第一作者：麦磊
通讯作者：曾永平
通讯单位：暨南大学环境学院
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.0c02273
图文摘要：
成果简介：近日，暨南大学环境学院曾永平教授团队在环境领域权威期刊Environmental Science & Technology上发表了题为“Global Plastic Riverine Outflows”的原创性研究论文，首次以人类发展指数（HDI）为主要预测因子来估算全球塑料河流入海通量，明晰了世界河流对全球海洋塑料污染的贡献。
全文速览：本项研究在前期实际测量数据的基础上，以HDI为主要预测因子来建立全球塑料河流入海通量模型，并利用现有的实测数据对河流入海通量进行校准和验证。结果表明模型估算值和实测值具有较高的相关性（r2=0.9），证实了模型估算的准确性。模型估计，2018年全球1518条主要河流的塑料年入海通量约为5.7~26.5万吨之间，约为MPW模型估值的十分之一。随着塑料产量的增加和人类的发展，全球塑料河流入海通量预计在2028年达到峰值。本研究中的HDI比MPW更好的估算全球塑料河流入海通量，并预测塑料污染可在人类发展过程中得到有效控制。全球塑料的河流入海通量估值大幅下降可大大缓解公众对海洋塑料污染的担忧，并在一定程度上缓解塑料污染治理带来的财政压力。
引言：塑料制品给人类生活的各方面都提供极大便利，然而，废弃塑料也同时威胁着环境和人类健康。2018年，全球塑料制品产量达到3.59亿吨，其中51%产自亚洲。塑料产品的使用寿命从不到一年到几十年不等，废弃塑料一部分被回收再利用或焚烧，大多数最终被填埋或丢弃。全球海洋表层水体的塑料垃圾约为0.7~3.5万吨，而河流被认为是陆源塑料垃圾进入海洋的主要途径。文献中已有的基于不规范处理塑料垃圾（mismanaged plastic waste；MPW）的模型估算出全球塑料河流入海通量高达二百多万吨。前期对珠江入海口微塑料污染的调查研究表明，基于MPW估算的河流塑料入海通量与河流实测入海通量值相差甚远（Mai,Zeng* et al., Environ. Sci. Technol. 2019, 53, 11810‒11817）。因此，本研究基于一年的野外实测数据建立了一个新模型，该模型的关键预测因子是联合国开发计划署公布的人类发展指数（Human Development Index；HDI），并结合河流流量、人口密度、城市生活垃圾产生率和固体废弃物中塑料垃圾比例等参数，综合分析并估算出全球塑料河流入海通量。
图文导读：
一、模型建立
本项研究首先将微塑料转换成塑料，利用塑料在水体中的质量浓度（C ）与水流量（Q）来计算塑料的河流通量Mout，计算公式如下：
Mout=C×Q (1)
根据WorldBank 2016年的塑料垃圾数据和联合国发展署布的人类发展指数（HDI），我们发现二者之间存在一定的相关性，可用HDI作为塑料入海通量的指示因子。因此，河流流域范围内可汇入河水中的塑料垃圾（MAPW）可用以下公式计算：
MAPW= PD × SWG × P × (1 -HDI ) (2)
其中PD指人口密度；SWG指人均每天固体废弃物产生量；P指固体废弃物中塑料垃圾的比例。
二、模型校准和验证
根据我们前期在珠江八大入海口的研究结果，我们发现塑料的入海通量与河流的水流量（Q）以及河流流域范围内可汇入河水中的塑料垃圾（MAPW）成正相相关关系（n= 40; r2= 0.74; p <0.001; 图1）。
图1.用野外实测值对模型进行校准
目前已报道河流水体表面微塑料污染的文献较少，本研究用了来自世界五个不同地区的24条河流共80个实测值，这些实测值均采用拖网采样方式获得微塑料样品，通过微塑料到塑料的质量换算，最终获得这些河流的入海通量值。通过分析实测值和模型估算值的相关性（n= 80; r2 = 0.9; 图2），证实了该模型的准确性；所选用的河流塑料入海通量值覆盖5～6个数量级，进一步证实了该模型的稳定性（图2）。
目前已报道河流水体表面微塑料污染的文献较少，本研究用了来自世界五个不同地区的24条河流共80个实测值，这些实测值均采用拖网采样方式获得微塑料样品，通过微塑料到塑料的质量换算，最终获得这些河流的入海通量值。通过分析实测值和模型估算值的相关性（n= 80; r2 = 0.9; 图2），证实了该模型的准确性；所选用的河流塑料入海通量值覆盖5～6个数量级，进一步证实了该模型的稳定性（图2）。
