长江流域水体微塑料污染现状及防控措施

李天翠，黄小龙，吴辰熙，郭文思

(1.生态环境部长江流域生态环境监督管理局 生态环境监测与科学研究中心，武汉 430010； 2.中国科学院水生生物研究所，武汉 430072)

1 研究背景

目前，人类正生活在一个“塑料”时代，全球塑料制品产量逐年高速增长，2015年全球塑料年产量已达3.22亿t[1]。由于塑料材质具有轻便、耐腐蚀、绝缘性高、可塑性强、价格低廉等特点，因此在包装、交通运输、工农和医疗等方面被广泛应用，塑料用品的使用几乎涉及人类生产生活的各个方面。塑料带给人类极大便利的同时也带来了环境问题。由于塑料制品较低的回收率和废弃物的不合理处置，塑料废弃物进入环境中难以降解，造成了严重的“白色污染”。微塑料是指粒径或者长度<5 mm的塑料，是一种新兴环境污染物[2]。微塑料分为原生微塑料和次生微塑料。最初以微小尺寸制造的塑料称为原生微塑料；塑料制品经过物理损伤、风化和分解破碎而形成的微小塑料为次生微塑料。环境中主要存在的是次生微塑料[3]。

近年来，微塑料污染在全球范围内受到广泛关注和报道。水体微塑料污染现象普遍存在，淡水水域既是环境中微塑料污染重要的“汇”，同时又是海洋微塑料污染的“源”[4]。研究人员[5]通过模型计算并得出结论，认为长江是全球微塑料输海通量最高的水体。但这些模型研究缺少实际调查数据和结果的验证，并不足以反映真实的长江微塑料污染现状。

长江流域横跨南北，贯穿东西，流域面积约180万km2，约占我国国土面积的18.8%。长江流域的水生态环境状况，直接关系到长江经济带的健康发展和人民群众的身体健康。微塑料由于其粒径小、易传播和难降解等特征，可能会通过食物链进入人和生物体内，危及生态环境和人民群众的身体健康[6]。目前，长江流域水体微塑料污染的总体现状、特征及防控方法等仍然缺乏系统的调查、研究和总结。因此，研究和总结长江流域水体微塑料污染和分布现状，是深入贯彻和落实长江大保护的举措之一，对了解和摸清长江流域水体微塑料现状、成因具有重要意义，也能为微塑料污染的防控思路提供科学依据。

2 长江流域水体微塑料污染现状及分布特征

本文在以往研究的基础上，总结概括了长江流域目前已有的关于水体微塑料污染研究的相关报道，旨在反映长江流域水体微塑料污染现状、成因，并提出相应的防控措施。

2.1 区域分布特征

2.1.1 中下游水体

水体中微塑料的调查方法主要有拖网法和瓶采法2种方法[7]。表1对比分析了基于瓶采和拖网2种调查方法的长江流域表层水微塑料的丰度。结果表明，长江中下游地区水体微塑料丰度较高；微塑料的分布具有较大的空间异质性；不同类型的水体微塑料丰度差异也较大，湖泊和水库的微塑料丰度普遍高于河流型水体；水库的库湾及沿岸微塑料丰度明显高于水库中心；人口密集、经济发达的地区水体微塑料丰度相对较高，城市湖泊的微塑料丰度高于其他地区湖泊[8]。

表1 长江流域表层水中微塑料丰度Table 1 Abundance of microplastics in surface water in Yangtze River basin

长江中下游重点水体，例如三峡水库、洞庭湖、鄱阳湖、丹江口水库、长江口等微塑料的污染现状不容乐观，表层水和沉积物中微塑料丰度均较高(表1和表2)。

表2 长江流域水体沉积物中微塑料丰度Table 2 Abundance of microplastics in sediments of waters in Yangtze River basin

