《Environmental Research》：Microplastic Pollution in Compost from Municipal Composting Facilities in Uttarakhand Himalayan Region, India: Characterization and Ecological Risk Assessment
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本研究首次系统评估了印度乌塔兰奇岭地区九个城市市政堆肥厂中微塑料的污染状况，通过氧化消化、密度分离及显微和光谱分析，发现微塑料浓度范围为3,800-8,800颗粒/千克，主要成分为聚乙烯、聚丙烯腈等，生态风险指数高达10-30，表明其潜在生态危害严重，亟需改进废物管理政策。
马尼什·乔杜里（Manish Chaudhary）|希瓦姆·蒂瓦里（Shivam Tiwari）|拉贾特·辛格·拉纳（Rajat Singh Rana）|苏林德拉·苏塔尔（Surindra Suthar）
印度北阿坎德邦德哈拉敦杜恩大学（Doon University）环境与自然资源学院，邮编248001
摘要
堆肥被认为是一种可持续的有机材料回收方法，用于处理城市固体废物；然而，它也可能成为微塑料（MPs）进入废物-土壤循环的途径。本研究调查了北阿坎德喜马拉雅地区九个不同城市的堆肥设施中微塑料的普遍性、物理特性、聚合物组成及其生态风险。堆肥样本经过氧化消化和密度分离处理后，使用立体显微镜和微衰减全反射-傅里叶变换红外光谱（μATR-FTIR）技术进行了分析。各城市中微塑料的含量差异较大，范围为3,800 ± 223至8,800 ± 280个颗粒/千克，主要类型为纤维状微塑料，尺寸分布分别为1–5毫米（40.87%）、106–500微米（34.92%）和500微米–1毫米（24.21%）。微塑料的颜色包括白色（45.64%）、黑色（34.0%）及其他颜色（20.03%）。μATR-FTIR分析结果显示，聚乙烯（21.34%）、聚丙烯腈（17.14%）、聚苯乙烯（15.53%）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（14.36%）是主要的聚合物成分。生态风险评估表明，污染负荷指数在10到30之间，这些堆肥设施被归类为中度污染。由于存在有害的微塑料聚合物，根据污染危害指数，所有堆肥设施均被认定为高度污染。相比之下，潜在的生态风险指数非常高，表明在农业生态系统中使用此类堆肥存在显著生态风险。为解决这一问题，需要加强废物分类、减少塑料使用并改进固体废物管理。此外，迫切需要制定国家堆肥质量标准、强制监测微塑料含量，并将循环经济原则纳入政策框架，以降低风险并保护这些地区的农业可持续性。
引言
塑料在当代经济中占据重要地位，广泛应用于包装、医疗保健、建筑和农业领域。自20世纪中叶以来，其韧性和适应性推动了生产的大幅发展。2022年，全球塑料产量达到约4亿吨，自1950年以来累计产量达到83亿吨（Plastic Europe, 2023）。如果现有消费趋势持续下去，到2050年产量预计将超过34亿吨，产生超过120亿吨的废物（Geyer等人，2017；Zhang等人，2021）。在所有产生的塑料废物中，只有9%被回收，34%被焚烧，40%被填埋，剩余的27%未得到妥善处理直接排放到环境中（Houssini等人，2025）。由于塑料具有抗分解性，在紫外线、温度变化、机械应力及生物作用的影响下，它们会在环境中长期存在（Chamas等人，2020；He等人，2019）。这种降解过程会产生不同尺寸的塑料颗粒：宏观塑料、微塑料和纳米塑料。
