بررسی حضور، فراوانی و ویژگی های میکروپلاستیک ها در رسوبات رودخانه زاینده‌رود

نوع مقاله : مقاله علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم محیط زیست، واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران

2 گروه علوم و مهندسی محیط‌زیست، مرکز تحقیقات پسماند و پساب، واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران

3 گروه علوم و مهندسی خاک، واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران

چکیده

پیشینه و هدف: یکی از مهم‌ترین آلاینده‌های نوظهور در محیط‌های آبی که در سال‌های اخیر مورد توجه محققان جهانی قرار گرفته، زباله‌های پلاستیکی به‌ویژه میکروپلاستیک‌ها می‌باشد. جانوران آبزی می‌توانند میکروپلاستیک‌ها را بخورند زیرا آن­ ها را به جای طعمه‌ی خود اشتباه می‌گیرند. در نتیجه، حیوان بعد از مصرف میکروپلاستیک، می‌تواند احساس سیری کند و باعث کاهش جذب مواد غذایی و کاهش مصرف انرژی شود که به نوبه خود ممکن است بر رشد، بقا، باروری و میزان تولید مثل تأثیر بگذارد. این ذرات پس از بلعیدن می‌توانند به سطوح بالاتر تغذیه‌ای منتقل شوند و در نهایت از طریق زنجیره‌ی غذایی به انسان برسند. با وجود این واقعیت که آب شیرین منبع آب آشامیدنی است، دانش در مورد اثرات آلودگی میکروپلاستیک در محیط‌های آب شیرین در مقایسه با محیط‌های دریایی، هنوز در مراحل ابتدایی خود است. از این‌رو هدف از مطالعه‌ی حاضر بررسی جامع حضور و پراکنش میکروپلاستیک در رسوبات رودخانه زاینده‌رود می‌باشد.
مواد و روش‌ها: از بالادست تا پایین‌دست رودخانه‌زاینده رود، 21 ایستگاه نمونه‌برداری، انتخاب و در هر ایستگاه، نمونه‌برداری در مساحتی به ابعاد 30×30 سانتی‌متر تا عمق تقریبی10 سانتی‌متری بالای رسوب در سه تکرار انجام شد. پردازش نمونه طی دو مرحله‌ی هضم مواد آلی با استفاده از پراکسید هیدوروژن و جداسازی چگالی با استفاده از نمک سدیم‌کلرید انجام شد. میکروپلاستیک‌ها با استفاده از میکروسکوپ نوری استاندارد با بزرگ‌نمایی­های 40 × 100 × و 400 ×، شناسایی شدند. پروتکل‌هـای اسـتاندارد مختلـف ماننـد آزمون­ های فشار، کشیدگی، نور اضافی یا سوزن داغ برای تشـخیص میکروپلاسـتیک‌ها اسـتفاده شد. پس از شناسایی ذرات میکروپلاسـتیک، نـوع و شـکل آن­ هـا، رنـگ و انـدازه آن­هـا تعیـین و یادداشت شد. برای تعیین ترکیب پلیمری میکروپلاستیک‌ها از دستگاه طیف سنج رامان استفاده شد.
نتایج: میانگین فراوانی میکروپلاستیک‌ها 39/29±481/70 ذره در 50 گرم رسوب خشک  بود. ایستگاه 17 با میانگین تعداد 849/14±50/363  ذره و ایستگاه‌های 1، 6 و 7 با میانگین تعداد 528/1±33/1 ذره در 50 گرم رسوب خشک به ترتیب دارای بیشترین و کمترین میزان آلودگی بودند. اندازه تمامی میکروپلاستیک‌ها در محدوده 5000-50 میکرومتر بود. میکروپلاستیک‌های کمتر از 500 میکرون با 5/64 درصد دارای بیشترین فراوانی بودند. شکل غالب میکروپلاستیک‌ها با فراوانی 9/34 درصد، 33 درصد و 8/28 درصد به ترتیب به رشته‌ای، قطعه و فیبر تعلق داشت. نتایج با طیف مرجع ارائه شده در پایگاه داده Openspecy مقایسه شد. در مجموع 3 پلیمر مختلف شامل پلی‌پروپیلن (PP)، پلی‌اتیلن (PE) و پلی‌آمید (PA) در رسوبات یافت شدند.
