华东理工大学隋倩团队WaterResearch：地下水中微塑料的赋存特征、来源及生态风险：农业活动和大气沉降的影响

第一作者：张蕾博士研究生（华东理工大学）

通讯作者：隋倩教授（华东理工大学）

论文DOI: 10.1016/j.watres.2025.123585

图文摘要

成果简介

近日，华东理工大学隋倩教授课题组在Water Research上发表了题为“Occurrence, sources, and ecological risk of microplastics in groundwater: Impacts by agricultural activities and atmospheric deposition”的研究论文(DOI: 10.1016/j.watres.2025.123585)，通过对上海市全域地下水样品的系统分析，揭示地下水中微塑料（MPs）的赋存特征，阐明地下水中MPs主要来源，并基于三种评价指标评估其污染风险。该研究对深入理解地下水中MPs来源及其环境风险具有重要意义。全文速览

针对现有地下水中MPs来源不清以及污染风险尚不明确的问题，该研究通过对上海市全域39个采样点地下水样品的系统分析，揭示上海市地下水中MPs污染特征；阐明地下水中MPs主要来源包括农业活动、大气沉降、垃圾填埋场以及建筑活动，并开展补充实验加以验证；最后，基于污染负荷指数（PLI）、聚合物危害指数（PHI）和潜在生态风险指数（PERI）三种评价指标，评估地下水中MPs污染风险，为地下水中MPs污染防控提供科学依据。引言

地下水作为重要的水资源，在饮用水供应、农业灌溉及工业生产中发挥着重要作用，其污染状况直接影响人类健康和生态环境。现有研究多集中于饮用水源地或喀斯特地区等相对较小区域，且采样点数量通常不足10个，一定程度上限制了对区域性地下水环境MPs污染状况的全面了解，阻碍了地下水中MPs来源的识别。此外，仅有少量研究通过单一评价指标对地下水中MPs污染风险进行评估，地下水中MPs的环境风险也仍需进一步考察。鉴于此，研究通过对不同污染源附近地下水样品的系统分析，识别地下水中MPs污染重要来源并评估其污染风险。

图文导读

地下水采样点分布

Fig. 1.Distribution of the groundwater sampling sites in Shanghai.Copyright 2025, Elsevier Inc.

共选取了39个地下水采样点，每个采样点的用地类型根据其周围500 m半径范围的土地利用情况确定。根据《土地利用现状分类》（GB/T 21010–2017）相关规定，结合高分辨卫星地图和《上海市城市总体规划（2017–2035年）》，将采样点划分为农业、工业、城市和农村四种用地类型。

地下水中MPs的赋存特征

Fig. 2.Abundance of MPs and the total number of polymer types (A), and the average composition (%) of the polymer types (B) in the groundwater samples.Copyright 2025, Elsevier Inc.

Fig. 3.The distribution of MP size and shape in groundwater.Copyright 2025, Elsevier Inc.

地下水中MPs丰度范围为3 ± 3 particles/L（JD4）至99 ± 19 particles/L（PD4），平均丰度为31 ± 21 particles/L。共检出43种聚合物类型，PP和PE是地下水中最常见的聚合物类型，其平均百分比分别为46%和22%；而HDPE、PET、PVS和PVC等聚合物的平均比例低于5%。所有地下水样品中MPs的尺寸和形状分布相似。从尺寸分布来看，尺寸小于50 μm的MPs所占比例最高，为40%。其次是50–100 μm、100–200 μm和200–500 μm，平均百分比分别为23%、20%和15%。从形状分布来看，碎片状MPs所占比例最高，达60%。其次是絮状（18%）和纤维（12%），而薄片和薄膜所占比例较低，均不足10%。

识别地下水中MPs主要来源

Fig. 4.Correlation analysis between the characteristics of MP pollution and the environmental factors.Copyright 2025, Elsevier Inc.

为探究地下水中MPs污染的潜在来源，基于Spearman相关性分析评估了MPs污染特征和环境因素的关系。用地类型和MPs丰度、三种聚合物类型（PP、PE和PE–PP）以及500–1000 μm尺寸MPs之间存在显著相关性；大棚种植与MPs丰度以及500–1000 μm尺寸MPs显著相关；建筑活动与MPs丰度、聚合物类型（特别是PVS和PVC）及1000–5000 μm尺寸MPs显著相关；井类型与MPs丰度、聚合物类型总数、50–100 μm尺寸MPs及纤维状MPs均具有显著相关性。相比之下，水质参数与MPs污染特征之间的相关性不明显。

Fig.5.MP abundances in groundwater from different land-use types.Copyright 2025, Elsevier Inc.农业地区地下水中MPs丰度最高（中位数：45 particles/L），其次为工业地区、城市地区和农村地区，其MPs丰度中位数分别为26 particles/L、23 particles/L和22 particles/L。在15个超过平均丰度的地下水采样点中，有8个位于农业地区。这些采样点大多分布于大棚种植附近，也是上文提到的潜在污染点源之一。农用地膜的主要材质为PE，然而，本研究位于农业地区的地下水中PE MPs所占百分比仅为17%，表明农用地膜对地下水中MPs污染的贡献在本研究区域相对较低。农业地区地下水中超50%的MPs被鉴定为PP，这一特征与大多数农业土壤中MPs的污染特征一致。PP制品在农业活动中的广泛使用可能是其在农业地区土壤以及本研究地下水中占主导地位的原因之一。这些产品在使用过程中被随意丢弃或刮蹭，随着时间的推移逐渐破碎分解为MPs，并迁移至土壤和地下水环境中。因此，农业活动中使用的塑料编织品可能是上述农业地区地下水中MPs的主要来源。

