马波乔河流域（智利）水中的塑料微纤维、大型无脊椎动物及智利铅笔鲶鱼：分布情况、特征、暴露程度及营养传递趋势

《Environmental Pollution》：Plastic microfibers in water, macroinvertebrates and Chilean pencil catfish across the Mapocho River basin (Chile): Occurrence, characteristics, exposure and trophic transfer trends

微纤维污染对智利Mapocho河流水环境及底栖生物的影响研究。在五座污水处理厂上下游采集水样、无脊椎动物和铅笔猫鱼样本，发现MFs浓度最高位于上游参考点RS1，最低在下游DS3。底栖无脊椎动物中收集者摄入最高，过滤者摄入最少，存在食物链传递现象，但未发现显著生物放大效应。研究首次系统评估南美城市河流中MFs的多介质迁移，揭示环境因子与生物摄食行为的复杂交互作用，强调需长期监测和跨学科评估。

　　

作者列表： Isidora Catalán-Mu?oz | Brian G. Walker | Andrew White | Mauricio J. Carter | Mariana Gajardo-Gamargo | Blanca E. Molina-Burgos | Gustavo Chiang

研究项目：自然资源硕士课程，安德烈斯·贝洛大学生命科学学院，智利圣地亚哥共和国大道440号

摘要

微塑料（MPs）是一种无处不在的颗粒物质，可能对水生生物造成多种干扰。在淡水系统中，它们的存在和积累取决于特定流域的生物和非生物因素的综合作用，而污水处理厂（WWTP）的排放物是其中一个重要来源。本研究分析了圣地亚哥五个污水处理厂上下游水域及不同底栖无脊椎动物群落中微纤维（MFs）的丰度和特征，并评估了其在生物体内的生物累积和/或营养传递趋势。结果显示，水样中微纤维的丰度最高和最低分别出现在RS1和RS2地点（即所有污水处理厂上游的参考站点）；底栖无脊椎动物中微纤维的摄入量最高和最低分别出现在RS1和DS1地点；鲶鱼中微纤维的摄入量最高和最低分别出现在DS2和DS3地点（均为下游站点）。虽然存在一定的相关性（体型较大的鲶鱼微纤维摄入量更高），但这种关系并不具有统计学意义（p值 > 0.05）。滤食性和收集性底栖无脊椎动物（如刮食者和撕碎者）分别在污水处理厂上游和下游站点摄入了最多的微塑料。总体而言，微塑料在河流中的传播过程在某些站点更为显著。本研究首次对智利河流中的微塑料进行了多环境介质的全面评估，这些发现强调了持续监测和长期研究的必要性，以了解影响微塑料在河流系统中分布的特定过程和因素。