微塑料（MPs）定义为尺寸小于5毫米至1微米的合成聚合物颗粒或碎片（Baho等人，2021；Hartmann等人，2019），根据来源可分为初级微塑料（人工制造的，如微珠和纽德尔颗粒）和次级微塑料（由较大颗粒降解形成）（Song等人，2024）。这类微塑料具有高度持久性，通常需要数百年才能完全分解（Bacha等人，2023）。它们之所以具有独特的环境和生态风险，是因为其体积小、流动性强且可能具有毒性（He等人，2019）。尽管微塑料在水生环境中已被广泛报道，但越来越多的证据表明它们也普遍存在于陆地环境中（D. He等人，2020），包括叶层（Chaudhary等人，2025）、农业土壤（Kumar等人，2020）和粪便（Edo等人，2022）中。它们的普遍存在主要归因于各种陆地来源，如地表径流（Abbasi，2021）、处理过的废水和污泥（Chaudhary & Suthar，2023；Liu等人，2021）、填埋场渗滤液（He等人，2019）以及来自城市固体废物的堆肥（MSW）（Edo等人，2022）。由于表面积大和吸附能力强，微塑料可以吸附多种污染物，包括重金属、农药和工业化学品，从而通过食物链传播这些有害物质，对生态和人类健康构成重大风险（Tumwesigye等人，2023）。
近年来，来自城市固体废物的回收有机肥料（如堆肥）被认为是微塑料进入土壤的重要途径（Edo等人，2022；Weithmann等人，2018）。虽然有机堆肥含有大量微塑料，但它比合成肥料具有更多环境优势，如减少温室气体排放和提高养分循环利用率（Chojnacka等人，2019）。目前的监管措施未能充分解决这一污染问题。例如，欧盟允许堆肥中含有的外来物质（包括塑料）的最大重量比例为0.5%（欧盟委员会，2019），但这一规定仅针对直径≥2毫米的颗粒，因此忽略了可能造成更大生态危害的更小微塑料（Zafiu等人，2023）。全球范围内，堆肥中微塑料含量的研究结果存在显著差异：印度尼西亚家庭废物堆肥中微塑料含量为4.33个颗粒/千克（Mukhlis等人，2025）；东爪哇为0.20 ± 0.19个颗粒/克（Setyobudi等人，2024）；西班牙为10–30个颗粒/千克干重堆肥（Edo等人，2022）；泰国为23至100个颗粒/千克（Imasha & Babel，2024）；中国浙江省农村堆肥为2,400 ± 358个颗粒/千克（Gui等人，2021）；中国北京城市固体废物堆肥为6,615个颗粒/千克（Zhang等人，2023a）；伊朗克尔曼沙赫市混合城市废物堆肥为1,000 – 4,300个颗粒/千克（Massahi等人，2024）；印度尼西亚商业堆肥为160个颗粒/200克（Iswahyudi等人，2024）。关于印度地区城市固体废物堆肥设施中微塑料污染的文献记录较少。一些研究表明：喀拉拉邦堆肥中微塑料含量为840 ± 30 – 1,600 ± 1,110个颗粒/千克干重（Surendran等人，2024）；卡纳塔克邦湿堆肥中微塑料含量为11,350 ± 353.55个颗粒/千克，黑兵蝇幼虫堆肥中为5,900 ± 565.69个颗粒/千克（Dubey & Thalla，2025）。尽管采取了手动和机械分选等预处理步骤，现有堆肥系统在去除微塑料方面效率低下，尤其是直径小于2毫米的颗粒。堆肥过程的时间和方式对微塑料浓度有重要影响，频繁翻动堆肥可加速颗粒破碎（Steiner等人，2023），但当颗粒尺寸低于检测阈值时，数量可能会减少（Zafiu等人，2023）。方法上的差异，尤其是关于颗粒尺寸阈值和聚合物鉴定的差异，加剧了跨研究比较的难度。尽管大多数研究关注直径大于1毫米的颗粒，但环境样本中多达90%的微塑料可能小于50微米（Bl?sing & Amelung，2018）。