بحث: نتایج این پژوهش نشان‌دهنده‌ی پراکندگی میکروپلاستیک­ها در رسوبات رودخانه زاینده‌رود است. پلیمرهای پلی‌پروپیلن (PP)، پلی‌آمید (PA) و پلی‌اتیلن (PE) یافت‌شده در رسوبات رودخانه زاینده‌رود اغلب در پارچه‌ها استفاده می‌شوند. ترکیب پلیمر، در رسوبات رودخانه زاینده‌رود به وضوح نشان دهنده‌ی ورود فاضلاب‌های حاصل از شست‌و‌شوی پارچه های مصنوعی به رودخانه می‌باشد. پلی‌پروپیلن و پلی‌اتیلن برای ساخت طناب­ ها و تورهای ماهیگیری استفاده می‌شود. علاوه‌بر‌این الیاف پلی‌پروپیلن به طور گسترده برای تولید پوشش کف پوش، فرش و قالی، لباس ورزشی، ساخت مالچ کشاورزی، تورهای ماهیگیری، کیسه ­های بسته ­بندی و طناب استفاده می‌شود. پلی­ آمید با توجه به استحکام و سختی بالا برای تولید وسایلی مانند طناب، کمربند ایمنی، چتر نجات، نخ و تور ماهیگیری، هم­چنین در تولید الیاف مصنوعی از قبیل انواع البسه و جوراب و الیاف فرش استفاده می ­شود. بنابراین می‌توان اذعان نمود که فعالیت‌های انسانی از جمله رهاسازی فاضلاب‌های شهری و صنعتی، ریختن زباله توسط گردشگران در ساحل رودخانه و استفاده از تور ماهیگیری از طرف صیادان نقش مهمی در آلودگی میکروپلاستیک در این منطقه داشته است. بنابراین پایش دوره‌ای میکروپلاستیک­ ها در آب و رسوب رودخانه زاینده‌رود کمک شایانی به اقدامات مدیریتی برای کنترل این آلودگی خواهد بود.

کلیدواژه‌ها


  1. Ahmadi, A., Zadehvakili, N., Safavi, H. and Ohab Yazdi, S., 2015. Development of a dynamic planning model for surface and groundwater allocation, case study: Zayandehroud river basin. Iran-Water Resources Research, 11(1), 22-32.
  2. Anderson, P.J., Warrack, S., Langen, V., Challis, J.K., Hanson, M.L. and Rennie, M.D., 2017. Microplastic contamination in Lake Winnipeg, Canada. Environmental Pollution, 225, 223-231.
  3. Andrady, A.L., 2017. The plastic in microplastics: A review. Marine Pollution Bulletin, 119(1), 12-22.
  4. Arias-Andres, M., Klümper, U., Rojas-Jimenez, K., and Grossart, H.-P. 2018. Microplastic pollution increases gene exchange in aquatic ecosystems. Environmental Pollution, 237, 253-261.
  5. Avio, C.G., Gorbi, S., Milan, M., Benedetti, M., Fattorini, D., d'Errico, G. and Regoli, F. 2015. Pollutants bioavailability and toxicological risk from microplastics to marine mussels. Environmental Pollution, 198, 211-222.
  6. Ballent, A., Corcoran, P.L., Madden, O., Helm, P.A., and Longstaffe, F.J. 2016. Sources and sinks of microplastics in Canadian Lake Ontario nearshore, tributary and beach sediments. Marine Pollution Bulletin, 110(1), 383-395.
  7. Bellasi, A., Binda, G., Pozzi, A., Galafassi, S., Volta, P., and Bettinetti, R. 2020. Microplastic Contamination in Freshwater Environments: A Review, Focusing on Interactions with Sediments and Benthic Organisms. Environments, 7(4), 30.
  8. Besseling, E., Quik, J.T., Sun, M., and Koelmans, A.A. 2017. Fate of nano-and microplastic in freshwater systems: A modeling study. Environmental Pollution, 220, 540-548.
  9. Browne, M.A., Crump, P., Niven, S.J., Teuten, E., Tonkin, A., Galloway, T. and Thompson, R. 2011. Accumulation of microplastic on shorelines woldwide: sources and sinks. Environmental Science & Technology, 45(21), 9175-9179.
  10. Butterworth, A., Clegg, I. and Bass, C., 2012. Marine debris: a global picture of the impact on animal welfare and of animal-focused solutions.
