《Journal of Hazardous Materials》：Microplastic Convergence in High-Altitude Lakes of the Tibetan Plateau: Mechanisms, Indicators, and Risk Stratification
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微塑料在青藏高原北部高海拔湖泊普遍存在，浓度0.01-0.04 items/L，PET占主导且形态多为线性透明。环境汇聚机制（风、径流、地形）比本地污染源更关键，构建MPRI模型识别风险区，为生态脆弱区提供可迁移的监测框架。
年伟|仲刚路|岳马|王凯|沈安禄|朱向晨|胡建伟|李军
东海生态中心，中国科学院上海分院，上海201206，中国
摘要
微塑料（MPs）已成为淡水生态系统中的持久性污染物，但其在偏远高海拔地区的分布和聚集动态仍缺乏研究。本研究对青藏高原北部14个淡水采样点（海拔超过4,500米）的微塑料污染进行了综合评估，结合了现场采样（使用不锈钢桶）、聚合物表征、环境聚类和地理空间风险建模方法。所有采样点均检测到微塑料，浓度范围为0.01至0.04个/升。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是最主要的聚合物类型，线性形态和透明颗粒是最常见的形式。在高降雨量、地表径流和风积聚作用较强的近岸区域，微塑料浓度较高，这表明在缺乏强烈局部污染源的情况下，环境聚集机制起着重要作用。通过16个环境变量进行无监督K-Means聚类分析，发现了风-水双重控制作用和地形介导的水文陷阱等系统性驱动因素。为了量化聚集风险，我们开发了一个基于13个地理空间指标的微塑料风险指数（MPRI），其中地形聚集指数（TCI）、径流和风速是主要预测因子。风险分类结果将区域划分为高聚集潜力、中等聚集潜力和低聚集潜力三类。这些发现表明，高海拔湖泊中的微塑料积累更多地受到环境滞留能力的影响，而非人类活动的直接影响。MPRI框架提供了一种可转移的方法，有助于识别微塑料聚集热点，特别是在生态脆弱或数据匮乏的地区。本研究为在持续的环境变化背景下进行预测性风险分层和适应性监测策略奠定了基础，所得模型参数为基于证据的政策制定和管理提供了科学依据。
引言
微塑料（MPs）定义为直径小于5毫米的塑料颗粒，由于其對生态系统和人类健康的潜在威胁而受到广泛关注[1]、[2]、[3]。微塑料来源于初级来源（如微珠和合成纤维）和次级来源（如较大塑料碎片的破碎[4]、[5]）。这些颗粒存在于各种环境中，包括海洋[6]、淡水[7]，甚至偏远的生态系统，如高山湖泊和极地地区[8]、[9]。它们的生态风险——从破坏食物网到作为毒素载体以及潜在的人类暴露风险——引发了全球日益关注[10]、[11]。
然而，全球微塑料污染的模式并不直接适用于偏远的高海拔地区，在这些地区，微塑料的输入主要受大气传输和地形作用的影响，而非局部排放。因此，需要特别关注青藏高原，以了解微塑料在远离人类活动源的环境中的行为。尽管在沿海和城市环境中对微塑料污染进行了大量研究，但高海拔内陆地区的数据仍然有限[12]、[13]。青藏高原常被称为“第三极”或“亚洲的水塔”，拥有数千个封闭流域的湖泊，这些湖泊生态脆弱且对气候变化敏感[14]。尽管被认为是偏远和原始的地区，但青藏高原正面临旅游、基础设施扩张和放牧等压力，导致塑料污染水平上升[15]、[16]。现在在该地区的各种环境中都检测到了微塑料，包括地表水、沉积物、土壤和冰川系统[13]、[17]，表明这些偏远湖泊也无法免受全球塑料危机的影响。
最近的研究表明，高原湖泊中的微塑料污染主要由旅游和大气传输驱动[18]、[19]、[20]，后者使微塑料能够跨越数百公里进行长距离迁移[21]、[22]。相比之下，云南-贵州高原等地区的城市湖泊主要受当地人类活动的影响，如污水排放、农业和渔业[23]、[24]、[25]。尽管青藏高原的微塑料浓度相对较低[26]、[27]，但该地区的独特环境特征需要针对性的监测和风险评估。
