具有不同社会经济发展水平的24个中国城市中的大气微塑料沉积情况

《Journal of Hazardous Materials》：Atmospheric microplastic deposition in 24 Chinese cities with different socio-economic development levels

大气微塑料沉积量在中等及欠发达城市冬季显著高于高发展城市，与PM10、PM2.5等空气污染物正相关，而湿度、风速对其有抑制作用。研究采用统一采样方法，发现经济水平与AMP污染呈倒U型关系，环境投资不足是主要驱动因素。

　　

廖中禄|王振峰|胡晓艺|陈永奇|周小飞|吴安宇|吕宝强|向天乐|娄义莎|曲丽英|杨斌|张继泰|季小亮|兰迪·达尔格伦|徐尚

中国温州市温州医科大学公共卫生与管理学院流域科学与健康重点实验室，温州市325035

摘要

大气中的微塑料（AMPs）被认为与人类活动密切相关，这表明人口密集的城市可能面临更高的微塑料健康风险。然而，以往关于城市微塑料污染的研究主要集中在高度发达的城市，因此对社会经济发展如何影响城市微塑料污染的理解仍然有限。此外，不同研究之间采样和检测方法的差异进一步阻碍了城市间微塑料污染及其相关健康风险的比较。本研究采用统一的实验方案，调查了中国24个不同发展水平城市的微塑料沉积情况。冬季的微塑料沉积量高于夏季，且与某些主要空气质量指标（如PM₁₀、PM_2.5、二氧化氮）呈正相关；同时，随着湿度和风速的增加，微塑料沉积量减少。中等发展水平城市的微塑料沉积量（夏季为6661 ± 2077 n/m²/天，冬季为16789 ± 5522 n/m²/天）显著高于高度发达城市的沉积量（夏季为2812 ± 900 n/m²/天，冬季为8132 ± 2891 n/m²/天）；而欠发达城市的微塑料沉积量在冬季也高于高度发达城市（冬季为13599 ± 4289 n/m²/天），但在夏季两者之间没有显著差异（3681 ± 1852 n/m²/天）。这暗示了社会经济发展水平与微塑料沉积量之间可能存在环境库兹涅茨曲线（EKC）关系。由于不同发展水平城市的人口密度没有显著差异，较低的公共卫生投资可能是中等发展水平和欠发达城市微塑料沉积量较高的重要原因。因此，加大对微塑料相关治理措施的投资可能会显著降低城市环境中的微塑料暴露风险。

引言

全球范围内塑料产品的大规模生产和使用，加上低效的废物管理以及塑料材料的持久性，导致塑料废物在环境中广泛存在[1]。虽然作为塑料产品原料或护肤和个人护理产品添加剂的微型塑料颗粒（<5毫米）被归类为初级微塑料（MPs），但绝大多数微塑料实际上是由较大塑料废物通过机械风化、光氧化降解和生物降解产生的[2]。微塑料几乎遍布地球的每一个角落，从海洋深处到我们呼吸的空气中，引发了对其环境和人类健康影响的严重关切[3][4]。

尽管微塑料暴露对人类健康的后果尚不清楚[5][6][7]，但这些污染物可以通过多种途径进入人体，包括食物、饮用水、空气吸入甚至静脉注射[8][9][10][11]。在各种暴露途径中，通过吸入途径进入人体的微塑料可能是最主要的[9][12]。进入呼吸系统的微塑料可能引发炎症，较小的颗粒甚至可能穿过肺血屏障进入循环系统[10][13][14]。吸入的微塑料还可能通过嗅觉系统直接进入大脑[15]。除了吸入外，大气中的微塑料还可能沉积在食物上并被摄入[16][17]。大气中微塑料的传输和沉积也是海洋、野生地区尤其是偏远地区微塑料负荷的重要来源[18][19][20]。因此，了解微塑料暴露的空间和时间变化对于评估其对人类和环境健康的潜在风险至关重要。

微塑料的物理特性，如体积小和密度低，使其容易通过大气传输，从而导致其广泛分布。先前研究报告中微塑料的丰度存在数个数量级的差异[10][21]。微塑料来源于工业排放、轮胎磨损、灰尘再悬浮、家庭活动（如合成衣物和地毯）、废物管理方式（如垃圾填埋场、露天堆放场、焚烧）以及农业活动（如塑料覆盖物）[22][23][24][25]。风、湿度、降水甚至电场都会影响微塑料的传输和沉积，并与人类活动（污染源、土地利用/土地覆盖等）共同塑造其分布模式[10][21][26][27]。微塑料污染的分布被认为与城市或工业中心等人为源的距离密切相关[28][29]。尽管从城市地区向郊区、农村和偏远地区的扩散普遍存在，但同一区域内包含城市、郊区或农村地点的研究发现，城市地区的微塑料沉积量通常更高[30][31][32][33][34][35]。因此，较高的人口密度和经济活动与城市大都市中的微塑料污染水平相关[29][36]，而农村和偏远地区的微塑料浓度通常较低[10][21][37]。

