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Occurrence and Distribution of Microplastics in Hydrologically Connected River–Reservoir Systems: Tepeji–Requena and Tula–Endhó, Mexico

本研究调查了墨西哥中部两个水文相连的河流—水库系统中微塑料的情况，揭示了水库是主要以纤维状污染物为主的累积区，并强调了在解释微塑料出现情况时，必须结合当地的水文和水质条件进行综合考量。

原作者： Jesús Angeles-Barrientos, Lizeth Martinez-Ayala, Hilario Martines-Arano, Jorge-Alejandro Reyes-Esqueda, Alicia Oliver, Jhovani Bornacelli

发布于 2026-10-18

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CC BY 4.0

原作者： Jesús Angeles-Barrientos, Lizeth Martinez-Ayala, Hilario Martines-Arano, Jorge-Alejandro Reyes-Esqueda, Alicia Oliver, Jhovani Bornacelli

原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 ✨ 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。阅读完整免责声明

塑料已成为我们水域中的永久居民，随着时间的推移分解成微小的碎片，这些碎片通常肉眼无法看见。科学家称这些碎片为微塑料，它们现在广泛存在于从最深的海沟到最高的高山湖泊的各个角落。虽然早期的研究主要集中在海洋上，但事实证明，河流和水库在这些颗粒的移动、变化和被捕获的过程中起着至关重要的作用。河流就像是主要的“高速公路”，将塑料从城市和农场运往海洋；但在沿途，它们经常汇入被称为水库的大型、缓慢移动的水体中。这些水库不仅仅是消极的储水池；它们平静的水流可以导致颗粒从流中沉降出来，实际上起到了污染堆积陷阱的作用。了解塑料如何从快速流动的河流进入平静的水库，对于弄清楚这些污染最终流向何处，以及它们可能如何影响我们使用的水和依赖这些水的生态系统至关重要。

在墨西哥中部，一个研究小组决定通过两个相互连接的系统来追踪这一旅程：流向雷奎纳（Requena）水库的特佩希河（Tepeji River），以及注入恩多（Endhó）水库的图拉河（Tula River）。这些区域受人类活动的影响非常严重，接收了来自墨西哥城大都市区及周边工业区的海量废水。科学家们想要观察水库是否充当了累积区，即比它们所注入的河流捕获了更多的塑料，并想了解这些颗粒的外观及其成分。为此，他们从河流和水库中采集了水样，通过过滤水来捕捉微小颗粒，并使用化学处理方法溶解掉落叶或藻类等有机物，从而只留下塑料。随后，他们在强力显微镜下观察这些残留物以进行计数和测量，并使用一种特殊的激光技术来鉴定特定的塑料类型，例如用于瓶子、包装或衣物的材料。

研究人员发现，这里是一个由极其微小的物质所主导的世界。在他们测试过的每一个水体中，最丰富的颗粒都是微小的碎片，许多甚至比人的头发还要细。虽然较大的塑料块很少见，但水中却充满了微小的碎片和纤维。研究表明，水库确实起到了陷阱的作用，但对每种类型的颗粒作用方式并不相同。微小的塑料纤维（通常来自合成服装和纺织品）在水流从河流进入水库的过程中，浓度显著增加。在特佩希河中，每升水中大约有4,000根纤维，但这个数字在与之相连的雷奎纳水库中跳升到了约8,000根。在第二个系统中，这种效应更为剧烈：图拉河每升水含有约6,000根纤维，而恩多水库则含有惊人的14,000根纤维。这表明，水库中较慢的水流使得这些轻质、细长的纤维能够沉降并累积，而不是直接流走。

塑料的成分也讲述了一个关于其来源的故事。利用激光光谱技术，团队鉴别出了常见的塑料，如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）和聚酰胺（PA）。这些材料广泛用于水瓶、购物袋、合成服装和绳索等各种物品。分析显示，这些颗粒是这些材料的混合物，但两个系统之间存在显著差异。来自图拉河和恩多系统的样本含有更高比例的聚乙烯，这是一种以熔点较低而闻名的塑料。这种化学差异在研究人员用强力激光脉冲测试水样时显得尤为重要。图拉和恩多系统的样本对激光的反应不同，在特定的能量水平下表现出光线穿透能力的突然变化。这种反应很可能是因为高浓度的聚乙烯使得颗粒对激光产生的热量更加敏感，导致它们比另一个系统中的颗粒更容易软化或改变状态。