2.1.1.1 长江河口

长江口是物质循环和迁移转化的重要通道，研究长江口微塑料的污染状况对评估长江微塑料输海通量具有重要意义。对长江口地区微塑料调查相对较多，不同学者的调查结果表明，长江口表层水中微塑料丰度在几十到几万个/m3(表1)，随时间变化呈现较大的波动性。2014年Zhao[12]发表了第一篇关于长江河口微塑料污染的报道，显示2013年9月长江入河口表层水中微塑料的丰度为(4 137.3±2 461.5) 个/m3。Luo等[11]在2017年4—9月的调查结果表明，长江口微塑料的平均丰度为10.9×103个/m3，低于长江三角洲内陆水体微塑料丰度；同年8月，Xu等[10]调查发现长江口表层水微塑料平均丰度为(231±182) 个/m3。2018年4月，沉积物中微塑料平均浓度为(1.43×104±300)个/kg[27]，同年9月，河口表层水微塑料丰度为(2.78×104±1.18×104)个/m3[33]；2019年6月，表层水和沉积物微塑料丰度分别为0～259 个/m3和10～60 个/kg[9]。不同学者调查结果的差异主要与调查的点位、季节、水位变化等自然因素有关，可能还与调查方法的差异相关。

2.1.1.2 湖 泊

长江中下游湖泊表层水中微塑料丰度在几百到几万个/m3，沉积物中的微塑料丰度在几十到几千个/m3，不同空间的湖泊微塑料丰度差异在1～2个数量级。长江中下游四大湖泊的巢湖、太湖、鄱阳湖和洞庭湖微塑料丰度也差异较大，不同学者调查结果也不同。太湖表层水中微塑料浓度最高达6.8×106个/km2[13]，基于瓶采法的微塑料丰度在340～2 580 个/m3，巢湖表层水中微塑料平均丰度为747 个/m3[8]。鄱阳湖、洪湖、武汉东湖微塑料浓度较高，均超过1 000 个/m3，远高于其他湖泊(表1)。

Li等[8]调查了长江流域中下游18个不同营养水平的湖泊中微塑料污染情况。结果发现，18个湖泊表层水中微塑料丰度为240～1 800 个/m3，平均丰度为(780±429)个/m3，丰度最高的是洪湖，最低的鄱阳湖;沉积物中的微塑料平均丰度为(219±124)个/kg。湖泊表层水和沉积物中的微塑料丰度与总氮呈正相关关系，与总磷、叶绿素a和营养指数无相关性，这说明湖泊中的微塑料输入可能与总氮的污染有着相似的来源。

2.1.1.3 长江干流及重点水库

(1)长江干流。Su等[20]在2016年8—10月的调查结果表明，长江中下游微塑料丰度在50～310 个/m3之间。Xiong等[7]采用拖网法的调查结果表明：长江中下游微塑料丰度在1.95×105～9.00×105个/km2之间，平均丰度为4.92×105个/km2。

水库是最容易受纳微塑料的水体之一，三峡水库和丹江口水库微塑料污染现状不容乐观。

(2)三峡水库。Zhang等[26]在国内最早用拖网法调查了三峡水库中的微塑料，发现三峡水库中微塑料丰度在3.407×106～13.627×106个/km2，处于较高的污染水平，远高于长江中下游[7]。三峡水库沉积物微塑料丰度为25～300个/kg[19]，与其他水体无显著差异。

(3)丹江口水库。Di等[21]在2017年11 月的调查结果表明，丹江口水库中的微塑料丰度为467～15 017个/m3，平均丰度为2 594 个/m3，沉积物微塑料丰度为15～40个/kg(干重)，处于较高的污染水平，纤维状微塑料的占比在20.8%～99.2%之间。潘雄等[22]在2019年丰水期的调查结果发现，丹江口库区表层水微塑料平均丰度为7 248 个/m3，入库支流丹江和老灌河微塑料丰度最高分别达到9 001 个/m3和7 746 个/m3。总体来看，丹江口水库微塑料污染处于较高水平，但其丰度低于三峡水库。

2.1.2 上游水体

长江流域上游水体地形复杂，地质灾害较多，水流较急，例如金沙江、赤水河和雅砻江等，微塑料调查难度相对较大，微塑料污染的报道相对较少。长江上游人口密度小，水环境相对较好，可能微塑料污染引起的关注相对较少。但近年来相继报道了长江流域上游的黄金峡水库、赤水河、沱江等水体微塑料污染。

黄金峡水库位于陕西省，是汉江上游干流河段的第一个梯级电站。Li等[32]的调查结果显示，黄金峡水库沉积物中的微塑料丰度为233～870个/kg，丰度高于丹江口水库和三峡水库，但在同一数量级，无明显差异。

御临河位于重庆境内，是长江重要支流，其表层水中微塑料丰度为13～360个/m3，低于下游水库型河流中的丰度[4]。

沱江是长江上游的主要支流之一，Zhou等[24]的调查结果表明，沱江中微塑料的丰度为911.57～3 395.27个/m3, 其中沱江在资阳市微塑料丰度最高，纤维的占比为34.88%～65.85%。