图2. 用河流塑料入海通量的实测值对模型估算值进行验证
三、模型对比
本研究中所建立的基于HDI的模型与文献中已有的基于MPW的模型进行对比，基于HDI的模型估算值与河流实测值更接近（图3）。值得注意的是，基于MPW的模型估算值往往会高估发展中国家的通量值而低估发达国家的通量值，这主要与模型的主要预测因子有关，在塑料的河流入海通量估算所使用的预测因子中，HDI优于MPW。HDI可以更加全面的衡量社会发展对塑料垃圾河流入海的关系。
尽管HDI模型能相对准确地估算全球河流塑料入海通量，模型估算仍然存在一定的局限性。例如，对于塑料入海通量较小的河流，HDI模型估算的准确性稍弱。由于微塑料的基本物理特征具有一定的地域性差异，导致微塑料到塑料的质量转换过程存在不确定性。总的来说，尽管具有局限性，HDI模型可以相对准确地估算塑料入海通量。
图3.不同模型所得估算值与实测值的相关性
四、模型估算全球河流塑料入海通量
经过10万次蒙特卡洛计算，最终估算出全球1518条河流的塑料垃圾年入海通量约为5.7～26.5万吨（中值：13.4万吨），远低于MPW模型估算值。不同陆地版块的河流塑料入海通量相差较大，其中亚洲河流的塑料年入海通量约为4.3～17.3万吨（中值：9.28万吨），占据全球总量的69%，远低于Lebreton等人的模型估算比例（86%）。紧随其后的分别是南美、北美、欧洲、非洲和大洋洲，河流塑料入海通量分别为17,300、9600、7360、6730、628吨（图4a）。亚洲较高的河流塑料入海通量主要是由于亚洲人口密度较高、河流流量较大、HDI值相对较低等因素的综合作用。北太平洋海域主要接收来自亚洲和北美洲的陆源塑料垃圾，因此，模型估算进入到北太平洋海域的塑料垃圾年通量最高，紧随其后的是印度洋和北大西洋。
图4.（a）各大洲河流塑料垃圾入海通量；（b）各大海洋接收河流塑料垃圾量
五、预测至2050年
随着塑料制品的产量逐年增长，塑料垃圾产量越来越高，如果塑料垃圾增长速度与塑料制品增长速度趋势一致，那么，2050年将会有730million tons塑料垃圾产生。近年来，世界HDI指数逐年稳定增长，2050年将达到0.896。由此估算出未来直至2050年全球河流塑料的年入海通量发展趋势，预计将于2028年达到顶峰，年入海通量峰值约为6.24～2.9万吨（图5），随着人类社会的持续发展，塑料污染将会得到逐步控制。
图5.全球河流塑料入海通量预测值2050年。
小结：本项目通过建立以HDI为主要预测因子的模型，估算全球河流的塑料入海通量约为5.7~26.5万吨，远低于MPW模型的估算值。亚洲河流对全球河流塑料入海通量的贡献比例最高（约69%），同时导致北太平洋成为全球海域接收来自陆地塑料垃圾最多的海域。随着塑料使用量的增大和人类社会的不断发展，全球河流塑料垃圾入海通量逐渐增加，2028年达到最高峰，随后会有下降的趋势。通过努力改进塑料垃圾的管理和处置，在人类发展进程中可能实现对海洋塑料污染的有效控制。
主要作者介绍
第一作者：麦磊，暨南大学副研究员，主要研究方向为微塑料与有机污染物的环境地球化学行为，已在Environmental Science & Technology、Environmental Pollution等期刊发表SCI论文12篇。
通讯作者：曾永平，暨南大学环境学院院长、教授、博导，担任国际环境科学权威刊物Environmental Pollution主编。研究领域为环境地球化学、环境污染与暴露化学等。主持国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重大重点项目、国家自然科学基金创新研究群体科学基金等项目20余项。入选广东省第四批“南粤百杰”计划，增选为国际环境毒理学与化学协会会士并获SETAC亚太终身成就奖，荣获2019年“消除持久性有机污染物杰出贡献奖”。已在国际SCI杂志上发表论文300余篇，其中在顶级期刊ES&T上发表论文40多篇，连续多年入选中国高被引学者名单（2014‒2019）。联系邮箱：eddyzeng@jnu.edu.cn。
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.0c02273
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