《Environmental Pollution》：Spatial and seasonal variations of airborne microplastics in the emerging megacity of Hangzhou, China
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微塑料污染时空分布及理化特性研究揭示杭州四季及功能区中TSP与PM10颗粒浓度差异显著，PM10占比超72%，粒径以<100μm为主，常见材料为尼龙（45.6%）、橡胶（10.2%）和ABS（9.4%），夏季浓度显著低于其他季节，交通源贡献突出。
郝菲琳|沈明伟|黄子怡|张乐娃|郑佳曦
浙江省污染暴露与健康干预重点实验室，浙江树人大学生物与环境工程学院，杭州310015，中国
摘要
无处不在的空气中的微塑料（AMPs）对人口密集的城市居民构成了严重的健康风险。本研究对中国杭州地区微塑料的时空分布特征及其物理化学性质进行了分析。在四个功能区（居民区、工业区、购物中心和路边）的人体呼吸高度，使用双级进气口（TSP和PM10）进行了为期一年的连续主动采样。TSP中微塑料的平均浓度为4.43 ± 3.11粒子·m-3（中位数：4.61 ± 2.72粒子·m-3；范围：0.22–9.48粒子·m-3）。PM10占总微塑料的72%以上，且约89%的微塑料长度小于100微米（10–1066微米；平均长度：57.27 ± 19.48微米）。从形态上看，碎片占主导地位（>93%），而纤维主要存在于较大的颗粒中（>700微米）。LDIR光谱技术鉴定出28种物质类型，其中聚酰胺（45.6%）、橡胶（10.2%）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（9.4%）是最主要的成分，这与纺织业和交通相关的城市活动有关。基于等级的因子分析（Scheirer–Ray–Hare）表明TSP和PM10都存在显著的季节性变化（p <0.001），Dunn–Holm事后检验显示夏季的微塑料浓度显著低于春季、秋季和冬季（P_Holm < 0.001）。空间差异较小：TSP的空间效应不明显（p = 0.0525），而PM10的空间效应显著（p = 0.0452），居民区和路边地区的微塑料浓度存在显著差异（P_Holm = 0.028）。这些发现为了解城市大气中微塑料的特性、动态及其环境影响提供了重要线索，强调了与交通相关的可吸入微塑料对健康的威胁，并表明季节性气象因素是亚热带季风气候下微塑料浓度夏季低谷的主要驱动因素。
引言
塑料污染是一个全球性的危机。自1950年以来，全球共生产了83亿吨塑料，其中约60%积累在环境中，并分解成微塑料（MPs，1微米至5毫米）（Sridharan等人，2021年；联合国环境规划署Beat Plastic Pollution，无日期；Shams等人，2021年；Bhatia等人，2024年；Nandi等人，2024年）。在从阿尔卑斯山、北极到喜马拉雅山和南极的偏远地区都发现了微塑料，这证实了大气和水体系统是微塑料全球传播的主要途径（Parolini等人，2021年；Zhang等人，2023年；Frank等人，2025年；Antacli等人，2024年；Cebuhar等人，2024年；Evangeliou等人，2020年）。微塑料尤其令人担忧，因为它们可以在空气中悬浮超过六天，传播数千公里，并且容易被吸入或吸收（Brahney等人，2021年；Allen等人，2021年）。现在已经在人类血液、肺部、胎盘和母乳中检测到微塑料（Leslie等人，2022年；Amato-Lourenco等人，2021年；Liu等人，2022年；Zhang等人，2021年；Guan等人，2023年）。微塑料及其添加剂可能引起氧化应激、炎症、代谢问题和其他严重的健康问题，因此需要对其浓度和传输动态有深入的了解（Amato-Lourenco等人，2021年；Akhbarizadeh等人，2021年；Jeong & Choi，2020年；Liu等人，2024年）。然而，目前对微塑料的认识远不如对水生和陆地环境中微塑料的认识（Zhao等人，2023年；Peries等人，2024年；Jahedi等人，2025年；Kek等人，2024年）。由于世界上超过一半的人口居住在城市，因此对城市地区微塑料的研究正在增加——这些地方的污染和健康影响更为严重（Jahandari，2023年；Jahedi等人，2025年；Nafea等人，2025年；Kek等人，2024年）。与室内空气相比，室外城市空气更加开放、广阔，受天气影响较大，对区域和全球生态系统有重大影响，这使得监管和管理更加困难（Torres-Agullo等人，2022年；Peries等人，2024年；Jahandari，2023年；Jahanzaib等人，2025年）。因此，本文重点研究室外城市大气中的微塑料特征。