赤水河是长江干流上游右岸的一级支流，流域内工业基础总体还较薄弱，经济发展相对滞后。但有调查发现，赤水河仁怀段表层水中微塑料丰度为1 770～14 330个/m3，丰度也较高，且纤维状微塑料占比为59.4%[23]。

从调查来看，上游水体微塑料调查相对较少，但沉积物中的丰度与下游并无明显差异。上游微塑料分布特征还需要进一步的调查和研究。

2.2 水体分布特征

(1)河流、水库和湖泊中心微塑料丰度低于水体沿岸、库湾和河口。微塑料在三峡水库、丹江口水库、太湖、巢湖等水体的调查结果均表明：水体中心微塑料的丰度远低于沿岸、库湾、河口等区域。例如太湖东南河口区平均丰度高于湖心的微塑料丰度近 7倍，三峡水库河口区微塑料丰度是干流的3倍多[34]。这可能与水体的水文地质、风浪扰动等因素有关。

(2)长江流域水体沉积物是微塑料重要的“汇”，沉积物中微塑料丰度较高。尽管塑料密度小，但沉积物中依然检测出其存在，特别是水体消落带沉积物(表2)。不同于溶解性污染物，微塑料向沉积物中积累更多受物理因素和生物作用影响，这一点可能类似于水体中的悬浮颗粒物。聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等塑料的密度大于1 g/cm3，可自然沉降到水底。水中的微塑料不仅会被鱼类、底栖动物等通过摄食而迁移和沉积，微塑料表面生长有细菌和藻类后密度会增大而逐渐沉降到水底[31]。富营养化水体中藻类大量爆发也会携带和迁移微塑料，并改变其形态特征。因此，除较高密度的 PET和聚酯类(PA)外，低密度的聚丙烯(PP)也出现在80%的沉积物研究中。

长江流域水体沉积物中微塑料的丰度在几十到几千个/kg之间(表2)。三峡水库沉积物微塑料平均丰度为(82±60)个/kg[19]，黄金峡水库沉积物微塑料丰度则高达233～870 个/kg[32]，鄱阳湖沉积物微塑料丰度最高可达到3 153 个/kg[31]。

(3)长江流域水体中的微塑料多为纤维状，其次是碎片、薄膜和球状，主要聚合物为PA、PE和PP。目前微塑料的形态主要分为：碎片、薄膜、球状、纤维、线状等微塑料。微塑料的形态分区主要基于不同的污染来源，具有一定的污染指示作用。通常，形状规则的球状微塑料多为工业生产中的初级微塑料，主要是牙膏、化妆品中的磨砂颗粒等[35]。纤维、线状(主要是尼龙)、泡沫状塑料多与水域中的渔业活动等相关联。纤维状微塑料在太湖、丹江口水库和东湖等水体中的丰度均在70%以上[8, 13, 21]。这可能与纤维较小的密度导致其容易迁移有关。长江流域聚酯类、聚乙烯和聚丙烯微塑料的大量分布主要与这三类塑料制品在生产生活中的广泛使用有关。

(4)水体微塑料的丰度随着流域镇化程度增强而升高。人类活动是塑料的唯一贡献和来源，因此城镇化程度越高的地区，人类社会工业、经济和生产活动更频繁，向水体中输送的微塑料也随之增多。以太湖为例，太湖西北部湖区微塑料丰度和营养指数显著高于其他区域，与西北部河口相连的入湖河流如武进港河和殷村港河等贡献了太湖全部入湖流量的1/3左右，上游来水也携带了大量微塑料在河口聚集并向全湖扩散[20]。三峡水库支流香溪河中的微塑料丰度在城镇化较高的区域高于其他地区[36]，武汉城市中心微塑料丰度显著高于郊区和农村[18]。这一特征不仅在长江流域存在，在其他流域也具有相似的特征。

(5)与国内外其他流域水体相比，长江流域水体微塑料污染处于中等偏低水平。表3对比了国内外河流表层水微塑料污染现状，与国内其他流域相比，长江水体部分区域微塑料丰度略高于黄河、海河、珠江等流域。但微塑料丰度在几百到几万个/m3之间。拖网法采样的结果可以看出，长江中下游表层水微塑料丰度比美国芝加哥河低了3～4个数量级。瓶采结果也表明，长江流域水体微塑料丰度远远低于越南的西贡河。与欧洲的多瑙河、莱茵河相比，丰度处于相对较低的污染水平。这也论证了模型预测并不能反映长江流域真实的微塑料污染状况。