  11. Castañeda, R.A., Avlijas, S., Simard, M.A. and Ricciardi, A. 2014. Microplastic pollution in St. Lawrence River sediments. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 71(12), 1767-1771.
  12. Chamani, A., 2020. Evaluation of Lead and Cadmium Contamination in the Zayandeh Rud River. In Standing up to Climate Change (pp. 225-238): Springer.
  13. Claessens, M., De Meester, S., Van Landuyt, L., De Clerck, K. and Janssen, C.R., 2011. Occurrence and distribution of microplastics in marine sediments along the Belgian coast. Marine Pollution Bulletin, 62(10), 2199-2204.
  14. Cole, M., and Galloway, T.S. 2015. Ingestion of nanoplastics and microplastics by Pacific oyster larvae. Environmental Science & Technology, 49(24), 14625-14632.
  15. Cole, M., Lindeque, P., Halsband, C. and Galloway, T.S., 2011. Microplastics as contaminants in the marine environment: a review. Marine Pollution Bulletin, 62(12), 2588-2597.
  16. De Sá, L.C., Luís, L.G. and Guilhermino, L., 2015. Effects of microplastics on juveniles of the common goby (Pomatoschistus microps): confusion with prey, reduction of the predatory performance and efficiency, and possible influence of developmental conditions. Environmental Pollution, 196, 359-362.
  17. Deopura, B., Alagirusamy, R., Joshi, M. and Gupta, B., 2008. Polyesters and polyamides: Elsevier.
  18. Derraik, J.G., 2002. The pollution of the marine environment by plastic debris: a review. Marine Pollution Bulletin, 44(9), 842-852.
  19. Eerkes-Medrano, D., Thompson, R.C. and Aldridge, D.C., 2015. Microplastics in freshwater systems: a review of the emerging threats, identification of knowledge gaps and prioritisation of research needs. Water research, 75, 63-82.
  20. Eriksen, M., Mason, S., Wilson, S., Box, C., Zellers, A., Edwards, W. and Amato, S., 2013. Microplastic pollution in the surface waters of the Laurentian Great Lakes. Marine Pollution Bulletin, 77(1-2), 177-182.
  21. Fendall, L.S. and Sewell, M.A., 2009. Contributing to marine pollution by washing your face: microplastics in facial cleansers. Marine Pollution Bulletin, 58(8), 1225-1228.
  22. Free, C.M., Jensen, O.P., Mason, S.A., Eriksen, M., Williamson, N.J. and Boldgiv, B., 2014. High-levels of microplastic pollution in a large, remote, mountain lake. Marine Pollution Bulletin, 85(1), 156-163.
  23. Frias, J. and Nash, R., 2019. Microplastics: finding a consensus on the definition. Marine Pollution Bulletin, 138, 145-147.
  24. Ghayebzadeh, M., Taghipour, H. and Aslani, H., 2021. Abundance and distribution of microplastics in the sediments of the estuary of seventeen rivers: Caspian southern coasts. Marine Pollution Bulletin, 164, 112044.
  25. He, B., Goonetilleke, A., Ayoko, G.A. and Rintoul, L., 2020. Abundance, distribution patterns, and identification of microplastics in Brisbane River sediments, Australia. Science of the Total Environment, 700, 134467.
  26. Hernandez, E., Nowack, B. and Mitrano, D.M., 2017. Polyester textiles as a source of microplastics from households: a mechanistic study to understand microfiber release during washing. Environmental Science & Technology, 51(12), 7036-7046.
  27. Horton, A.A. and Dixon, S.J., 2018. Microplastics: An introduction to environmental transport processes. Wiley Interdisciplinary Reviews: Water, 5(2), e1268.
  28. Horton, A.A., Svendsen, C., Williams, R. J., Spurgeon, D.J. and Lahive, E., 2017. Large microplastic particles in sediments of tributaries of the River Thames, UK–Abundance, sources and methods for effective quantification. Marine Pollution Bulletin, 114(1), 218-226.
  29. Hosseinpour, A., Chamani, A., Mirzaei, R. and Mohebbi-Nozar, S.L., 2021. Occurrence, abundance, and characteristics of microplastics in some commercial fish of northern coasts of the Persian Gulf. Marine Pollution Bulletin. 171:112693.
