青藏高原微塑料研究进展及现状

赵远昭，张强英，杨俊，王依琳，布多

（西藏大学 理学院，西藏 拉萨 850000）

自20 世纪初塑料的问世以来，它以自身轻质、耐用、生产成本低等特点迅速风靡多个行业。但在塑料行业快速发展的同时，由于对废弃塑料的不当处理以及其自身的难降解性，致使大量塑料垃圾累积。据Plastic Europe年度报告的数据显示，2018年全球塑料产量约为3.59 亿t，从20 世纪50年代开始，全球塑料生产总量已超过80 亿t，生产总量之大意味着塑料垃圾的大量产生，而在这些垃圾中只有9%得到回收利用，12%进行了焚烧处理，余下的大部分垃圾不能得到有效处理，而直接被丢弃到环境中[1]。这些未被处理的塑料垃圾随着光照等因素在自然环境中缓慢分解，从而形成微塑料等小塑料颗粒。

2004年英国学者汤普森首次提出微塑料这一新名词，指出小粒径的塑料是微塑料。现今学界普遍认为微塑料是指尺寸在1 μm～5 mm 的塑料颗粒。微塑料的产生只有人类活动这一个来源。其可以在环境中长期稳定存在，并可随大气、洋流等外力进行迁移，如图1 微塑料可从较发达地区借助大气传输到达偏远地区，进而随冰川融水、河流等媒介进入农田、湖泊造成微塑料污染。根据它的产生机制，微塑料可划分成原生微塑料与次生微塑料两种类型。前者是指为某些特定功能而制造的微塑料颗粒；后者是指大塑料在环境中经各种物理、化学等作用从而破碎、降解产生的小粒径塑料[2]。其形状多样，如图2，一般有球状、纤维状等形状。由于微塑料粒径较小，可吸附周围持久性有机污染物或重金属，且易被生物所捕食，从而进入食物链中富集，不仅会对生态系统产生威胁，而且会影响人体健康[3]。目前微塑料造成的污染问题正成为一个十分严峻的环境问题，对微塑料的相关研究已成为广大学者的关注点。人们对于微塑料的研究最早起步于海洋方面的研究，随后转变为河流、湖泊微塑料研究。

图1 微塑料传输示意图

图2 典型微塑料形状图[4]

随着研究的逐步扩展与深入，人们从研究微塑料在水、土、大气中的赋存影响，发展到研究微塑料的来源，对生物体、生态环境的危害以及其传输机制。目前对于微塑料的研究集中于我国沿海地区和河流、湖泊中，对于偏远地区的微塑料研究较少。

青藏高原作为“亚洲水塔”，其对周边水环境的重要性不言而喻；同时青藏高原也保护着我国的生态环境安全，是天然的生态保护屏障。青藏高原虽然是现今微塑料污染研究的热点区域，但在该地区的微塑料研究较少，目前研究重点多是微塑料丰度、形态特征及来源，对于微塑料在不同介质中迁移转化规律、不同来源贡献率以及在不同介质中产生的污染影响等重要问题还未探究。因此亟须开展更广泛更深层次的研究。从微塑料研究方法、青藏高原微塑料研究进展等方面进行了系统综述，分析目前的研究现状并提出对未来微塑料研究方法，以及在青藏高原的研究方向的展望，为更好地研究、保护青藏高原生态安全提供依据。

1 微塑料研究方法

系统、合理、准确的微塑料分析检测方法是开展微塑料环境污染评估工作的重要前提和基础。目前微塑料研究主要从采样、分离、检测分析等几个方面进行，在这些阶段常用研究方法主要如下。

1.1 样品采集方法

1.1.1 水体样品采集方法

水体样品的采集对象主要是水样和水底沉积物。水样采集主要有过滤式采集和拖网式采集两种方式。过滤式适用于静置定点的样品采集，此方法采样较方便，对现场硬件要求低，但是采样体积较小；拖网法适用范围较广，在对水体进行采样时要根据水体环境选择合适网眼的拖网来采集样品，避免出现网眼过小被杂物堵塞或网眼过大漏失小粒径微塑料等状况影响研究结果的准确性[5]。沉积物样品采集根据现场环境选择合适的采样工具来采样，例如不锈钢铲、范文咬合采样器等工具。

1.1.2 土壤样品采集方法

土壤样品采集首先在研究区域按照对角线法/梅花法等布点方法进行土样采集。之后用直接选择法、集中采样法、大样本法来采集微塑料。直接选择法是从所采集样品中通过观察直接选取微塑料，主要用于粒径在1～6 mm 的塑料颗粒; 集中采样法是对所采集样品进行过滤、筛分，遴选出所需样本从而进行分析；大样本法一般用于微塑料粒径小、难以通过视觉辨别微塑料的情况。