引言

塑料是一种合成的有机聚合物，源自石油，具有不可生物降解性和高环境持久性（Rios等，2007；Andrady和Neal，2009；Thompson等，2009）。由于其广泛使用和低成本生产，塑料在生态系统中几乎无处不在（Rios等，2007；Andrady和Neal，2009；Xia等，2021），河流成为塑料从陆地进入海洋的主要通道（Oswald等，2025）。塑料可根据大小（如大型塑料）、形状（如球形）和聚合物类型（如热塑性塑料）进行分类（Van Cauwenberghe等，2015；Jiang等，2020；Gan等，2023）。塑料被视为一种新兴污染物，因为它们含有赋予其物理化学特性的添加剂和增塑剂（Thompson等，2009；Jiang等，2020）。此外，由于塑料具有较大的比表面积、有机成分和疏水特性，它们能够吸附水环境中的潜在污染物（如多氯联苯、滴滴涕和微量元素），从而在水生系统中产生叠加或协同毒性效应（Engler等，2012；Lin等，2018；Yu等，2020；Wei等，2025）。 大型塑料不会生物降解，而是会分解成更小的颗粒，增加其扩散能力、生物可利用性和进入食物网的潜力（Sulaiman等，2023）。微塑料（MPs）定义为直径小于5毫米的塑料颗粒，根据来源可分为初级微塑料（在微观尺度制造）和次级微塑料（由较大塑料碎片破碎产生）（Cole等，2011；Ngo等，2019）。其中，微纤维（MFs）主要来源于合成纺织品的洗涤过程，并通过污水处理厂的排放物进入水生系统（Freeman等，2020；Tserendorj等，2024）。 因此，污水处理厂通过排放物、污泥以及处理设施内部的塑料降解成为淡水系统中微塑料的主要来源（Freeman等，2020）。尽管现有技术能够去除超过90%的微塑料，但并未针对其完全去除而设计（Talvitie等，2017；Koelmans等，2019；Freeman等，2020）。例如，一件合成衣物的洗涤过程可能释放超过1,900个微纤维（Browne等，2011），甚至高达1,500,000个微纤维（De Falco等，2019），具体数量取决于洗涤条件和衣物类型（Dreillard等，2022）。因此，一个污水处理厂每年可能向接收水体释放超过1000亿个微塑料（Freeman等，2020）。微塑料的其他来源还包括垃圾填埋场和大气沉降（Geyer等，2017；Leslie等，2017；Lacerot等，2020；Huang等，2021）。 微塑料在环境介质（如水、底栖无脊椎动物和鱼类）中的存在受多个生物和非生物因素的影响（Horton等，2018；Windsor等，2019；García等，2021；Jurina等，2025）。底栖无脊椎动物对微塑料的摄入和排除能力因物种的生物学和形态特征、营养地位及摄食策略而异（Windsor等，2019；García等，2021；Bertoli等，2022）。鱼类对微塑料的摄入取决于其摄食习性和在水柱中的垂直分布（Mazariegos-Ortíz等，2020；Merga等，2020；Savoca等，2021）。体型较大的鱼类和处于较高营养级的物种更有可能摄入微塑料，这暗示了生物累积和生物放大的可能性（Horton等，2018；McNeish等，2018；García等，2021）。此外，水流、水流速度和风等水动力过程也会影响微塑料在淡水系统中的传输和分布（Bellasi等，2020；Chauhan和Banerjee，2025）。近期研究表明，水动力条件会影响微塑料的生物累积、组织分布和鱼类的毒性反应（Jo等，2025；Rasta等，2025；Rasta等，2026）。其他影响微塑料存在的因素还包括人为污染源（如污水处理厂排放物）的邻近程度（Leslie等，2017；Talvitie等，2017；Freeman等，2020）以及季节性环境因素（如降雨或径流）（Xia等，2021；Moses等，2023）。微塑料通过直接摄入、生物累积和营养传递对水生生物构成威胁，可能导致组织损伤、消化道阻塞、虚假饱腹感、生理压力等问题（Li等，2018；Du等，2025；Jo等，2025）。 位于智利圣地亚哥的马波乔河是一个高度人类化的流动水体系统，为超过800万居民提供气候调节和防洪等多种生态系统服务（Vásquez，2016）。该河流流经16个市镇，是野生动物的重要生物走廊。然而，它受到城市开发、非法倾倒和污水处理厂排放等多重污染压力（Katz等，2009；Ferrando，2010）。目前，一些污水处理厂采用活性污泥技术将处理后的污水直接排放到马波乔河中（SiSS，2024）。尽管智利法规（最高法令第90/2000号和第53/2013号）规定了多种污染物的最大浓度限值，但微塑料并未被纳入监管范围（Higuera，2022）。 环境法律框架鼓励使用物理和化学变量进行评估，但微塑料未被纳入这些指标。多项研究试图通过将水生生态系统的生物响应纳入监测和评估体系来加强这一框架（Munkittrick和Dixon，1989；Gibbons和Munkittrick，1994）。在智利，这种方法也应用于研究污染物效应和生物响应（Orrego等，2006，2009；Chiang等，2010，2011，2014）。Trichomycterus areolatus（Valenciennes，1846），又称“智利铅笔鲶鱼”，是一种原生于智利中南部河流的底栖鱼类，常在岩石和水流中发现（Arratia，1983），是生态毒理学研究的模式生物（例如Chiang等，2011；Ali等，2020；Bertin等，2020）。它是马波乔河流域唯一的本土鱼类，适合作为污染指标。然而，这种鱼类可能通过食物网促进污染物的生物放大。在这方面，底栖无脊椎动物的功能摄食群（FFGs）可以间接反映其营养地位，从而揭示污染物的潜在生物放大作用。迄今为止，尚未有研究全面评估微塑料从污水处理厂向该地区高度城市化河流中的非生物和生物介质的传输过程。因此，本研究旨在通过多介质方法评估马波乔河中的微塑料污染情况，探讨污水处理厂排放前后微塑料在环境中的分布和生物吸收情况。我们提出以下假设：（i）污水处理厂排放点下游的水体、底栖无脊椎动物和鱼类中的微塑料浓度显著高于上游；（ii）不同功能摄食群的底栖无脊椎动物（如收集者和捕食者）具有不同的微塑料负荷，捕食者可能因营养传递而表现出更高的负荷；（iii）作为底栖捕食者的Trichomycterus areolatus会显示出微塑料的摄入证据（如鱼类体型与微塑料负荷的正相关关系），且这种效应在污水处理厂下游更为明显，表明污染源的叠加效应。