在印度，堆肥处理占城市固体废物处理的约20%（CPCB，2021），被视为一种可持续的废物管理方式。然而，由于源头分类不足、堆肥设施陈旧以及对微小不可生物降解颗粒的筛选不完善，塑料残留物仍会残留在最终产品中（Braun等人，2021；Massahi等人，2024）。印度喜马拉雅地区（IHR）的堆肥相关研究有限。该地区占印度陆地面积的约16.2%，居住着超过5000万人（Thakur等人，2021；Tripathi等人，2022），是生态敏感的生物多样性热点，也是下游人口的重要淡水来源。然而，快速的城市化和旅游业的发展以及崎岖的地形加剧了废物管理问题（Thakur等人，2021）。IHR地区的城市堆肥设施（如北阿坎德邦的设施）往往废物分类效果较差，增加了堆肥产品中微塑料污染的风险。尽管该地区在生态上非常敏感且是主要河流系统的污染源，但目前尚未有研究对此问题进行探讨。鉴于堆肥在可持续农业实践中的重要性以及该地区的环境脆弱性，系统评估该地区堆肥中的微塑料污染情况既紧迫又必要。
本研究旨在填补这一知识空白，通过调查印度喜马拉雅地区城市固体废物堆肥设施中的微塑料污染情况来填补这一重要空白。研究有两个主要目标：（1）从聚合物类型、浓度、形态和尺寸分布方面描述微塑料；（2）使用标准化评估指标（如聚合物危害指数PHI和潜在生态风险指数PERI）评估生态风险。通过结合生态风险评估和成分分析，本研究为理解IHR地区的微塑料污染提供了创新方法。研究结果有助于指导废物管理政策，制定堆肥标准，并增加对高海拔生态敏感地区微塑料污染的认识。
材料
本研究使用了分析级化学品（SRL Pvt. Ltd.，印度），包括过氧化氢（H?O?）、氯化锌（ZnCl?）和氯化钠（NaCl）。样品过滤使用了不锈钢筛网（Manikarn Scientific Labs Pvt. Ltd.，印度），筛网孔径分别为5毫米、1毫米、500微米和106微米，具体步骤参照（Berset & Stoll，2024）。使用手动钻土采样器收集堆肥样本，并进行了初步清洗以去除杂质。
城市堆肥中的微塑料含量
在来自九个不同堆肥设施的所有城市堆肥样本中均检测到了微塑料，表明它们在环境中普遍存在，这引发了人们对堆肥在农业中使用的环境安全性的担忧。城市堆肥中的微塑料浓度（颗粒/千克）范围为3,800 ± 223至8,800 ± 280个颗粒/千克，平均值为6,277.78 ± 1,758.32个颗粒/千克，说明不同地点之间存在显著差异。
生态影响
微塑料在印度喜马拉雅地区城市固体废物堆肥中的存在具有重大生态影响。堆肥在喜马拉雅山麓的农田中广泛用于提高土壤肥力和作物产量。根据FCO（2009）的数据，该地区城市固体废物堆肥每年每公顷可贡献3.13 – 6.27 × 10?个微塑料。这些定量比较有助于更好地理解微塑料的潜在影响。
结论与未来研究
本研究首次系统性地证明了印度喜马拉雅地区九个城市固体废物堆肥中的微塑料污染情况，通过分析其含量、形态、尺寸分布和聚合物特征进行了研究。此外，还使用风险指数定量评估了相关生态风险，从而将成分分析和基于风险的评估相结合，提出了理解该地区微塑料污染的创新方法。微塑料浓度范围为3,800个颗粒/千克……
作者贡献声明
马尼什·乔杜里（Manish Chaudhary）：撰写初稿、可视化处理、方法设计、数据分析。希瓦姆·蒂瓦里（Shivam Tiwari）：方法设计、数据分析。苏林德拉·苏塔尔（Surindra Suthar）：撰写审查与编辑、撰写初稿、验证、资源协调、方法设计、调查、概念构思。拉贾特·辛格·拉纳（Rajat Singh Rana）：方法设计、数据分析
未引用参考文献
Chaudhary等人，2025；Zhang等人，2023b。
声明
伦理批准：本研究不涉及任何与人类相关的工作。
参与同意：所有参与者均已签署知情同意书。
发表同意：参与者同意将本研究结果提交给期刊。
利益冲突
作者声明没有已知的可能影响研究结果的财务或非财务利益冲突。
致谢
作者感谢印度北阿坎德邦德哈拉敦杜恩大学环境与自然资源学院提供的研究支持。乔杜里（Chaudhary M.）特别感谢印度政府的DST项目（INSPIRE Fellowship [No. IF220225] 对博士研究的资金支持。
