Heshani Mudalige|Prasanna Egodawatta|Ashantha Goonetilleke|Godwin A. Ayoko
昆士兰科技大学（QUT）化学与物理学院，澳大利亚布里斯班乔治街2号，QLD 4000
摘要
本研究调查了澳大利亚布里斯班三条城市溪流中淡水沉积物中的微塑料污染情况。采用了一种双密度提取方法（通过回收实验验证，回收率为85-100%）来提取微塑料，随后通过光学显微镜、微FTIR和SEM进行鉴定。Kedron Brook的微塑料含量中位数最高（4400个/千克），其次是Bulimba Creek（4100个/千克）和Enoggera Creek（2800个/千克）。不同地点的评估显示了三条溪流之间存在明显的空间差异，这可能反映了径流动态、周围人类活动、流域海拔剖面和土地利用的差异。微塑料含量在下游和河口区域较高，尤其是在城市化区域。聚合物分析表明，聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是最主要的微塑料类型。线性混合效应模型显示，溪流系统（p = 0.018）和采样时间（p = 0.003）是微塑料含量的显著预测因子，而地点间的变异性由0.0116的随机效应方差体现。多变量分析揭示了土地利用类型与微塑料含量的关联：住宅和商业用地与PP和聚酯相关，工业用地与PP、聚苯乙烯（PS）和聚酯相关，而自然用地与任何聚合物类型均无显著关联。总体而言，城市土地利用类型对淡水沉积物中微塑料分布的影响大于自然用地。
引言
由于塑料具有轻质、耐用、柔韧、低成本和抗腐蚀等独特特性，因此在全球范围内被广泛使用。然而，一次性塑料的消费及其低生物降解性导致了前所未有的塑料废物量，对生态系统造成了有害影响（Fayshal, 2024）。微塑料（MP）是主要的塑料废物形式，定义为任何形状规则或不规则的合成或半合成固体颗粒或聚合物基质，其最大尺寸不超过5毫米（Munhoz等人，2022）。直接用于工业和个人护理产品的微塑料称为一次微塑料，而二次微塑料则是大型塑料因物理或化学作用分解产生的（Kye等人，2023）。微塑料有多种颜色、形状和聚合物类型。最常见的聚合物包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）（Desidery & Lanotte, 2022）。由于聚合物种类繁多，精确鉴定微塑料具有挑战性且耗时，通常需要先进的仪器和专家解读（Fahrenfeld等人，2019）。此外，以往研究中采用的方法不一致性阻碍了聚合物的准确鉴定，从而限制了来源追踪的效率。水生系统是微塑料的主要来源和汇，这些微塑料主要通过垃圾投放、废水排放和雨水径流进入水生环境（Kumar等人，2023）。因此，尽管对微塑料已有大量研究，但该领域的创新仍需深入理解其在水生环境中的分布及其与不同土地利用类型的相关性。
在水生系统中，低密度微塑料倾向于漂浮，而高密度颗粒则沉入河床沉积物中。生物污损、生物扰动和水流湍流进一步促进了沉积物中微塑料的含量。因此，沉积物不仅作为长期储存库，还通过再悬浮和污染再释放成为微塑料的二次来源。因此，与上层水体相比，沉积物分析更适合识别微塑料的分布热点和空间模式（Bellasi等人，2020；Zhang等人，2019）。尽管淡水环境同样重要，但关于微塑料的研究相对较少（Gupta等人，2023；Hu等人，2020；Jin等人，2025；Patidar等人，2023）。Zhao等人（2024）指出，淡水系统中微塑料的存在、分布和影响仍知之甚少，以往的研究中只有约3.7%专注于淡水环境。因此，淡水系统往往被视为将微塑料输送到海洋生态系统的简单通道。相比之下，对于微塑料与沿岸人类活动的直接关系研究较少。现有研究主要集中在大型河流和湖泊上，而小型城市溪流由于容易受到局部人类活动的影响而未得到充分关注（Dikareva & Simon, 2019）。尽管城市溪流经常流经居民区和商业区，这些地方的微塑料污染可能较为严重，但针对这些较小支流和低等级溪流在不同土地利用背景下的微塑料研究相对较少（Sankoda & Yamada, 2021）。