全球微塑料评估：利用MP-TOX量表预测水生生态系统的生态风险

《Journal of Hazardous Materials》：Global Assessment of Microplastics: Leveraging MP-TOX Scale for Predicting Ecological Risk in Aquatic Ecosystems

微塑料全球浓度元分析显示淡水系统（中位数5.40×102 MPs/m3）显著高于海洋（3.23 MPs/m3），纤维类塑料占比超50%。创新性开发MP-Tox框架，通过斑马贻贝实验验证，表明现有环境浓度（最高1.54×10? MPs/m3）尚不足以引发急性毒性，但会导致浮游动物繁殖率下降7-12%，需建立化学与物理风险协同评估体系。

　　

Alina Zehra | Sadasivam Anbumani

GLP集团，监管部门，GLP合规研究及计算毒理学（REACT）部门，C.R. Krishnamurti（CRK）校区，CSIR-印度毒理学研究所，勒克瑙，226008，北方邦，印度

摘要

微塑料（MPs）在自然界中无处不在。本研究通过对来自62个国家的3,515个实地数据点（水：2,167个；沉积物：738个；生物体：610个）以及216个实验室数据点进行了全面的全球元分析。将微塑料浓度标准化为基于颗粒的单位后，发现淡水系统是微塑料的热点区域，其中微塑料的中位浓度显著高于海水（分别为5.40×102 MPs/m3 vs 3.23 MPs/m3；p < 0.0001）。大西洋的微塑料污染最为严重，浓度达到3.99×102 MPs/m3。纤维状颗粒在水、沉积物和生物体中更为普遍，聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）是主要的聚合物。生物体分析显示存在显著的地理差异，南极洲和加拿大的无脊椎动物受污染最严重。滤食性生物体内的微塑料负荷高于肉食性生物体，这表明摄食生态是微塑料积累的主要驱动因素。有趣的是，尽管微塑料负荷较低，但生物体的污染负荷指数（PLI）与聚合物危害指数（PHI）之间存在显著相关性。我们开发并验证了一种新的MP-Tox量表，该量表使用D. magna生物测定法，将环境中的微塑料存在与生物效应联系起来。预测的无效应浓度（6.70×101? MPs/m3）是最高报告环境浓度的4.4倍，表明现有的环境微塑料不太可能对淡水滤食性生物体造成急性毒性，但会导致浮游动物繁殖显著下降，这是一个主要的生态问题。这些发现弥合了分散的、特定地区的微塑料风险评估，并为全球监测和管理提供了基于证据的工具。未来的研究需要在该量表上验证更多物种，并评估其与化学压力因素的联合毒理学效应。

引言

微塑料（MPs）是尺寸小于5毫米的合成塑料颗粒，能够在各种环境介质中持续存在。微塑料的来源多种多样，包括大塑料物品的破碎、工业过程以及消费品[2]、[56]。这些难以降解的颗粒已经渗透到日常食品中，如盐、蜂蜜、海鲜、大米、瓶装水和饮料等。据估计，人类每天可能通过饮食和饮用水摄入多达2,000个微塑料颗粒[125]、[46]、[6]、[79]。最近的研究进一步证实了微塑料存在于人体组织中，包括大脑[80]（Jenner等人，2024年；[91]）、精液[Zhang等人，2023年]、胎盘[101]和血液[80]，这表明它们能够穿透血脑屏障和胎盘屏障，引发了对其可能对环境和人类健康造成风险的担忧。

微塑料的环境迁移和归趋受到颗粒大小、密度、形态以及水动力条件的影晌（美国NOAA，2015年）。在东南亚的水生系统中，水中的微塑料含量最高（35%），其次是沉积物（31%）、生物体（20%）和其他介质（14%）[2]。沉积物作为长期储存库，微塑料浓度范围从1.79到9,677颗粒/千克[56]，而浮游生物、无脊椎动物和鱼类等水生生物通过选择性吸收较小的和纤维状的微塑料而积累这些颗粒，从而导致生物积累和营养级传递[106]、[61]（O'Connor等人，2019年；[119]）。

现有的元分析研究主要集中在特定地区或介质上，缺乏跨系统的理解。例如，Guo等人[56]强调了东亚地区的沉积物积累问题，而Cui等人[33]则关注海洋海鲜。Julius等人[71]和Haque等人[59]发现非洲和南亚水域的污染负荷指数（PLI）属于第四类（极高风险），工业区是污染热点。方法上的差异，如网目大小的不同、单位（基于重量 vs 基于颗粒计数）和分析技术的不同，使得跨研究比较变得困难[81]。