  30. Jiang, C., Yin, L., Li, Z., Wen, X., Luo, X., Hu, S. and Huang, L., 2019. Microplastic pollution in the rivers of the Tibet Plateau. Environmental Pollution, 249, 91-98.
  31. Jiang, C., Yin, L., Wen, X., Du, C., Wu, L., Long, Y. and Zhou, Z., 2018. Microplastics in sediment and surface water of West Dongting Lake and South Dongting Lake: abundance, source and composition. International Journal of Environmental Research and Public Health, 15(10), 2164.
  32. Karimian, S., Chamani, A. and Shams, M., 2020. Evaluation of heavy metal pollution in the Zayandeh-Rud River as the only permanent river in the central plateau of Iran. Environmental monitoring and assessment, 192(5), 1-13.
  33. Klein, S., Dimzon, I.K., Eubeler, J. and Knepper, T.P., 2018. Analysis, occurrence, and degradation of microplastics in the aqueous environment. In Freshwater microplastics (pp. 51-67): Springer, Cham.
  34. Lahijanzadeh, A., Mohammadi Roozbahani, M., Sabzalipour, S. and Nabavi, M., 2020. The Investigation of Microplastic Particles in Khor-e-Musa in Persian Gulf Sediments. Journal of Oceanology. 11(43), 17-25. (In Persian with English abstract)
  35. Lambert, S. and Wagner, M., 2016. Exploring the effects of microplastics in freshwater environments. Integrated Environmental Assessment and Management, 12(2), 404-405.
  36. Li, R., Yu, L., Chai, M., Wu, H. and Zhu, X., 2020. The distribution, characteristics and ecological risks of microplastics in the mangroves of southern China. Science of the Total Environment, 708:135025.
  37. Lin, L., Zuo, L.Z., Peng, J.P., Cai, L.Q., Fok, L., Yan, Y. and Xu, X.R. 2018. Occurrence and distribution of microplastics in an urban river: a case study in the Pearl River along Guangzhou City, China. Science of the Total Environment, 644, 375-381.
  38. Liu, S., Jian, M., Zhou, L. and Li, W., 2019. Distribution and characteristics of microplastics in the sediments of Poyang Lake, China. Water Science and Technology, 79(10), 1868-1877.
  39. Mani, T., Hauk, A., Walter, U. and Burkhardt-Holm, P., 2015. Microplastics profile along the Rhine River. Scientific reports, 5(1), 1-7.
  40. Mao, Y., Li, H., Gu, W., Yang, G., Liu, Y. and He, Q., 2020. Distribution and characteristics of microplastics in the Yulin River, China: Role of environmental and spatial factors. Environmental Pollution, 265, 115033.
  41. Mason, S.A., Garneau, D., Sutton, R., Chu, Y., Ehmann, K., Barnes, J. and Rogers, D.L., 2016. Microplastic pollution is widely detected in US municipal wastewater treatment plant effluent. Environmental Pollution, 218, 1045-1054.
  42. Moore, C., Lattin, G. and Zellers, A., 2011. Quantity and type of plastic debris flowing from two urban rivers to coastal waters and beaches of Southern California. Revista de Gestão Costeira Integrada-Journal of Integrated Coastal Zone Management, 11(1), 65-73.
  43. Moore, C.J., Moore, S.L., Leecaster, M.K. and Weisberg, S.B., 2001. A comparison of plastic and plankton in the North Pacific central gyre. Marine Pollution Bulletin, 42(12), 1297-1300.
  44. Munier, B. and Bendell, L., 2018. Macro and micro plastics sorb and desorb metals and act as a point source of trace metals to coastal ecosystems. PLOS one, 13(2), e0191759.
  45. Napper, I.E., Bakir, A., Rowland, S.J. and Thompson, R.C., 2015. Characterisation, quantity and sorptive properties of microplastics extracted from cosmetics. Marine Pollution Bulletin, 99(1-2), 178-185.
  46. Nizzetto, L., Futter, M. and Langaas, S., 2016. Are agricultural soils dumps for microplastics of urban origin? In: ACS Publications.
  47. Obbard, R.W., 2018. Microplastics in Polar Regions: the role of long range transport. Current Opinion in Environmental Science & Health, 1, 24-29.
  48. O'Connor, J.D., Mahon, A.M., Ramsperger, A.F., Trotter, B., RedondoHasselerharm, P.E., Koelmans, A.A. and Murphy, S., 2020. Microplastics in freshwater biota: a critical review of isolation, characterization, and assessment methods. Global Challenges, 4(6), 1800118.
