给水排水综述：淡水环境中微塑料的分布及生物毒性研究

塑料已经成为了社会发展的重要组成。据相关统计，现如今全球塑料的消耗量已经超过了3亿吨。RITCHIE等分析预测了全球废弃塑料的处理方式，发现全球超过一半的废弃塑料是以丢弃的形式处理，这直接导致了如今塑料污染愈发严重。2016年第二届联合国环境大会也将塑料污染列为环境与生态科学领域的第二大重要科学问题。

长期暴露在环境中的塑料会逐渐降解为更小的碎片。英国科学家THOMPSON在《Science》杂志上，首次将直径小于5 mm的塑料颗粒、纤维或者薄膜等定义为微塑料。如今，微塑料广泛存在水体，空气，土壤等环境中，可以说微塑料已经无处不在了。通常将微塑料分为两大类；初生微塑料，如化妆品、牙膏中的塑料颗粒，被特意制备成微米级甚至更小的塑料颗粒；次生微塑料，指生活生产过程中产生的较大的塑料制品，经过物理应力、紫外线辐射、温度变化、盐度和氧化等过程，风化分解破碎而形成的塑料颗粒。微塑料的物理特征被认为是动态变化的，随着时间的推移被不断的分解，产生越来越小的微塑料，最终将会形成小于1 μm的纳米塑料。

本文对近十年以来我国淡水环境中微塑料领域相关研究进展总结归纳，在归纳中国淡水环境中微塑料的分布状况及淡水水生生物的毒性研究的基础上，重点论述了微塑料对淡水水生生物（包括淡水藻类，淡水浮游动物，淡水鱼类）的影响，对未来微塑料的研究重点进行展望。

人类已经在深海水域、偏远湖泊、北极冰川等地检测到了微塑料的存在。中国作为全世界最大的塑料生产国及使用国，其水环境中的微塑料污染状况也受到了极大的关注，相较于海洋水环境，淡水环境与人类社会生产生活联系更为紧密，淡水环境中微塑料污染情况调查也愈发重要。河流、湖泊、水库等水域都受到不同程度的微塑料污染（见表1）。

表1 中国部分淡水水体（河流） 中微塑料的分布

表2 中国部分淡水水体（湖泊/水库）中微塑料的分布

每年由河流向海洋输送的塑料垃圾高达115~241万t，河流成为了微塑料输入海洋的主要渠道。长江被大多数的研究学者认为是世界上最大海洋微塑料贡献者，ZHAO等通过对长江入海口表层水体分析研究得出水体中微塑料的含量高达4 137.3个/m3±2 461.5个/m3，微塑料大多呈现纤维状态，其微塑料主要成分为PE；在中国中部地区，WANG等发现汉江浓度低于长江入海口水体，为2 933个/m3±305.5个/m3。在中国东南沿海地区，YAN等调查了珠江口和广州市区珠江段的26个取样点，分析得出珠江口断面和广州市区断面中的平均微塑料丰度约为8 902个/m3和19 860个/m3，其微塑料的主要成分为聚酰胺和玻璃纸，椒江、闽江、瓯江水体中的微塑料平均含量低于大部分河流。对于中国西北地区，LING等对渭河进行采样调查，发现渭河的微塑料丰度为3 670~10 700个/m3，幅度范围较大。

湖泊作为陆地淡水资源的主要聚积地，由于其相对封闭性，导致微塑料在湖泊中不断的聚积。例如，地处中国最发达地区的两个湖泊太湖和鄱阳湖，研究人员发现其微塑料的丰度远高于国内其他湖泊，除此之外，太湖水生浮游生物中微塑料的浓度高达0.2~12.5个/g，是世界上淡水湖泊中最高的；城市中的观赏性湖泊也受到了微塑料的污染，YIN和WANG等分别对长沙市及武汉市的湖泊进行研究，发现此类城市观赏性湖泊虽然微塑料丰度相对较低，但其自身可调节性差，人为或者自然的因素对其水体中微塑料的浓度影响较大。

