANN预测模型**
采用前馈多层感知器（MLP）架构构建的ANN模型以5:1:1结构（3个隐含层神经元）实现了对PHI的优异预测性能：R = 0.99999，均方误差（MSE）= 1.6234 × 10
-6，训练、验证和测试阶段的R值均超过0.99703，优于同类研究的模型表现。
**（8）人体健康风险评估**
CDI评估显示，在所有收集系统和聚合物类型中，儿童的CDI值均高于成人。HQ值在所有系统和聚合物类型中均低于1，表明在当前暴露条件下不存在显著的非致癌健康风险。HI值成人范围为0.0027至0.1955，儿童为0.0045至0.3258，均远低于阈值1，但儿童HI值始终高于成人。蒙特卡洛模拟的NCR评估表明，儿童面临的非致癌风险约为成人的1.67倍。敏感性分析显示，体重与非致癌风险呈负相关，而摄入率和聚合物浓度与风险呈正相关。
**五、总结讨论与研究结论**
本研究首次系统揭示了孟加拉国气候脆弱型沿海地区收集雨水中MP污染的普遍性及其潜在健康风险。所有样品均检出MPs，纤维形态占绝对优势（95.9%），证实大气沉降是主要污染途径；PE在五种检出聚合物中占主导地位（49%），反映了日常塑料制品的广泛环境释放。污染指数评估表明，系统设计、屋顶材料类型和距污染源远近显著影响MP负荷。健康风险评估显示当前非致癌风险处于可接受范围，但儿童因体重较低且相对摄入量较高而面临更高暴露风险。
研究结论部分指出，IP系统（铁皮屋顶配塑料储罐）的MP负荷最高，而混凝土屋顶系统截留颗粒较多。研究建议优先为现有铁皮屋顶系统安装初雨分流器和进水口滤网或滤芯，并定期冲洗檐槽和储罐进水口；新建系统应优先选择风化程度低和MP脱落潜力小的屋顶及储存材料，在可行情况下使用非PVC材质的檐槽和管道。在政策层面，建议地方公共卫生部门：（i）将MP筛查纳入RWH水质常规监测，与现有微生物检测并行；（ii）为受盐度影响地区制定政府补贴RWH设施的材料和设计标准；（iii）支持社区层面的储罐维护和初雨分流培训，作为低成本过渡措施，同时为孟加拉国及全球类似淡水稀缺的沿海地区制定标准化的收集雨水MP监测框架。