表3 世界各国典型河流表层水微塑料丰度Table 3 Abundances of microplastics in surface water in typical rivers of the world

3 长江流域水体微塑料污染原因

3.1 塑料产业的快速发展和管理不当

我国是世界上最大的塑料生产国，2015年塑料产量达8 950万t，占全球塑料产量的27.8%[47]。尽管在过去的几十年，我国经社会济飞速发展，但人民群众的环保意识还较薄弱，固体废弃物管理水平还很低，每年因管理不当而进入环境中的塑料废弃物占我国塑料总产量的27.7%[48]。此外，塑料废弃物较低的回收利用率是微塑料污染的另一重要原因。2015年全球大约产生63×108t的塑料垃圾，其中只有9%被回收利用，12%的塑料被焚烧，而79%的塑料被丢弃；我国废旧塑料的回收利用率仅约25%，焚烧处理率约为30%，剩余部分则随意堆放或通过填埋处置[49]。工业活动、垃圾填埋场的泄露物质以及农业活动产生的塑料残骸等未经有效管理的塑料废弃物最终迁移至水体中。这些被丢弃的塑料会随之进入环境当中，经风化、分解和破碎转化为微塑料。

3.2 长江流域人口和社会经济的快速发展

人类活动是微塑料污染的直接和唯一来源。2019年，长江流域总人口约3.7亿，占全国总人口的26.4%，其中城镇人口约1.8亿，占长江流域总人口的48.6%。长江流域较多的人口是全国塑料制品消耗的主体之一，人类的衣、食、住、行等日常生活均是塑料制品的主要消耗途径。长江流域有将近700个工业园区和经济开发区，涉及钢铁、化工、医药、新材料、装备制造等行业。大多数园区或企业依水而建，对周边水体造成了极大的环境风险，其中包括微塑料污染风险，特别是新材料、纺织业、电商行业等都是微塑料的重要来源。随着电商的快速发展，2018年我国快递行业每年消耗的塑料袋总量为5.6亿～14.7亿件[50]，这些随意丢弃的快递塑料袋最终因处置不当而进入环境中。

3.3 水体微塑料污染的直接原因

水体微塑料最主要的来源是陆地上的各项人类活动，包括工业生产、农业薄膜覆盖等。水体微塑料的直接来源也包括水上捕鱼、船舶运输、旅游业、生活废水和污水处理厂的直接排放等。长江流域渔业资源丰富，据不完全统计，长江流域现有各类捕捞船只26万艘，专业渔民达到了35万人，在“10年禁渔”出台前，捕鱼对水体微塑料的直接输送也是直接原因之一。长江流域码头泊位数有一万多个，船舶运输不仅是微塑料的直接来源，也是微塑料在水体中迁移的重要途径。长江流域水体中的微塑料以聚酯类、聚乙烯和聚丙烯为主。聚酯类主要是合成纤维，以纺织业为主要来源，纺织废水中的聚酯型纤维塑料经过处理后部分排放到水体。研究指出，单件衣物洗涤时每次可产生 >1 900根合成纤维[51]。生活废水和工业废水中的微塑料经市政管道传输到污水处理厂后，并不能被完全截留到污泥中，会有一部分微塑料随出水排放，进入水体当中。据不完全统计，长江流域范围内有2万多个入河排污口，这是长江流域水体微塑料污染的主要点源，较大的排污量造成大量微塑料随污水直接进入水体。

4 长江流域水体微塑料污染防控建议

水体微塑料污染的直接危害是漂浮和沉积的塑料垃圾降低水体观感，影响水体水质和供水安全。微塑料由于粒径小，容易被水生动物误食，微塑料本身和其吸附和释放的塑化剂、阻燃剂、着色剂等物质通过食物链传递影响不同营养级生物的健康，危害生态系统的结构和功能，甚至会影响流域人民群众的身体健康，也会影响“美丽中国”建设进程。因此，长江流域水体微塑料污染应引起高度的重视，并在流域层面出台相关的政策，加强对微塑料污染的防控。建议从以下几个方面开展：