研究区域

研究区域涵盖了马波乔河从上游到下游的五个采样点。我们采集了两个参考站点（Arrayán RS1和Clarillo RS2，后者位于Clarillo河流域）以及三个污水处理厂下游站点（Hualtatas DS1、Trapiche DS2和Monte DS3）的样本和数据（图1）。RS1和RS2被选为参考站点，因为它们位于排放点上游且处于受法律保护范围内。

水样分析

在所有水样中共检测到561个微塑料颗粒。平均微塑料浓度范围为每立方米0.25至21.36个微塑料颗粒（TMF/m3）（表SM1），其中RS2（0.25±0.18 TMF/m3）和RS1（21.36±1.73 TMF/m3）的微塑料浓度较高，这两个站点被认为是微塑料含量较低的参考点。受污水处理厂间接影响的DS1站点（2.37±0.83 TMF/m3）的微塑料含量高于受直接影响的其他站点。

讨论

在马波乔河的所有三个环境介质中均检测到了微塑料的存在。然而，与预期相反，微塑料浓度最高的是位于上游的受保护站点Arrayán。尽管初步分析显示鱼类未摄入微塑料，也未发现底栖无脊椎动物之间的营养传递趋势与微塑料含量相关。然而，从底栖无脊椎动物到鲶鱼的捕食关系显示出了较高的暴露比例，尤其是在RS2、DS1和DS2站点。

结论

马波乔河流域的水体、底栖无脊椎动物和鱼类中均存在微塑料。这些颗粒的存在和摄入不仅与污水处理厂的排放有关，还反映了研究这种全球性污染物的复杂性，以及评估微塑料在环境介质中存在时必须考虑的多种生物和非生物因素。此外，微塑料在水体、无脊椎动物和鱼类中的存在本身就表明了进一步研究的必要性。

作者贡献声明

Mauricio J. Carter： 起草初稿、监督工作。 Mariana Gajardo Gamargo： 起草初稿、方法学设计。 Blanca E. Molina Burgos： 起草初稿、方法学设计。 Gustavo Chiang： 审稿与编辑、撰写初稿、监督工作、资源协调、方法学设计、资金获取、概念框架构建。 Isidora Catalán Mu?oz： 审稿与编辑、撰写初稿、数据可视化、方法学设计、实验设计、数据分析、概念框架构建。 Brian G.