总体而言，微塑料已经普遍赋存于我国的淡水环境中，但研究重点大多围绕长江流域、东南沿海等发达地区，西部地区淡水环境中微塑料的研究鲜有报道。在目前已有的研究中，水体和沉积物是微塑料的主要环境介质，微塑料大多以纤维形态存在于淡水环境中，PP（聚丙烯）和PE（聚乙烯）是其最主要成分，二者广泛应用于包装、渔具生产等方面，这也充分说明了我国环境中的微塑料污染与工业生产活动及塑料管理体系密切相关。此外，就微塑料的来源来看，贡献率最高的是人类生产生活污废水排放、渔业活动的贡献率次之、旅游业贡献率最低，因此，未来的微塑料防治重心应该放在生产生活污废水的提标及管理体系的建立。

1.1 中国淡水环境中的微塑料来源

淡水中大多数的微塑料都来自于陆地环境，城市化的发展程度以及塑料产品的处理处置共同决定了环境中微塑料的分布情况。微塑料进入淡水水体的方式主要有以下几个方式：

污水处理厂排入 居民生活产生的微塑料（多指初生微塑料）一般都会通过城市污水系统流入污水厂中，经污水处理厂处理后流入自然水体，在废物经过污废水处理过程的同时，水中的微塑料也在不断的降解改性，已有研究表明，微塑料可在水处理阶段结合化学物质，对水处理微生物造成毒害作用，降低其水处理效果。虽然随着污水处理技术的不断提高，污水处理厂对微塑料的截留率高达98％，但由于其污水排放量巨大，这也导致通过污水处理厂排入水体中的微塑料总量巨大，并不断攀升。

农业生产排入污水处理厂中98％的微塑料都会截留在污泥中，在对污泥的处理处置中，一般通过填埋、焚烧、制肥等手段处置，出于对环境的保护以及废物再回收的政策及观念，污泥大多数被改性后制成肥料，进入农田。这就为微塑料进入水体提供了第二次机会，农田里面的微塑料通过径流、风传播等方式进入水体。

渔业活动排入 发达的渔业加速了塑料渔具的消耗，渔具磨损所产生的微塑料可以直接进入水环境中，特别是在湖泊中，渔业活动与微塑料的丰度存在很强的相关性。

地表径流带入 环境中的较大塑料产品经过自然风化等一系列物理作用，最终降解成为直径小于5 mm的微塑料颗粒，存在于陆地环境中，在雨水的冲刷下，地表径流会将微塑料带入水体，或者污水处理系统。

1.2 微塑料在淡水水体的分布影响因素分析

海洋微塑料由于受到不同程度的物理力、人为干扰因素、环境条件等，导致其分布情况存在较大差异。尽管淡水环境中微塑料受到的自然干扰因素与海洋相比较弱，但研究表明淡水环境中微塑料的分布也存在着较大的差异，造成这些差异的原因主要有两个方面，其一是人为因素的影响，其二是受到气象及水文条件的干扰。

人口密度和人类活动与淡水环境中微塑料的分布密切相关。研究发现随着河流从农村流向城市中心，表层水体中微塑料浓度有逐渐增加的趋势，水体中的微塑料污染与到城市中心的距离之间存在空间相关性。对长沙市8个湖泊的微塑料分布进行调查分析，总结得出发达的旅游业以及居民人口的排放使得湖泊中的微塑料浓度较高。国内一些较大的湖泊例如洞庭湖、洪湖和鄱阳湖等水体中微塑料的主要来源也归因于人类的活动和发达的渔业。

水文条件也干扰着湖泊的微塑料分布情况，如水力条件、盐度、温度、风等。强烈的水动力条件会将微塑料带到表层水体中，我国的三峡水库，太湖等，由于其所处地区的水文动力条件较为复杂，这也直接导致了微塑料在表层水体，以及沉积物中的分布不均匀性。

2.1 微塑料的生物毒害作用

大量的研究证明了微塑料对水生生物体造成了不同程度的影响。例如，堵塞生物体肠道，降低营养物质的吸收,干扰水生植物的正常光合作用，扰乱水生动物活动，抑制水生生物的生长发育，改变生物遗传物质，甚至影响着生物的死亡。除此之外，由于其具有较大的比表面积，微塑料会与水环境中的其他污染物结合，对水生生物造成复合污染和毒性效应。例如吸附金属离子，增加其对水生生物的毒害作用；微塑料还可作为有机污染物的稳定载体，使得污染物毒性进一步加深（见表3）。