Fig. 6.Average percentage (%) of polymer types, sizes, and shapes of MPs in atmospheric deposition samples.Copyright 2025, Elsevier Inc.露天井地下水中MPs的平均丰度为36 ± 20 particles/L，显著高于封闭井地下水中MPs丰度值（15 ± 7 particles/L）。此外，露天井地下水中检测到的聚合物类型总数达43种，也明显高于封闭井（19种）。大气中的MPs可能通过沉降作用进入露天井，导致地下水中MPs丰度增加。据报道，PET是大气沉降样品中常见聚合物类型之一，纤维和50–200 μm尺寸范围是大气MPs的主要形状和尺寸类别。本研究在露天井地下水中检测到PET所占比例（3.3%）约为封闭井（1.8%）的两倍，在某些露天井地下水样品中，PET所占比例高达15%。此外，露天井地下水中观察到的50–100 μm尺寸MPs及纤维状MPs的比例也显著高于封闭井。上述MPs分布特征差异表明大气沉降可能是露天井地下水中MPs污染的重要来源。为进一步验证大气沉降对地下水中MPs污染的影响，采集了研究区域的大气沉降样品进行MPs分析。结果表明，研究区域大气MPs沉降速率在1022 particles/m2/d至1422 particles/m2/d之间，平均为1215 ± 200 particles/m2/d。主要聚合物类型为PE和PET，分别占25%–41%和22%–34%；纤维占比超30%；50–100 μm尺寸MPs所占比例约为25%。大气沉降样品中MPs的主要特征与露天井地下水中MPs分布特征相似，进一步证实了持续的大气沉降是露天井地下水中MPs污染的重要来源。

风险评估

Fig. 7.MP risk assessment results using three methods. (A) Percentages of sampling sites in each risk level obtained by different methods, where the circle's position represents the total risk level obtained by this assessment method; (B) Distributions of the MP risk in the groundwater samples from different land-use types determined by PERI analysis.Copyright 2025, Elsevier Inc.总体而言，基于PLI、PHI和PERI分析，研究区域地下水中MPs污染分别表现为较高污染负荷风险（Ⅲ）、中等聚合物危害风险（Ⅱ）和较高潜在生态风险（Ⅲ）。值得注意的是，PERI分析呈现出较大比例的极高风险，而该风险等级在PLI和PHI分析中并未体现。这一现象表明，仅通过MPs丰度或聚合物类型某一特征进行MPs污染风险评估可能导致结果的片面化。与PLI和PHI分析相比，PERI分析综合考虑了MPs丰度和聚合物类型的影响，所得到的评估结果更全面。基于PERI分析，农业地区地下水中MPs污染的潜在生态风险最高，与其高丰度一致。具体而言，农业地区有70%的采样点地下水中MPs污染处于较高风险（Ⅲ）及以上，而工业、城市和农村地区的这一比例均低于50%。就井类型而言，超60%的露天井地下水中MPs污染处于较高风险（Ⅲ）到极高风险（V）；而在封闭井地下水中未发现较高风险（Ⅲ）及以上的MPs污染，仅有25%的封闭井地下水中MPs污染处于中等风险（Ⅱ），75%处于低风险（Ⅰ）。小结地下水作为重要的水资源，已普遍受到不同程度的MPs污染。这项研究通过系统分析揭示了上海市地下水中MPs的赋存特征，深入探讨了地下水中MPs主要来源，并基于PLI、PHI和PERI三种评价指标评估了地下水中MPs污染风险，对深入理解地下水中MPs来源、环境风险以及地下水中MPs污染防控具有重要意义。作者介绍

通讯作者：隋倩，华东理工大学资源与环境工程学院副院长、教授、博士生导师，国家环境保护化工过程环境风险评价与控制重点实验室副主任。入选教育部青年长江学者、上海市青年拔尖人才等。主要研究方向为新污染物多介质赋存特征与控制原理。主持国家重点研发计划青年项目、国家自然科学基金面上项目（4项）、水体污染控制与治理科技重大专项子课题等多项国家级科研项目，获中国环境科学学会青年科学家奖（金奖）、中国化学会首届青年环境化学奖、全国最美生态环境科技工作者等奖励。担任中国环境科学学会持久性有机污染物专业委员会委员，Science of the Total Environment、Frontiers of Environmental Science & Engineering、Eco-Environment & Health等7本英文期刊（青年）编委。

第一作者：张蕾，华东理工大学资源与环境工程学院博士研究生，主要研究方向为水环境中微塑料的赋存特征，以第一作者在Water Research、Engineering期刊上发表SCI论文3篇。

备注：Permissions for reuse of all Figures have been obtained from the original publisher.Copyright 2025, Elsevier Inc参考文献：Zhang, L.; Zhao, W.; Yan, R.; Lyu, S.; Sui, Q., Occurrence, sources, and ecological risk of microplastics in groundwater: Impacts by agricultural activities and atmospheric deposition. Water Research 2025, 281, 123585文章链接:

https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123585