青藏高原独特的地理和气候条件对微塑料的降解和命运有着特定的影响[28]。高原较低的环境温度显著减缓了塑料颗粒的物理、化学和生物降解过程，使微塑料能够在水生和陆地环境中长期存在[29]。相反，由于高海拔和稀薄的大气层，该地区的强烈紫外线（UV）辐射加速了表面光降解，使较大塑料碎片化为更小的颗粒，但并未完全矿化[30]、[31]。这些过程导致微塑料同时积累和破碎，从而产生了更高比例的小尺寸、潜在更具生物可利用性的颗粒[32]、[33]。此外，强风和干旱条件促进了微塑料的机械风化和风成传输，使其能够在广阔范围内重新分布。冰川和雪地环境成为微塑料的长期储存库，冰川融水逐渐将储存的微塑料释放到淡水系统中[34]、[35]。这些综合因素表明，青藏高原的微塑料动态与低地地区有显著差异，表现为降解缓慢、破碎加剧以及在气候变化影响下的复杂多路径重新分布。
本研究是首次对西藏北部湖泊和河流中的微塑料污染进行全面调查的研究之一。通过结合14个高海拔采样点（海拔超过4,500米）的现场采样和地理空间数据整合，我们旨在探索微塑料积累的环境驱动因素。利用基于13个环境指标的微塑料风险指数（MPRI），我们开发了一个超越传统浓度映射的预测性风险分区框架。具体而言，本研究旨在：（1）描述高山淡水环境中微塑料的存在和组成；（2）识别微塑料积累的关键环境和人为驱动因素；（3）为生态敏感地区的合成污染物监测和治理提供可转移的框架，特别是在气候变化的背景下。
研究区域
在中国西藏自治区那曲地区的10个高海拔湖泊中设立了总共14个淡水采样点，确保了湖泊间和湖泊内的空间覆盖（萨普湖、庞科、巴木科、纳木错湖（当雄县）、纳木错湖（班戈因县）、塞林科、卡久科、当雄科、唐拉雍错、格伦科）（图1）。所有采样点海拔均超过4,500米，分布在孤立的内流盆地和冰川补给湖泊中
高原湖泊中微塑料的浓度分布
考虑到该地区的极端偏远性和稀少的人口分布，这些高海拔湖泊中微塑料的存在尤为显著。所有14个采样点都位于海拔4,500米以上，分布在青藏高原中部那曲和拉萨地区的孤立湖泊系统中。尽管直接的人为活动强度有限，但仍持续检测到微塑料。总共在所有样本中检测到50个微塑料颗粒，浓度范围为0.01至0.04个/升结论
本研究首次对青藏高原高海拔湖泊中的微塑料污染进行了综合评估，结合了浓度测量、颗粒表征、环境聚类和风险建模方法。所有调查点均持续检测到微塑料，浓度范围为0.01至0.04个/升。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是最主要的聚合物类型，线性形态和透明颗粒是最常见的形式。尽管该地区偏远且人类活动较少
环境影响
尽管当地污染源很少，但在青藏高原所有调查的高海拔湖泊中都检测到了微塑料。它们的分布受环境聚集机制（如风、径流和地形引起的滞留）的影响，而非直接的人类活动。基于地理空间指标的微塑料风险指数（MPRI）能够在数据匮乏的地区实现预测性风险分区。这些发现呼吁从基于污染源的监测转向基于聚集机制的监测方法作者贡献声明
王凯：资源获取、调查、数据整理。沈安禄：验证、数据整理。仲刚路：写作——审稿与编辑、可视化、调查。岳马：验证、软件使用、数据整理。年伟：写作——审稿与编辑、初稿撰写、方法论制定、正式分析。李军：监督、资金获取、概念构思。朱向晨：写作——审稿与编辑。胡建伟：写作——审稿与编辑。写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本工作时，第一作者使用了ChatGPT mimi 4o模型来润色语言和修改流程图。使用该工具后，年伟根据需要审阅和编辑了内容，并对出版物的内容负全责。
利益冲突声明
作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（2024YFD2401702）、上海市科学技术委员会（22dz1202800）、国家自然科学基金（42271085, 42206154）和中国博士后科学基金（2021M691022）的资助。