表3 微塑料对淡水水生生物毒害作用

注：“-”表示论文中未曾提及到。

2.1.1 微塑料对淡水藻类的危害

藻类作为水环境中最重要的初级生产者，是地球氧气的主要供给者，由于其位于食物链的最底端，藻类的改变就会影响水生态系统的正常运转。

微塑料的种类不同，对藻类的影响也相应的不同。WU等研究了不同微塑料对淡水藻类光合作用的影响，发现PVC和PP对蛋白核小球藻和水华微囊藻的叶绿素A浓度均有负面影响，但PVC对淡水藻类的光合作用系统有更大的抑制作用，并且微塑料浓度越高，对藻类的影响越大。

微塑料粒径也影响着其毒性效果。ZHANG采用同种不同大小的微塑料进行藻类生长抑制试验，发现小尺寸的微塑料明显抑制了微藻的生长，但大尺寸的微塑料对藻类并没有显著影响，50 mg/L mPVC处理的暴露96 h后最大生长抑制率达到39.7%。

此外，SASCHA等研究微塑料表面电性对藻类的影响程度，发现不带电荷的聚苯乙烯颗粒对微藻的生长具有更强的负面影响，这些不利影响随着颗粒尺寸的减小而增加。

现阶段，关于微塑料对藻类毒害作用机理更多的考虑是由于在微塑料的胁迫下，细胞内的电子转移速率降低，随之造成胞内电子积累，加重了光抑制作用，导致ROS水平升高，使得藻类处于氧化应激状态，降低了其光合作用速率，进一步抑制其生长发育。

2.1.2 微塑料对淡水浮游动物的危害

微塑料的尺寸及颜色与浮游动物的食物相似，极易被当成食物被摄入，通过多种方式对浮游动物造成影响。

微塑料对浮游动物的个体影响。SASKIA等将大型溞培养在含有PET的培养基内，经过48小时的培育，在大型溞的肠道内部发现了微塑料的存在，微塑料影响了大型溞的摄食活动，增大其饱腹感。此外，MURPHY等对微塑料的毒害作用的相关研究也证明了微塑料会显著减少淡水水螅摄食量，摄食量与微塑料浓度呈显著负相关。试验还发现，微塑料纤维的毒性大于微塑料颗粒的毒性，这可能与纤维在肠道中的持续时间较长有关。

微塑料对浮游动物的世代影响。在MARTINS对水蚤进行的微塑料跨代影响试验中，证明了水蚤长期暴露于含有微塑料水体中，存在种群灭绝的风险。

此外，WEBER等研究发现微塑料对钩虾的存活、发育(蜕皮)、代谢(糖原、脂质储存)和摄食活性无显著影响。表明不同物种之间，微塑料的耐受性强度不同，微塑料的毒性效应存在差异，但总体来看，微塑料对浮游生物的的危害相较于其他水生生物更为显著。

2.1.3 微塑料对淡水鱼类的危害

鱼类作为水生生态系统的重要组成，其种群的健康直接影响到整个水生生态系统的健康和稳定。已有证据表明微塑料会引起鱼类的生长发育不良、存活率低、行为异常、代谢活动减慢、基因表达受阻，组织病变等不良影响（见表4）。

表4 微塑料对鱼类危害作用

注：“-”表示论文中未曾提及到。

行为影响：CHENG等对摄入微塑料的斑马鱼进行游泳试验，与未摄入微塑料相比，斑马鱼的游泳距离和游泳速度有了明显的降低；YANG等使用高浓度微塑料（大于1 000 μg/L）的微塑料对野生鲫鱼进行处理，发现粒径较小的微塑料可以通过幼虫的表皮进入肌肉组织，引起肌肉组织损伤，使其产生行为惰性，进一步降低鱼的活性。