在大气微塑料研究中，室外采样通常分为主动采样（使用泵送设备）来测量空气中的微塑料浓度和非主动采样方法，包括基于扩散的被动空气采样器和沉积物收集器。主动采样需要电力和更复杂的设备，但可以直接测量与人体暴露相关的呼吸区域微塑料浓度（Kek等人，2024年；You等人，2024年）。表1总结了近期使用主动采样的城市室外研究，包括采样地点类型、采样高度和持续时间。然而，大多数研究依赖于“快照”方法，如单点采样或短期采样（Peries等人，2024年；Kek等人，2024年；You等人，2024年）。这种方法往往不能准确反映实际情况，因为微塑料的浓度和移动受到人类活动和天气的显著影响（You等人，2024年；Kek等人，2024年）。为了进行准确评估，需要进行长期的多点监测，但此类研究很少（Yuan等人，2023年；Nafea等人，2025年）。即使是少数长期研究（见表1），也存在显著不足。大多数研究在西安、广州、杭州、台中、台北、厦门和宁波等城市进行单点采样（厦门和宁波有两个采样点），通常从屋顶进行采样（西安的采样高度为1.7米，是个例外）（Liu等人，2022年；Yuan等人，2023年；Xu等人，2024年；Jung等人，2024年；Chen等人，2024年；Du等人，2024年；Nafea等人，2025年）。杭州的最新研究强调了这一问题。Zhu等人（2021年）在三个地点以1.6米的高度进行了10分钟的采样，而Xu等人（2024年）在单个屋顶以15米的高度进行了为期一年的测量。要真正了解微塑料的污染情况，需要在与人体暴露高度相关的地方进行长期的多点研究。本研究旨在通过在四个典型的城市功能区（居民区、路边、工业区和购物中心）进行为期一年的采样来填补这一空白。我们使用了带有双级TSP-PM10进气口分离器的泵送采样器，采样高度设定为平均人体呼吸高度1.6米，以模拟日常的城市暴露情况（Zhu等人，2021年）。我们假设季节性气象因素对微塑料浓度的影响大于功能区的影响，季风期间的降雨通过湿沉降和清除作用抑制了微塑料浓度。相比之下，功能区更多地影响微塑料的成分，而不是总浓度，因为不同来源的活动会导致微塑料主要存在于PM10部分。这项工作增强了我们对亚热带沿海城市微塑料污染的理解，特别是其季节性和空间变化，为城市污染管理提供了有价值的见解。由于微塑料是一个全球性问题，这项研究也为全球微塑料污染数据的积累做出了贡献，有助于预测和区域或全球污染控制工作。
研究区域
本研究在中国浙江省的杭州市进行，该市是长江三角洲（YRD）的第二大城市，位于中国东南沿海。杭州地形多样，包括平原、丘陵和山脉，森林覆盖率超过65%，平均海拔为12–19米。杭州具有亚热带季风气候，夏季（6月至8月）以东南季风为主，冬季（12月至2月）以西北季风为主。
微塑料的丰度和大小
由于采样时间重新安排以避免降雨，因此数据集代表了干燥天气条件；未来应在全天气条件下评估微塑料在降雨事件中的行为（如湿沉降加剧和尺寸分布变化）。在所有地点和季节的室外TSP和PM10样本中都检测到了微塑料。微塑料的浓度范围为TSP 0.22–9.48粒子·m-3（平均：4.43 ± 3.11粒子·m-3；中位数：4.61 ± 2.72粒子·m-310 0.20–7.62粒子·m-3
结论
本研究对中国杭州四个典型功能区（居民区、工业区、商业区和路边）的人体呼吸高度处的微塑料进行了为期一年的全面分析。我们使用带有双级进气口（TSP-PM10）的主动采样器和LDIR光谱技术，系统地研究了微塑料的丰度、物理化学性质及其时空分布。
在整个研究期间，微塑料的颗粒预测长度范围为10至
CRediT作者贡献声明
黄子怡：调查、数据分析。沈明伟：撰写——初稿、验证。郑佳曦：调查、数据管理。张乐娃：调查、数据管理。郝菲琳：撰写——审稿与编辑、方法论、概念构建
未引用的参考文献
Falakdin等人，2024年；杭州市统计局，2024年；Hee等人，2023年；Liu等人，2022年；Nafea等人，2024a；O'Brien等人，2023年；?zen和Mutuk，2025年；Arolini等人，2021年；PlasticsEurope，2019年；Truong等人，2021年；联合国环境规划署，无日期；Yang等人，2021年。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