现今在大气微塑料方面的研究相对较少，其采样方法多是探索性研究，致使目前尚未有较为统一、高效的方法。

1.2 微塑料分离方法

采集得到的水体或土壤样品中的微塑料往往伴有杂质不能对样品进行直接检测，因此需根据实际情况选用合适的分离方法对样品进行分离预处理。水体样品中常用的预处理方法有目视筛选法、化学消解法；土壤样品中常用方法有筛分法、密度分离法、静电分选法和加压流体萃取法等[6]。几种分离方法的特性及适用范围见表1。

表1 样品中微塑料分离方法及特性

1.3 微塑料分析检测方法

微塑料检测分析主要从物理和化学两方面进行分析，来探究其形态特征、化学性质等。常用的检测方法有目视法、显微镜观察法、光谱法、热解分析法等方法。其中光谱法主要有傅里叶变换红外光谱法和拉曼光谱法，热解分析法主要有热解气相色谱质谱法、热重分析法、热萃取-热解气相色谱质谱法。每种方法都有其不同的适用范围和特点具体如表2 所述。

表2 微塑料检测方法及特性

2 青藏高原微塑料研究现状

青藏高原地形独特、地质条件多样，平均海拔在4 000 m 以上，生态环境系统复杂。这些因素使得该地区生态系统十分脆弱，再加上冰川融化、土地沙漠化等自然灾害，使该地区生态系统安全受到影响。其重要的生态环境保护战略地位以及独特的环境系统组成引起了人们对于该地区研究的兴趣。

目前关于青藏高原微塑料的研究已有一定的基础数据报道。研究对象主要是水体环境，土壤、大气、冰川环境中的研究次之，研究内容主要关注于水体、土壤、大气等环境介质中微塑料的丰度、形态和空间分布特征及来源分析。

2.1 水环境中的微塑料研究

水环境中的微塑料多存在于地表水体、湖泊、海洋中。作为“亚洲水塔”的青藏高原，有着丰富的水资源，水环境中微塑料的研究由此成为学者们在青藏高原开展微塑料研究的最佳探究对象。

青藏高原分布着世界上最多的高海拔内陆湖泊，面积在1 km2以上的湖泊就有1 000 多个。人们对于青藏高原微塑料的研究首先开始于湖泊微塑料研究，主要探究了湖泊微塑料丰度及来源。早在2015年，Zhang 等[16]在色林错、格仁错、吴如错、木纠错4 个偏远湖泊采集的沉积物样品中均检测出了微塑料，这一研究首次证明了即使在人类活动影响极低的青藏高原偏远内陆湖泊也有微塑料的存在，之后人们对于青藏高原地区水环境微塑料的研究逐步扩展，研究从湖泊微塑料转向湖泊——河流微塑料，来探究河湖系统间微塑料的联系。Xiong 等[17]在青海湖地区采集水体、沉积物和鱼类样品进行微塑料研究，结果发现湖泊地表水的微塑料丰度最高，鱼类丰度最低，且湖泊中微塑料多为小颗粒，河流中微塑料主要为大颗粒。通过来源分析发现旅游业是该地微塑料的一个主要来源。卢宏玮课题组[18]在青藏高原进行地表水（主要包括：淡水、盐湖、生活污水和农村河流）微塑料的丰度和来源研究。发现样品中微塑料丰度较低，多呈纤维状，并且发现盐分可加快微塑料的碎片化，经来源分析发现地区生活废水和旅游业是其主要来源。以往关于青藏高原河流、湖泊微塑料研究区多在低海拔地区，对于高海拔地区的微塑料情况了解较少，为此该课题组[19]对青藏高原高海拔地区河流水体及沉积物中的微塑料进行了较为系统的研究，发现高海拔地区的小粒径微塑料数量更多，主要来源于生活污水。并且发现微塑料的丰度与海拔呈负相关，与微塑料的丰度与水质指标也有一定的关系，特别与COD 有着极大的关系。

2.2 土壤环境中的微塑料研究

我国关于土壤环境中微塑料的研究相较于水环境中的研究较少，起步较晚。土壤是许多微塑料的源和汇，如图3，土壤中微塑料来源多种多样[2]。地表径流、地膜和塑料垃圾的残留分解是其主要来源。进入土壤中的微塑料由于性质不同对土壤结构、植物以及农作物会产生不同程度的影响。且部分土壤中微塑料可通过侵蚀和地表径流等方式进入水体，造成水体污染。

图3 土壤中微塑料主要来源[2]