生长发育及存活率影响：NAIDOO等将杜氏双边鱼培养在含微塑料的培养液中，每隔20天对鱼的体长进行记录，持续95天，结论发现，微塑料处理过的鱼的体长都有明显的减少；CHEN等对斑马鱼进行微塑料暴露试验也观察到微塑料对斑马鱼幼体体长及存活率有明显的影响；对罗非鱼的微塑料暴露试验也说明了微塑料对罗非鱼的成活率也有影响，这可能是由于微塑料破坏了鲫鱼肠道及肝脏系统，使其产生摄食惰性，进而影响营养物质吸收，降低其生长发育及存活率。

基因表达受阻影响：ROCHMAN等将日本青鳉暴露在含有8 μmg/L的聚乙烯培养基中，进行长达两个月的培养，发现了微塑料影响了日本青鳉的生殖基因，降低了日本青鳉的生殖细胞活性。

组织细胞病变：PEDA等发现欧洲鲈鱼暴露在聚氯乙烯颗粒的溶液培养过程中，鱼肠道内出现了肠细胞空化，肠绒毛聚结，肠道炎症恶化，最后肠道功能退化一系列的病变反应；IHEANACHO等将非洲鲇鱼暴露在聚氯乙烯颗粒溶液培养，发现其肝脏细胞病变，导致肝功能下降等症状。

2.1.4 微塑料对人类的危害

微塑料已经在较高营养层级的水生生物中被检测到，这表明微塑料可以通过食物链进而传递到较高的营养级，并且营养层级越高，所富集的微塑料成分也就随之越高，当然，这其中也包括作为最高营养层级的人类，直到现在，关于微塑料向人类转移以及对人类健康的潜在影响的相关研究和报道还很少。已有包括贝类和鱼类在内的多种可被人类食用的物种被发现，尽管这些微塑料存在于水生生物的消化道中，通常在被食用之前就被除去，但微塑料却能够渗透到水生生物的组织细胞中，这就给微塑料通过食物链进入人类提供了可能。

除此之外，微塑料可以通过人类的呼吸系统，肠胃等进入人体。根据食物的消耗量来计算，COX等估计微塑料的摄入量为39 000~52 000个/年，这些微塑料颗粒可以通过粘液纤毛到达胃肠道系统，可能导致炎症反应、渗透性增强以及肠道微生物组成和代谢的变化。

微塑料污染早在2015年就成为了与全球变暖，臭氧耗竭，海洋水体酸化并重的全球性重大环境问题，由于自身的物理化学特性，使得微塑料污染愈发严重，其带来的环境和人类健康问题早已凸显。从现有的研究中分析，微塑料在我国淡水水体中的污染状况十分严峻，并且研究内容比较局限，此外，微塑料不同的特性对水生生物产生的影响也随之不同。在未来，关于中国微塑料研究应该重点关注以下几个方面：

（1）微塑料在中国淡水水体的分布问题。目前关于中国淡水环境微塑料的分布研究大多都集中在沿海发达地区，而内陆河流以及偏远地区的湖泊却缺少相关的研究，因此加大中西部地区水体的微塑料丰度研究有利于我们整体性的评估中国淡水环境中的微塑料污染状况。

（2）微塑料的污染基准值问题。目前对水体中微塑料的污染定量还未形成标准，应该尽可能多的研究其影响临界含量，整体性的对水体污染状况进行评价，建立淡水环境微塑料风险评估体系。

（3）微塑料的毒性作用研究存在问题。微塑料的毒性作用大多都还停留在单个个体的影响试验，而对整个生物食物链的影响研究较少，难以评估对人的危害，所以在未来的研究中，应该改进试验手段及条件，使其尽可能的保持与实际水体中微塑料丰度，特性相近的试验条件；研究微塑料在食物链水平上的“链式反应”。

本文对原文有修改。原文标题：淡水环境中微塑料的分布及生物毒性研究进展；作者：张国珍、任豪、周添红、沈会栋、武福平；作者单位：兰州交通大学环境与市政工程学院、甘肃省黄河水环境重点实验室。刊登在《给水排水》2022年第1期。