除了塑料本身，这些水系统还讲述了两个截然不同的环境的故事。特佩希和雷奎纳地点相对富氧且呈碱性，这是流动水体的典型特征。相比之下，恩多水库则是缺氧且具有化学还原性的，这意味着它缺乏支持许多生命形式所需的氧气，并且可能充满了有机废物。这个接收了大量废水的蓄水库拥有最高的微纤维浓度和最极端的化学条件。研究人员指出，虽然水库显然捕获了更多的塑料，但它们捕获的方式取决于颗粒的类型和当地的水质条件。这项研究并未证明化学环境导致了塑料的堆积，但它确实表明这些水库是复杂的接收区，在这里，污染、水质和水文学相互作用。

这项工作还强调了研究此类污染的一个重大挑战：颗粒的大小至关重要。由于研究人员寻找的是小至一微米的颗粒，他们发现的浓度比那些仅关注较大颗粒的研究要高出好几个数量级。如果一项研究仅过滤大于100微米的颗粒，就会错过水中存在的绝大部分塑料。这意味着，以往对这些河流中塑料污染的估算可能被严重低估了。如此高密度的微观纤维和碎片的出现，表明水体的污染程度远比肉眼所见的要严重。研究结论认为，为了真正了解塑料污染带来的风险，科学家必须观察整个粒径范围，并考虑河流与水库如何作为一个整体系统共同运作。水库不仅仅是在储存塑料，它们还在浓缩塑料，特别是那些难以去除且易于被摄入的微小纤维，从而创造了一个隐藏的污染源，这需要我们用全新的思维方式来衡量和管理我们的水资源。

技术摘要：水文学连接的河流—水库系统（墨西哥特佩希—雷奎纳和图拉—恩多）中微塑料的发生与分布

问题陈述
微塑料（MPs）是水环境中的持久性污染物，但由于水文连通性、颗粒形态学以及分析手段限制的影响，其在淡水系统中的迁移与累积过程仍具有复杂性。虽然河流是微塑料的主要输送通道，但水库根据流速和停留时间的不同，可能发挥临时汇（sinks）、转化区或二次源的作用。当前文献中存在显著的方法论空白：许多研究依赖于粗网目采样，这会排除微米级颗粒（<100 µm），导致对丰度的低估以及数据集的不可比性。此外，有必要对像墨西哥希达尔戈州梅斯基塔尔谷地这样受高度影响的区域进行特征表征，该地区接收了来自墨西哥城大都会区的大量废水，且近期因环境退化加速而被指定为生态修复区。

研究方法
本研究调查了两个水文学上相互连接的系统：特佩希河—雷奎纳水库（Tepeji River–Requena Reservoir）和图拉河—恩多水库（Tula River–Endhó Reservoir）。

采样： 在每个样点采集了三份独立重复的表层水样（500 mL）。采用了严格的污染控制措施，包括使用玻璃器皿、丁腈手套和程序空白对照。
样品处理： 样品通过芬顿试剂（Fe²⁺ 和 H₂O₂）进行氧化消解，以去除有机物。
分离与分析：
- 过滤： 样品通过尼龙网（149 µm 和 60 µm）进行真空过滤。保留在网上的材料用于分析纤维和较大的碎片。
- 离心： 滤液（颗粒 <60 µm）通过离心浓缩，以分析 1–20 µm 组分，这一范围在标准调查中通常被排除在外。
- 形态与粒径： 使用光学显微镜（Keyence VHX-7000）将颗粒分类为碎片、纤维、薄膜和颗粒，并确定粒径分布。
- 聚合物鉴定： 使用微拉曼光谱（532 nm 激发）对至少 30 个颗粒/纤维进行分析，以鉴定聚合物（PET、PP、PE、PA）并区分与染料相关的光谱贡献。
- 理化背景： 记录了 pH、温度、溶解氧（DO）和氧化还原电位（ORP）的原位测量值。
- 非线性光学表征： 对浓缩悬浮液进行皮秒激光脉冲（532 nm）照射，测量非线性光学透射率，并识别热/光热阈值响应。

