中国五里塘湖食物网中微塑料的生物累积、营养级转移及健康风险评估：对儿童构成更高风险

《Environmental Pollution》：Bioaccumulation, trophic transfer, and health risk assessment of microplastics in the food web of Wuliangsuhai Lake, China: Higher risk for children

微塑料（MPs）污染及生物积累特征研究显示，Wuliangsuhai湖水体、沉积物及生物体内普遍检出MPs，以纤维状为主（<0.5mm），透明和蓝色占优，主要成分为PET、PE和PP。生物积累呈现“大小负相关”及食性差异，杂食性生物MP浓度显著高于其他食性。食物链中MPs浓度随营养级升高而降低，生物稀释效应明显，PP更易稀释而PET更难。MPs富集于肌肉等可食用组织，儿童通过食用水产品摄入MPs的估算日摄入量（EDI）高于成人，存在更高健康风险。该研究为淡水MPs生态风险提供新证据。

　　

张国亮|孙金辉|詹一然|肖 Bowen|刘华敏|王立新

教育部蒙古高原生态与资源利用重点实验室，草原生态安全协同创新中心

摘要

微塑料（MPs）被水生生物广泛摄入。迄今为止，我们对湖泊生态系统中微塑料的生物放大潜力及其健康风险仍了解不足。本研究调查了中国五连湖（Wuliangsuhai Lake）地表水、沉积物和水生生物中微塑料的污染水平及其特征。通过稳定同位素分析确定了食物网结构，随后评估了微塑料的生物放大潜力及其相关的人类健康风险。五连湖中微塑料的主要形态为纤维状，粒径大多小于0.5毫米，主要颜色为透明和蓝色，主要聚合物类型为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）。生物体内微塑料的浓度随着体型的增大而降低，杂食性生物体内的微塑料浓度显著高于其他摄食策略的生物。生物体的营养级与其体内微塑料浓度之间存在显著的负相关关系，表明食物网中发生了微塑料的生物稀释作用。聚丙烯表现出较高的生物稀释效果，而聚对苯二甲酸乙二醇酯的生物稀释效果较低。微塑料在水生生物的可食用组织（如肌肉）中积累，表明通过食用受微塑料污染的水产品存在健康风险。值得注意的是，儿童的每日微塑料摄入量（EDI）高于成人，这突显了儿童面临更大的健康风险。本研究为湖泊生态系统中微塑料的营养级转移及其相关健康风险提供了新的见解。未来的研究应进一步探讨纳米塑料沿食物网的营养级转移情况，以评估其对人类健康的潜在风险。

引言

全球每年塑料产量超过3.8亿吨，导致大量塑料废物排放到环境中（Miller等人，2023年）。微塑料（MPs）被定义为粒径小于5毫米的颗粒（Soltani等人，2023年），根据来源分为一次性和二次性微塑料。一次性微塑料主要来源于消费品中故意制造的微球，而二次性微塑料则通过较大塑料碎片的机械磨损、光降解和生物降解形成（Zheng等人，2023年）。由于微塑料体积小、密度低且持久性强，其在环境中的迁移性和持久性很高（McIlwraith等人，2021a）。它们在全球各种环境介质和生物体中的普遍存在已经得到证实。生物体摄入微塑料会引发一系列不良影响，包括物理损伤（内部磨损、肠道堵塞和虚假饱腹感）、代谢紊乱（如细胞能量功能障碍和营养吸收障碍）以及毒性作用（氧化应激、内分泌紊乱和神经毒性），对生物多样性和生态系统健康构成重大且日益增长的威胁（Ding等人，2023年）。因此，微塑料污染已成为一个紧迫且日益严重的全球环境问题，需要进一步深入的科学研究来阐明其生态风险。

微塑料的生物积累是其毒性的基本步骤。先前的研究表明，微塑料的生物积累取决于生物体的生理特性（Zeng等人，2025年）。Chen等人报告了生物体大小/重量与组织中微塑料丰度之间的正相关关系（Chen等人，2022年）。相反，Aminah等人发现小型螃蟹体内的微塑料负担高于大型螃蟹，这表明微塑料的生物积累模式较为复杂（Aminah等人，2023年）。这可能是因为生物体的地理来源对其生物积累的影响比其他因素更为显著（Parolini等人，2024年）。此外，微塑料的性质也会影响其吸收过程，例如，类似食物颗粒的微塑料更容易被鱼类摄入（McIlwraith等人，2021a）。颜色鲜艳的微塑料可能被视觉捕食者误认为是猎物，而透明颗粒可能被滤食性生物无选择性摄入（Noh等人，2024年）。纤维状的微塑料更容易在消化道中缠绕和滞留，其在肠道中的停留时间比球形微塑料更长，从而导致更高的生物积累水平（Qiao等人，2019年）。Ding等人发现，粒径小于5微米的微塑料更容易穿透鱼类的肠道屏障，被吸收并转移到肝脏、鱼片和大脑中，而较大的微塑料则主要积聚在肠道内（Ding等人，2018年）。到目前为止，微塑料的生物积累模式及其影响因素尚未完全阐明，因此有必要更好地理解这些机制。

