转自：流域面源污染控制与水环境修复
微塑料（MPs）是水体中悬浮颗粒物的重要组成部分，其主要有两种运输模式：作为独立颗粒或絮体的一部分进行运输。尽管微塑料污染管理中絮凝作用至关重要，但理解和预测微塑料的絮凝行为仍是一项挑战。本研究结合了已发表数据的荟萃分析（>2,000次测量）和新的实验数据（>4,000次测量），探究了水体中哪些尺寸的微塑料可以被絮体捕获并运输。研究发现，微塑料与絮体之间的尺寸关系可用于预测微塑料在不同水体环境中的絮凝行为。本文提出了一个数学模型，结果表明，无论微塑料的理化特性或水体环境如何，小尺寸微塑料（<162 µm）主要通过絮体进行运输。这一发现为预测微塑料的运输模式提供了重要信息，为多种环境设置和未来污染控制策略提供了关键见解。
图1 絮凝对微塑料在不同水体环境中归宿和影响作用。
Fig. 1 Influence of flocculation on the fate and impact of MPs in various aquatic environments.
图2 微塑料与絮体尺寸关系的荟萃分析。
Fig. 2 Meta-analysis of the size relationship between MPs and hosting flocs.
a. 微塑料（MPs）被絮体捕获与尺寸关系的荟萃分析，展示了被絮体捕获的微塑料（红点）和未被捕获的微塑料（蓝点）。拟合了一条边界曲线，将微塑料分为两组：位于曲线下方的微塑料（红点）被絮体捕获，而位于曲线上方的微塑料（蓝点）未被捕获。95.4%的被捕获微塑料落在边界曲线下方。散点图基于2,580个测量数据，包括394个数据点。
b. 根据测量次数，荟萃数据集中不同水体环境中絮体的组成。
c. 根据测量占比，荟萃数据集中微塑料的组成。这里，微塑料尺寸（µm）是其最小尺寸：微球为直径、微纤维为直径，不规则碎片为最小Feret直径。PS 表示聚苯乙烯，PE 表示聚乙烯，PU 表示聚氨酯。
图3 微塑料与絮体的实验尺寸关系。
Fig. 3 Experimental size relationship between MPs and hosting flocs.
a. 被絮体捕获的微塑料（碎片（n = 1,804）和微球（n = 109））与絮体的尺寸关系图（X轴范围：0–1,200 µm，Y轴范围：0–200 µm），并叠加了基于荟萃分析的边界曲线。点的颜色表示不同类型微塑料的捕获率（捕获微塑料数与总微塑料数的比值，参见方法部分）；随着微塑料尺寸的增加，捕获率下降。边界曲线分为三个区域：线性依赖区、非线性依赖区和无依赖区。11种不同直径、长度和聚合物类型的微纤维（n = 2,204）在补充图1中有详细展示。b–g. 微塑料碎片和微球被絮体捕获的示例：b. PEFN c. PETFN d. PETFN e. PPFN f. PEBW g. PPFW 每个示例的比例尺为100 µm。
注释：前两个或三个字母代表微塑料的聚合物类型：PE（聚乙烯）、PS（聚苯乙烯）、PP（聚丙烯）、PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）和PVC（聚氯乙烯）。第二个字母代表微塑料的形状：B 表示微球，F 表示碎片。最后一个字母表示状态：N 代表未风化的微塑料（原始状态），W 代表紫外线风化的微塑料。
本研究通过实验和荟萃分析，揭示了微塑料尺寸与絮体捕获能力之间的关系，并提出了边界曲线这一关键模型，显著提高了对微塑料在水体中行为和归宿的预测能力。
1. 微塑料的絮凝行为由尺寸决定：小尺寸微塑料（<162 µm） 更容易被絮体捕获并通过絮体运输；大尺寸微塑料（>162 µm） 难以被捕获，主要以单独颗粒形式存在于水体中。
2. 边界曲线揭示了捕获规律：提出了边界曲线，有效区分被捕获和未捕获的微塑料；95.4%的被捕获微塑料落在曲线以下，验证了该模型的准确性和普适性。
3. 实际应用与生态意义：边界曲线可用于预测微塑料在不同水体环境中的运输和沉降；有助于水处理优化、污染控制策略制定，并量化微塑料对生物地球化学循环和生态风险的影响。
1. 该研究通过整合已发表的荟萃分析数据（2,580次测量）与实验数据（4,000多次测量），验证了微塑料絮凝的规律，提供了可靠的数据支持和验证结果的方法。这种定量分析与实验验证相结合的方法，为研究复杂环境过程提供了有力的工具。提出了一个数学模型（边界曲线），以微塑料和絮体的尺寸关系为基础，准确预测微塑料的絮凝行为。这种简单、可操作的建模方法，可供其他研究领域参考，比如颗粒物沉降、污染物分布及其他环境动力学研究。实验中系统研究了不同类型微塑料（形状、尺寸、聚合物类型、风化状态）和环境条件（盐度、颗粒浓度等）对絮凝行为的影响。这种细致的多变量设计方法，可以帮助其他研究探索影响因素与结果之间的相互关系。
2. 研究揭示了尺寸是微塑料是否被絮体捕获的关键因素，为微塑料在水体环境中的迁移和沉降机制提供了新的视角。这一结论为未来污染物（如纳米塑料、重金属颗粒）的运输行为研究提供了可借鉴的框架。提出的边界曲线能够广泛适用于不同水体环境（河流、湖泊、海洋、水处理系统），为预测污染物的归宿和风险提供了实用工具。这一结果对于水污染建模、环境政策制定和风险评估具有直接的参考意义。研究强调了絮凝过程对微塑料沉降和生态风险的影响，指出小尺寸微塑料对底栖生物的潜在威胁更大。这一发现可为生态系统污染风险评估提供定量依据，并指导污染防控措施。
文章信息
Wu N, Grieve S W D, Manning A J, et al. Flocs as vectors for microplastics in the aquatic environment[J]. Nature Water, 2024: 1-9.
DOI:
https://www.nature.com/articles/s44221-024-00332-4
林永强 | 供稿
张佳扬 | 编辑
陈磊 | 审核
（转载仅供交流学习使用，侵权必删）
【点击下方超链接阅读16个栏目推文】
| 1.【直播】 | 9.【院士】 |
| 2.【视频】 | 10.【综述】 |
| 3.【健康&毒理】 | 11.【写作】 |
| 4.【水】 | 12.【Nature】 |
| 5.【气】 | 13.【Science】 |
| 6.【土】 | 14.【WR】 |
| 7.【固废】 | 15.【EST】 |
| 8.【生态】 | 16.【JHM】 |