  49. Peng, G., Xu, P., Zhu, B., Bai, M. and Li, D., 2018. Microplastics in freshwater river sediments in Shanghai, China: a case study of risk assessment in mega-cities. Environmental Pollution, 234, 448-456.
  50. Peng, G., Zhu, B., Yang, D., Su, L., Shi, H. and Li, D., 2017. Microplastics in sediments of the Changjiang Estuary, China. Environmental Pollution, 225, 283-290.
  51. Prata, J.C., da Costa, J.P., Duarte, A.C. and Rocha-Santos, T., 2019. Methods for sampling and detection of microplastics in water and sediment: a critical review. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 110, 150-159.
  52. Rasta, M., Sattari, M., Shokrollahzadeh Talshi, M. and Imanpour Namin, J., 2020. Microplastic pollutions in the Anzali Wetland sediments, Southwest Caspian Sea (Guilan Province, Iran). Scientific Journalo of Iranian Fisheries. 29(4), 121-133.(In Persian with English abstract)
  53. Rodrigues, M., Abrantes, N., Gonçalves, F., Nogueira, H., Marques, J. and Gonçalves, A., 2018. Spatial and temporal distribution of microplastics in water and sediments of a freshwater system (Antuã River, Portugal). Science of the Total Environment, 633, 1549-1559.
  54. Sharifinejad, A., Zahraie, B., Majed, V., Ravar, Z. and Hassani, Y., 2020. Economic analysis of Water-Food-Energy Nexus in Gavkhuni basin in Iran. Journal of Hydro-environment Research, 31, 14-25.
  55. Tashakor, S. and Chamani, A., 2021. Temporal variability of noise pollution attenuation by vegetation in urban parks. Journal of Environmental Science and Pollution Research, 28, 23143-23151
  56. Thompson, R.C., Olsen, Y., Mitchell, R.P., Davis, A., Rowland, S.J., John, A.W. and Russell, A.E., 2004. Lost at sea: where is all the plastic? Science (Washington), 304(5672), 838.
  57. Van Sebille, E., Wilcox, C., Lebreton, L., Maximenko, N., Hardesty, B.D., Van Franeker, J.A. and Law, K.L., 2015. A global inventory of small floating plastic debris. Environmental Research Letters, 10(12), 124006.
  58. Vianello, A., Boldrin, A., Guerriero, P., Moschino, V., Rella, R., Sturaro, A. and Da Ros, L., 2013. Microplastic particles in sediments of Lagoon of Venice, Italy: First observations on occurrence, spatial patterns and identification. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 130, 54-61.
  59. Wagner, M. and Lambert, S., 2018. Freshwater microplastics: emerging environmental contaminants. Springer Nature.
  60. Wu, P., Tang, Y., Dang, M., Wang, S., Jin, H., Liu, Y. and Cai, Z., 2020. Spatial-temporal distribution of microplastics in surface water and sediments of Maozhou River within Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area. Science of the Total Environment, 717, 135187.
  61. Xiong, X., Wu, C., Elser, J.J., Mei, Z. and Hao, Y., 2019. Occurrence and fate of microplastic debris in middle and lower reaches of the Yangtze River–from inland to the sea. Science of the Total Environment, 659, 66-73.
  62. Yeganeh Far, M., Shakeri, A., Rastegari Mehr, M. and Lahijani, O., 2020. Investigating abundance and characteristics of microplastics as emerging pollutants in sediments of Taleqan dam and upstream river in Alborz province. Iranian Journal of Health and Environment. 13 (1), 65-76.(In Persian with English abstract)
  63. Yonkos, L.T., Friedel, E.A., Perez-Reyes, A.C., Ghosal, S. and Arthur, C.D. 2014. Microplastics in four estuarine rivers in the Chesapeake Bay, USA. Environmental Science & Technology, 48(24), 14195-14202.
  64. Zhang, K., Gong, W., Lv, J., Xiong, X. and Wu, C., 2015. Accumulation of floating microplastics behind the Three Gorges Dam. Environmental Pollution, 204, 117-123.
  65. Zhang, K., Su, J., Xiong, X., Wu, X., Wu, C. and Liu, J. 2016. Microplastic pollution of lakeshore sediments from remote lakes in Tibet plateau, China. Environmental Pollution, 219, 450-455.