随着全球城市化进程的加快，许多中小城市作为区域中心不断发展壮大[38]。因此，有必要了解这些欠发达城市的微塑料污染情况，以便全面评估全球微塑料暴露风险。早期关于城市微塑料污染的研究主要在巴黎、上海和伦敦等大型、高度发达的城市进行[30][39][40]。尽管越来越多针对发展中国家的微塑料研究[22][34][41][42][43]，但由于缺乏标准化的采样和分析方法，不同研究的结果难以直接比较[10][21]。此外，不同研究中微塑料测量的季节性变化也增加了结果比较的难度。因此，欠发达城市居民与更发达城市居民之间的微塑料暴露风险是否存在差异尚不清楚。

通常通过两种方法来表征微塑料污染水平：一种是主动通过过滤器抽取空气以测定空气中悬浮微塑料的浓度（即空气中的微塑料数量），这种方法更直接反映可吸入微塑料的特性；另一种是被动采样技术，适用于没有电源的偏远地区，且能够收集更长时间段的样本（例如数周/月，而非数小时/天）[21]。沉积的微塑料不仅能够反映微塑料污染的总体特征，还能间接反映人类接触空气中的微塑料的风险[44][45]。鉴于先前研究显示空气中的微塑料数量与人类活动强度之间存在正相关关系，可以合理推测，欠发达城市居民面临的微塑料暴露风险相对较低。为了验证这一假设，本研究采用统一的采样和分析方法，调查了中国24个不同社会经济发展水平城市在夏季和冬季的微塑料沉积分布情况，从而便于城市间微塑料污染的直接比较。结合人口、经济、气象和其他空气质量指标的数据（特别是公共卫生投资这一在以往微塑料研究中较少关注但可能与微塑料污染缓解密切相关的因素），本研究试图提供不同发展水平城市微塑料污染的更全面评估，并为未来的微塑料污染治理和健康风险降低提供一些新的思路。

研究城市

本研究选择了分布在中国不同地区的24个不同发展水平的城市（图1）。根据中国国家统计局发布的最新分类标准（2023年），这些城市被分为三类：高度发达城市（HD，人均GDP ≥ 120000元人民币）、中等发展水平城市（MD，80000元人民币 < 人均GDP < 120000元人民币）和欠发达城市（UD，人均GDP < 80000元人民币）

结果

在88个大量沉积样本中，共有14679个颗粒被尼罗红染色并怀疑为微塑料（图S4）。其中，随机选取的1823个大于30微米的颗粒（占总染色颗粒的约12.4%）通过μ-FTIR进行了检测（图S5）。FTIR光谱显示，1414个（约77.6%）染色颗粒与已知塑料聚合物的相似度超过50%，而近40%（544个颗粒）的相似度超过70%（图S5）。相反，在843个未染色的颗粒中……

讨论

近年来，由于微塑料对人类健康的潜在风险，相关研究迅速增加，越来越多的研究采用被动监测方法来检测微塑料沉积[10][21]。报告的微塑料沉积量范围从每平方米不到1个到数万个颗粒不等，这表明研究地点之间存在较大的空间差异（表S4）。然而，由于采样和分析方法的一致性不足，不同地区获得的微塑料沉积数据往往难以比较[10][21]。

环境影响

来自不同研究的微塑料污染数据难以直接比较，这使得评估这些普遍存在的污染物的来源和风险变得复杂。一项使用统一方案在中国24个不同发展水平城市进行的研究显示，中等发展水平城市的微塑料沉积量高于欠发达和高度发达城市。除了湿度和风等气象因素外，……

CRediT作者贡献声明

吴安宇：数据可视化、调查、数据整理。周小飞：方法学、调查、数据分析。吕宝强：方法学、调查。季小亮：调查。王振峰：数据可视化、方法学、数据分析、形式分析、数据整理。廖中禄：撰写初稿、方法学、调查、数据分析、概念化。张继泰：方法学、数据分析。徐尚：撰写——审稿与编辑、撰写初稿

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号40906072）、浙江省自然科学基金（LGEY25E090006）、第二次青藏高原科学考察与研究计划（STEP，项目编号2019QZKK0903）以及浙江省公益性技术研究计划（LGF20C030003）的支持。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

补充材料

研究期间各城市的社经信息、地理位置以及环境/气象数据；