最近的研究强调了微塑料暴露带来的显著生态影响。Austin等人（2025年）对市政水资源回收设施中的微塑料进行了严格的全球评估，并强调了进行全球分析的标准化方法的必要性。另一方面，Zhu等人[131]系统地评估了微塑料暴露对藻类和植物光合作用的影响，发现其减少了7-12%，同时Daphnia物种的适应性也受到了影响[52]。然而，只有少数研究尝试在全球范围内综合不同介质中的微塑料[122]、[34]、[56]、[95]，并且没有研究通过统一框架将全球存在数据直接与实验毒性终点联系起来，这使得本研究具有创新性。

本研究通过使用来自62个国家的水（2,167个）、沉积物（738个）和生物体（610个）的3,515个实地数据点，以及216个实验室暴露数据点，对微塑料浓度进行了全面的元分析。通过将所有数据转换为标准化基于颗粒的单位（水中的MPs/m3、沉积物中的MPs/kg和生物体中的MPs/g），我们能够直接进行跨介质和跨地区的比较，从而得出三个全球范围内的风险评估工具：（i）污染负荷指数（PLI），用于将污染水平与基准水平进行对比；（ii）聚合物危害指数（PHI），用于识别特定聚合物的风险；以及（iii）新的MP-Tox量表，这是一个将颗粒数量浓度与不良生物效应联系起来的分类框架。为了弥合元分析预测与观察到的生物反应之间的差距，我们使用Daphnia magna生物测定法在定义的浓度范围内对MP-Tox量表进行了实验验证。这种综合方法通过将环境中的微塑料存在与生态毒性效应联系起来，提供了关于微塑料相关生态风险的新见解。

文献搜索策略

文献搜索策略

我们对1996年至2024年8月1日期间发表的关于水、沉积物和生物体中微塑料浓度的文献进行了全面的系统元分析（图S1至S3）。PubMed搜索结果显示，“Microplastics AND Water Sampling”有2,964个结果；“Microplastics AND Sediment Sampling”有997个结果；“Microplastics AND Biota Sampling”有308个结果。文章选择标准包括以英语发表的文章，并且明确给出了微塑料浓度及其单位。

全球水体中的微塑料浓度

使用来自62个国家的258项研究的2,167个数据点，量化了河流、湖泊、河口和沿海环境中的微塑料浓度（图S5）。结果显示，微塑料浓度存在三个数量级的极大变化，中位数值范围从<1到>6.53 × 10? MPs/m3不等，K-W检验显示微塑料浓度存在显著差异（H = 665.4；p < 0.0001），表明空间分布不均

局限性

本研究中开发的MP-Tox量表假设微塑料为球形颗粒，这是一种简化处理，因为实际上纤维状颗粒在所有介质中占主导地位（约50%）。这种假设引入了不确定性，因为纤维状颗粒与球形颗粒的行为不同——它们的不规则形状、柔韧性和在水中卷曲的倾向使得难以准确地将纤维质量转换为颗粒数量。因此，基于MP-Tox量表得出的毒性预测

结论

本研究首次进行了全面的全球微塑料浓度元分析，并提供了一个统一的风险评估框架。研究表明，淡水生态系统是微塑料的热点区域，其中微塑料的中位浓度是海水的167倍（5.40 × 102 vs 3.23 MPs/m3）。大西洋的微塑料污染最严重（3.99 × 102 MPs/m3），这归因于欧洲和北美洲密集的工业海岸线；而印度洋的中位浓度却相对较低（0.15

环境影响声明

微塑料现在被认为是一种持久的、普遍存在的环境污染物，其生态和人类健康影响尚不明确。本研究首次通过实验验证了MP-Tox量表，将全球微塑料的存在与水生生物体的可量化生物危害水平联系起来。研究表明，污染量（PLI）和化学危害（PHI）是独立的，这挑战了单一指标的监测方法，并提倡采用双重风险评估方法

未引用的参考文献

[3], [4], [5], [8], [9], [10], [12], [13], [20], [21], [25], [26], [27], [28], [29], [32], [36], [37], [39], [40], [42], [43], [45], [47], [48], [51], [53], [54], [58], [62], [69], [85], [86], [88], [96], [117], [118], [128], [129]

CRediT作者贡献声明

Sadasivam Anbumani：撰写 – 审稿与编辑、可视化、监督、资源管理、项目管理、方法论、资金获取、概念构思。Alina Zehra：撰写 – 原初草稿、可视化、方法论、调查、数据分析、数据整理、概念构思。

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。

致谢

感谢科学和工业研究委员会（CSIR）新德里的项目MLP-024“新兴污染物和产品的监管毒理学战略方法”对SA提供的资助。CSIR-IITR的通信编号为IITR/SECC-PME/MSS/2025/097。