主要结果

丰度与形态： 在所有四个水体中均检测到了微塑料。颗粒群以小型碎片为主，且在 1–20 µm 粒径组分中的丰度显著增加。
- 微纤维： 浓度从河流到其连接的水库呈现显著上升趋势。在特佩希—雷奎纳系统中，纤维浓度从 $(4.0 \pm 0.5) \times 10^3$ 根 L⁻¹ 上升至 $(8.0 \pm 0.9) \times 10^3$ 根 L⁻¹。在图拉—恩多系统中，从 $(6.0 \pm 0.8) \times 10^3$ 根 L⁻¹ 上升至 $(1.4 \pm 0.4) \times 10^4$ 根 L⁻¹。
- 碎片： 对于 $\ge$ 20 µm 的颗粒，碎片浓度在 $10^3$ – $10^4$ 个 L⁻¹ 量级，但 1–20 µm 组分的丰度明显更高（在某些情况下达到 $\sim 10^5$ 个 L⁻¹）。
聚合物组成： 拉曼光谱鉴定了 PET、PP、PE 和 PA。组成随样点而异。值得注意的是，几种有色纤维表现出归属于合成染料（如酞菁铜、二嗪颜料）的光谱带，这增加了识别难度，但并未阻碍聚合物的鉴定。
理化条件： 图拉河和恩多水库表现出与特佩希系统不同的特征。恩多水库表现出强还原性条件（ORP 为 -325 至 -365 mV）和极低的溶解氧，这与高有机物负荷和废水负荷一致。
非线性光学响应： 特佩希和雷奎纳的悬浮液表现出透射率随激光能量增加而线性下降。相比之下，图拉和恩多的样品表现出类阈值响应，在入射能量为 220–280 µJ 时出现偏离线性的突变。这归因于激光诱导的热/光热效应，可能与这些样品中较高的聚乙烯（PE）相对丰度有关，因为 PE 的熔点比其他鉴定的聚合物更低。

主要贡献

水文学连通性： 本研究证明了这些系统中的水库是微纤维富集区，其富集程度高于上游河流，强调了分析连接系统而非孤立位点的必要性。
微米级范围分析： 通过纳入 1–20 µm 组分，本研究揭示了微塑料的丰度显著高于使用较大网目研究所报告的水平，解决了当前淡水微塑料评估中的关键方法论局限。
补充表征： 本研究将标准的形态学和光谱分析与非线性光学透射测量相结合。这种方法提供了一种新的、补充性的方法，通过测量样本对脉冲激光辐照的光学响应来区分样本，这种响应可能与聚合物组成相关。
区域背景： 该工作为处于强烈人为压力之下且正在进行生态修复工作的梅斯基塔尔谷地提供了基准数据集，证实了该地区水柱中存在多样化的微塑料形态和聚合物。

意义与主张
作者主张，其发现强调了在评估微塑料污染时，考虑水文学连通性和分析下限尺寸的必要性。研究支持了以下假设：由于流速降低和停留时间延长，水库可以作为微纤维的累积区。

作者将其非线性光学传输实验谦逊地定位为一种“初步方法”和“补充表征”，而非独立的分析标准。作者指出，图拉和恩多样本中的热阈值现象提供了关于连接系统相似性的“额外证据”，并暗示脉冲光学传输可能为异质悬浮液提供有用信息。然而，作者明确指出，需要更多涉及受控聚合物悬浮液和校准的研究，以验证其作为稳健分析技术的有效性。研究结论认为，微塑料的发生必须结合当地的水文学和水质条件进行解释，这从观察到的不同理化环境和污染物负荷中得到了证实。

技术摘要：水文学连接的河流—水库系统（墨西哥特佩希—雷奎纳和图拉—恩多）中微塑料的发生与分布

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