生物体摄入微塑料后，微塑料会通过食物网进行转移。Watts等人在实验室模拟实验中证实了微塑料从Mytilus edulis传递到Carcinus maenas的过程（Watts等人，2014年）。生物放大是指污染物在生物体内的浓度随着营养级的升高而逐渐增加的现象，而生物稀释是指污染物浓度随着营养级的升高而降低的现象。野外研究也报告了微塑料在各种生物体间的营养级转移，但是否发生生物放大仍存在争议。Sarker等人展示了红树林生态系统中微塑料的生物放大现象（Sarker等人，2022a）。然而，最近的研究（Miller等人，2023年）表明不同生物体在食物网中的微塑料生物积累模式存在差异，在较高营养级未观察到显著的放大效应。这些相互矛盾的研究结果强调了进一步研究以阐明水生食物网中微塑料动态的必要性。

湖泊是微塑料的主要汇，各种湖泊生物体内普遍存在微塑料（Miller等人，2023年），这些水生物种是人类的重要食物来源。Nguyen等人揭示了越南各地表水中微塑料污染的普遍存在，尤其是在河内和胡志明市等大城市（Nguyen等人，2023年）。此外，微塑料在水产养殖环境中的存在会影响鱼类健康（Le等人，2024年）。因此，微塑料通过食物链的转移途径对人类健康构成了严重的担忧（Soltani等人，2023年）。人类接触微塑料的程度从根本上取决于微塑料在可食用生物组织中的空间分布。目前的研究尚未充分探讨可食用部分中的生物积累过程及其对淡水环境中人类消费者的风险评估。五连湖位于中国黄河流域，是中国最大的淡水湖，湖面积为293平方公里，最大水深约为4米，水滞留时间为240-290天。流域内的土地利用以农业用地为主。流域所在地巴彦淖尔市的常住人口为149万。五连湖是一个重要的渔业生产基地，其水产品被周边地区居民广泛消费（Wang等人，2022年）。最新证据证实了湖泊中微塑料的广泛污染（Mao等人，2021年；Wang等人，2019年），从而威胁到生态和人类安全。然而，五连湖中微塑料的生物积累、营养级转移及其相关的人类暴露风险仍不清楚。

本研究的目标是：（1）调查五连湖中微塑料的污染水平及其特征（包括地表水、沉积物和水生生物），并明确影响微塑料生物积累的因素；（2）阐明五连湖食物网中微塑料的营养级转移和生物放大潜力；（3）量化生物体内微塑料的组织特异性积累，特别是在可食用部分，并评估当地居民通过食用水产品摄入微塑料所面临的健康风险。

部分摘要

样品采集

在当地渔民的帮助下，采集了地表水（n = 3份）、沉积物（n = 3份）、无脊椎动物（包括Redix ouata（n = 30只）、Neocaridina denticulatasinensis（n = 12只）以及鱼类（包括Rhodeus sinensis（n = 12只）、Pseudorasbora parva（n = 9只）、Abbottina rivularis（n = 6只）、Carassius auratus（n = 6只）、Cyprinus carpio（n = 6只）、Ctenopharyngodon idella（n = 6只）、Hypophthalmichthys molitrix（n = 6只）、Megalobrama amblycephala（n = 6只）、Channa argus（n = 6只）、Silurus asotus（n = 6只）

地表水和沉积物中微塑料的存在

所有地表水和沉积物样本中均检测到微塑料（图1A）。地表水中的微塑料浓度为4.95 ± 1.86个/升，高于青海湖（1.7个/升）（Han等人，2024年）。沉积物中的微塑料浓度达到327 ± 51.0个/千克，超过了青海湖（44.98个/千克），但低于太湖（1018个/千克）（Li等人，2024年）。这种空间异质性可能与区域人为活动水平有关。

结论

本研究对中国五连湖水生食物链中的微塑料污染特征、生物积累、生物放大潜力及其潜在健康危害进行了深入评估。主要发现如下：（1）微塑料在五连湖中广泛存在，包括地表水、沉积物和水生生物；生物体内的微塑料特征与环境中的微塑料相似。

CRediT作者贡献声明

王立新：撰写 – 审稿与编辑。肖 Bowen：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源管理、项目协调。刘华敏：撰写 – 审稿与编辑。张国亮：撰写 – 原稿撰写、方法学设计、调查实施、数据分析。孙金辉：数据分析。詹一然：调查实施

未引用的参考文献

Noh等人，2024年；Parolini和Romano，2024年；Zhang等人，2022年。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本项工作得到了鄂尔多斯科技计划（编号2022EEDSKJXM005、2022EEDSKJZDZX010）、内蒙古科技重大项目（编号2022YFHH0017）以及内蒙古自然科学基金（编号2025MS04012）的财政支持。