青藏高原地区昼夜温差大、平均气温低，这些环境条件的限制使得地膜、大棚等设施农业成为该地区主要的农业形式，但由于青藏高原紫外线照射强烈，促使长期暴露在此环境下的地膜加速老化和风化。再加上近年来地膜和大棚在农业生产中的广泛应用，种种因素导致土壤中塑料碎片的大量积累，最终分解成小颗粒微塑料造成土壤微塑料污染[20]。

目前关于青藏高原土壤微塑料污染状况已有一些报道，研究多集中在青藏高原东部地区。卢宏玮[21]团队在青藏高原东北部地区研究发现该区域土壤微塑料主要以小颗粒、薄膜形态存在，聚丙烯和聚乙烯是其主要的聚合物。分析来源发现设施农业和第二产业是土壤微塑料的主要贡献者。这一研究说明青藏高原土壤中存在微塑料，并且与地膜覆盖等设施农业形式的使用有着重要的联系。为了更有针对性、更具代表性地分析青藏高原地区土壤微塑料污染程度，该团队[22]在青藏高原的典型农牧区——东南部地区采集农田与草地土样来研究微塑料的空间分布特征和来源。结果说明农田与草地土壤中均有微塑料，其中覆盖农田的丰度最高。样品中微塑料形状多是薄膜，组分主要是聚酯和聚丙烯，说明设施农业是土壤微塑料的一个重要来源。另外该课题组发现土壤微塑料的丰度与设施农业覆盖时间和人为活动呈正相关，覆盖时间越长，人为活动越多，则微塑料丰度越高。

2.3 大气、冰川环境中的微塑料研究

青藏高原大气微塑料研究鲜有报道，人们对于该区域的微塑料研究通常和冰川微塑料一起进行。在冰川带人类活动强度低，大气沉积是冰川质量的主要影响因素，因此冰川成为了大气微塑料的最佳研究对象。作为世界上重要的冰冻圈之一，青藏高原拥有世界上除南北极外最多的冰川，是大气、冰川微塑料丰度及传输的绝佳研究区域。康世昌团队[23]对青藏高原南部冰川进行了微塑料的赋存、特征及来源的调查研究，结果在枪勇冰川和老虎沟12 号冰川雪冰样品中均发现了微塑料，这是人们首次报道关于青藏高原高海拔冰川微塑料的研究结果，随后经源解析发现青藏高原地区冰川中的微塑料主要受到南亚、中亚等大气污染物跨境传输的影响造成的，表明微塑料可经大气传输到达偏远地区造成微塑料污染。现今虽有研究说明青藏高原冰川、河流中有微塑料的存在，但研究多关注于微塑料的丰度和组成，而忽略了微塑料在大气-冰川-湖泊中的迁移。董慧科[24]针对这一问题在纳木错流域开展关于冰川-湖泊系统中微塑料的赋存和释放特征的研究。结果发现纳木错流域微塑料污染水平与人口稠密地区相比较低，大气沉降物中微塑料多是中等粒径，冰川径流中多以小颗粒为主。采集的水样中纤维和薄膜是主要的形态。经气团轨迹分析结果得出外界微塑料可随大气传输进入青藏高原并在冰川中长期储存。

3 结论与展望

微塑料现今已广泛存在于青藏高原的水体、土壤等环境中，人为活动、旅游业发展、污染物跨境传输等是其主要来源。虽然微塑料污染水平相较于其他地区较低，但由于青藏高原生态环境的脆弱性及特殊性，青藏高原微塑料研究工作尚有不足，因此需更加密切关注该地区微塑料污染情况。结合目前对于青藏高原地区微塑料的研究进展，建议今后对青藏高原微塑料的研究与防控可从以下几个方面进行。

3.1 选取不同时期进行对比研究如农耕期与休耕期、旅游淡旺季；增加样本数量，开展水体、土壤微塑料的长期监测研究工作，为研究微塑料的丰度和空间分布特征及传输提供数据支撑。

3.2 广泛开展对土壤微塑料的研究，深入分析其来源；开展设施农业利用过程中微塑料降解特性及在水中的迁移变化研究；同时研究微塑料对高原地区农作物的危害影响，为防治土壤微塑料污染提供依据。

3.3 重视冰川微塑料研究，深入分析冰川微塑料的来源及传输。分析冰川中微塑料对于冰雪融化及湖泊环境的影响。

3.4 完善垃圾处理设施。根据当地现实情况适当建设、增加垃圾处理厂，提高垃圾回收处理率，减少日常塑料垃圾输入环境的数量。

3.5 加强当地居民的垃圾回收意识，避免塑料垃圾进入周边水环境及土壤造成污染。

3.6 相关旅游部门应强化废弃塑料垃圾的回收处理管理，减少因旅游发展引起的塑料垃圾污染。