Bexeitova等人（2024）强调了研究淡水系统中微塑料的重要性，指出这些环境是可直接与工业场所联系起来的主要污染途径。Erni-Cassola等人（2024）分析了莱茵河22个月内的微塑料变化及其驱动因素，如采样技术和地点。Leterme等人（2023）研究了澳大利亚阿德莱德多条淡水溪流中的微塑料变化。然而，这两项研究都集中在水柱中的微塑料，而实际上沉积物中的微塑料更为重要，因为它们在沉积物中积累较多且具有重要的生态意义（Yin, 2023）。这揭示了另一个研究空白：即了解淡水沉积物中微塑料污染与周围土地覆盖类型之间的关系（Kunz等人，2023）。微塑料在沉积物中的迁移和沉积受聚合物密度、水流动力学、沉积物特性以及降雨、季节性流量变化和溪流海拔剖面等水文事件的影响（Sforzi等人，2025）。溪流海拔剖面会影响水流深度和流速，进而影响颗粒和沉积物的迁移。因此，它们在决定微塑料是沉积、重新悬浮还是向下迁移方面起着关键作用（Ockelford等人，2020）。小型河流系统通常位于坡度平缓或海拔较低的区域，有利于微塑料在沉积物中的积累，而较高的流速条件则促进其迁移。然而，沉积模式还受到特定地点沉积物特性和流域相关人类活动的影响（Hartz等人，2025）。因此，全面了解影响淡水沉积物中微塑料分布的关键因素仍十分必要。
本研究提供了关于不同流域特征和土地利用类型下微塑料含量变化的新见解。研究结果丰富了我们对微塑料在季节性和地点尺度上分布变化的理解，并展示了溪流海拔剖面对微塑料积累和再释放的影响。通过将不同聚合物类型与特定流域土地利用类型联系起来，本研究识别出了特征性的来源特征。这些发现将有助于完善风险评估框架，支持来源追踪、沉积物传输模型和污染管理，从而保护水生生态系统。
研究地点和样本采集
本研究在澳大利亚昆士兰州布里斯班的三条城市溪流中进行，分别是Enoggera Creek、Bulimba Creek和Kedron Brook。在每条溪流的六个地点进行了采样，共计18个采样点，如图1所示。采样地点经过精心选择，以反映不同的周围土地利用类型，包括工业区、商业区、住宅区和自然区。采样使用了Van Veen抓取采样器和不锈钢勺子。
微塑料的形态特征和鉴定
在光学显微镜下观察沉积物样本时，常见到六种不同的微塑料形状（图2）。通过将不锈钢过滤网直接安装在显微镜载物台上进行数字成像，无需从网中取出单个微塑料颗粒。在视觉检查过程中，根据质地和颜色将有机物、植物或动物残骸等颗粒鉴定为非塑料物质，并将其排除在进一步分析之外。
结论
对这三条城市溪流的研究表明，微塑料的分布受到海拔剖面、溪流流域相关的人类活动及其土地利用类型的影响。不同溪流系统、同一溪流内的不同地点以及不同采样时间之间微塑料污染的差异表明，微塑料在都市淡水沉积物中的积累具有动态性。重要的是，聚合物组成提供了超出总含量的来源相关信息。
作者贡献声明
Godwin Ayoko：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源管理、项目协调、数据管理、概念构思。Heshani Mudalige：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化处理、软件应用、数据管理、概念构思。Prasanna Egodawatta：撰写 – 审稿与编辑、监督、方法论设计、数据分析、概念构思。Ashantha Goonetilleke：撰写 – 审稿与编辑、监督、方法论设计、数据分析、概念构思
未引用参考文献
美国公共卫生协会A. W. W. A. A. 和水环境联合会，2012；昆士兰空间目录 - QSpatial，2023。
利益冲突声明
? 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢昆士兰科技大学（QUT）及其研究生研究奖（QUTPRA）为第一作者提供奖学金以完成本研究。我们衷心感谢中央分析研究设施（CARF），本文中的数据即来源于此设施。我们还要感谢Wayde Martens教授提供的宝贵建议。