(1)源头管控。减少初级微塑料生产，提高次级塑料制品的循环利用率。初级微塑料，如个人护理品中的微塑料颗粒可以用珍珠岩、火山岩、核桃壳等颗粒替代，喷砂磨料可用无机材料或者可降解材料替代。

次级微塑料主要来源于生活中的包装、交通运输、医药卫生等方面。应尽量减少塑料制品的使用，如鼓励和倡导民众自带餐盒、自带购物袋、循环使用塑料袋；提高塑料废弃物的回收利用率，实现废物资源化。

(2)过程阻断。主要是提高流域入湖河库水质。污水处理厂在格栅、沉砂池和沉淀池等工艺过程中能去除大部分的微塑料，但经过气浮、氯气消毒等过程可能降低微塑料的去除率。因此，可以考虑改进污水处理厂的处理工艺，增加膜过滤、二次沉淀等措施，减少出水中的微塑料。针对污水处理厂出水、降雨、农业地表径流等排放入河湖的水，可通过建设人工湿地、河湖缓冲带、砂滤池、生态沟渠等土壤处理系统，拦截进入水体之前的部分微塑料和其他污染物。

(3)加强管控。应加强固体废弃物处置和管理。水体中微塑料大部分可能来源于固体废弃塑料垃圾。调查发现，一些码头、旅游区、库湾、湿地公园等人类活动密集地区，塑料垃圾随意丢弃的现象依然存在。固体废弃物收集后在一些农村乡镇依然随意堆放，在大气环流、风力影响下成了微塑料污染的“点源”，因此需要加强这些固体垃圾的及时处置。垃圾填埋场中也需要将塑料垃圾分类捡出，循环利用，对无法分类和回收的塑料应及时进行焚烧、填埋或者进行其他处置，减少塑料垃圾在环境中的暴露时间。

(4)法规制度。用法律手段管理和限制塑料制品的使用，是减少环境中微塑料排放的重要措施。2007 年，国务院办公厅发布了《关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》，但“禁塑令”在个体商户之间形同虚设，塑料袋的使用量依然较大。2017年，国务院办公厅颁布了《禁止洋垃圾入境推进固体废物进口管理制度改革实施方案》，减少了“洋垃圾”的输入。2016年，国家发展和改革委员会、住房和城乡建设部发布《垃圾强制分类制度方案》，该《方案》提出，到2020年底，重点城市生活垃圾得到有效分类，生活垃圾分类收集覆盖率达到90%以上，生活垃圾回收利用率达到35%以上。但目前实施上较为困难，进度较慢。

针对塑料垃圾管理的法律法规仍然存在不完善的地方，应该落实塑料垃圾的目标责任制和处罚制度。例如，随着我国互联网经济的快速发展，快递袋和外卖包装袋等垃圾日益增多，应出台相关的制度，鼓励使用非塑料制品，对于使用塑料包装的实行“谁污染谁买单”的政策。

(5)加强教育，提高公众参与意识。我国居民的环保教育缺乏，垃圾分类意识不强，环保科普知识薄弱。应发挥互联网的作用，科普微塑料的危害和环境安全知识，普及垃圾分类知识，做到公众知行合一，垃圾有效分类和管理。

5 结论与展望

5.1 结 论

(1)长江流域水体中微塑料在空间分布上整体呈现自上游向下游增多的趋势；水体微塑料丰度整体呈沿岸高、中心低的分布规律。

(2)长江流域水体中微塑料以聚酯类、PE和PP为主，纤维状微塑料是水体中微塑料的主要形态。

(3)较高的人口密度和较强的人类活动强度(例如：固体废弃物的不当处置、工业生产、地表径流、废水排放、旅游业等)是长江水体微塑料污染的重要原因。

(4)应加大流域层面微塑料的管控和防治工作，出台相关政策、标准和文件，加强监管，应该从源头上减少微塑料的生产，加强公众的科普和环保教育，落实垃圾分类等措施控制水体微塑料的污染。

5.2 展 望

目前，关于内陆水体，特别是长江流域微塑料的报道与日俱增，但微塑料的调查与研究方法不尽相同，导致许多水体微塑料报道的结果差异较大，淡水微塑料的调查和分析缺乏统一的方法指南，亟需建立适合于不同区域、不同水体类型的微塑料监测规范，提出微塑料前处理和分析鉴定的标准化方法。此外，应科学合理地提出微塑料污染引起的生态风险评估方法，建立流域淡水微塑料生态风险评估方法和体系。