Enterro substancial de microplásticos terrestres no reservatório das Três Gargantas, China

Communications Earth & Environment volume 4, Artigo número: 32 (2023) Citar este artigo

2310 Acessos

3 citações

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

As barragens hidrelétricas impactam o transporte de microplásticos dos rios para o oceano. O rio Yangtze é uma grande fonte de plásticos para o oceano. Aqui, relatamos concentrações e composições de microplásticos em uma variedade de frações de tamanho para amostras de sedimentos coletadas nos trechos superior e inferior da Barragem das Três Gargantas em 2008, 2015, 2019 e 2020. Encontramos um aumento gradual na abundância de microplásticos ao longo do tempo, com retenção preferencial de microplásticos de pequeno porte (<300 μm) nos sedimentos do reservatório da barragem. Os pequenos microplásticos representaram aproximadamente entre 44 e 90% dos microplásticos identificados e 82% de todas as partículas de polietileno, que eram o tipo de polímero dominante. Nossa estimativa da carga total de massa plástica nos sedimentos do reservatório sugere que a Barragem das Três Gargantas retém até 8.048 ± 7.494 toneladas ano-1 de microplásticos nos sedimentos, o que equivale a 47 ± 44% do fluxo de microplásticos do rio Yangtze para o oceano.

Atualmente vivemos na “época do plástico”, com a presença onipresente de microplásticos na Terra1,2,3,4,5. O ambiente marinho é particularmente preocupante devido à sua elevada contaminação por microplásticos6,7,8, com a entrada global de plástico no oceano estimada em ∼10 milhões de toneladas por ano8,9. A entrada terrestre é a principal fonte de microplásticos marinhos10, contribuindo entre 64 e 90% da entrada total de plástico nos oceanos8,11,12. Extensas barragens foram construídas em todo o mundo para geração de energia hidrelétrica, controle de enchentes e transporte marítimo, resultando na fragmentação dos sistemas fluviais globais de fluxo livre13,14. Os reservatórios que se formam a montante das barragens diminuem a velocidade do fluxo, aumentam o tempo de residência hidráulica, retêm quantidades crescentes de sedimentos anualmente e, subsequentemente, alteram as pegadas de poluentes15,16. O enriquecimento de microplásticos nas águas superficiais dos reservatórios perto das barragens17 confirma uma necessidade premente de determinar o impacto da construção de barragens no desequilíbrio de massa entre os detritos plásticos que entram no oceano e os observados no oceano1. O soterramento de microplásticos em sedimentos é um importante sumidouro de plástico em ambientes marinhos e terrestres5,18,19. Sabe-se que as barragens agravam a acumulação de poluentes orgânicos20, metais pesados15, azoto e fósforo21. No entanto, o efeito das barragens nos microplásticos sedimentares é em grande parte desconhecido.

Até o momento, as pesquisas sobre contaminação por microplásticos em reservatórios são escassas19,22,23,24,25,26,27. Apenas 35 das 183 publicações existentes sobre microplásticos de água doce relataram contaminação por microplásticos na região do reservatório até agosto de 202125,26. Além disso, os tamanhos e categorias de polímeros dos microplásticos não são bem restringidos na maioria dos estudos anteriores. Existem incertezas substanciais nas avaliações da carga de microplásticos por intercepção de barragens e uma explicação para o desequilíbrio global de massa de microplásticos é inadequada. Isto pode ser devido, em parte, à negligência dos microplásticos de pequeno porte, aos pequenos tamanhos das amostras e à falta de integração estreita entre tamanhos e tipos de polímeros. Um registro anterior relatou o acúmulo preferencial de microplásticos de pequeno porte (aqui definidos como <300 μm28,29,30,31) em sedimentos ribeirinhos28. Como tal, os crescentes estoques de microplásticos nos sedimentos dos reservatórios sugerem que as barragens podem reter seletivamente grandes quantidades de microplásticos de pequeno porte.

O rio Yangtze é o terceiro maior rio do mundo e a maior fonte de microplásticos oceânicos em todo o mundo10. A Barragem das Três Gargantas (TGD), localizada em Yichang, ao longo do rio Yangtze, é o maior projeto hidrelétrico do mundo. Os dados de contaminação microplástica do Reservatório de Três Gargantas (TGR) desde o estágio inicial de operação até o estágio de operação estável são muito preciosos e ainda não foram relatados. Aqui, realizamos quatro campanhas de amostragem em 2008, 2015, 2019 e 2020 para determinar a preferência de acumulação e os padrões de reorganização de microplásticos durante diferentes estágios de armazenamento de água (Figura 1 suplementar). Durante Julho e Agosto de 2020, uma cheia em toda a bacia hidrográfica com cinco picos de cheia foi descarregada do TGD. Para investigar a descarga e reorganização de microplásticos provocada por inundações, comparamos a contaminação de microplásticos em todos os tamanhos e categorias de polímeros em 2019 e 202012. Em seguida, estimamos a carga de massa geral de todos os microplásticos no TGR. Com base nestes resultados, o nosso estudo fornece novos insights sobre o papel importante das barragens na regulação dos fluxos de microplásticos para o oceano. Nossos dados ao longo de um período de 12 anos são de importância crucial para a pesquisa de microplásticos.

300 μm size fraction in the upstream were only 5.7-fold the concentrations of the downstream records. As such, the negligence of small-sized microplastics would result in the gross underestimation of microplastic contamination./p> 10−100 > 300−1000 > 1000−5000 μm (Fig. 2b). The small-sized fraction was the most predominant and represented 55.1–78.1% of the recovered plastic debris. The predominance of small-sized fractions across different water-storage stages suggests that the burial of microplastics in sediments is a size-selective process. Processes that enhance microplastic density, such as biofilm colonisation5,40,41,42, high-density material bonding (e.g. suspended sediments43, natural organic matter44 and extracellular polymeric substances45), and aggregate formation46, are more prone to occur on smaller particles with higher specific surface areas47,48,49, and appear to be one explanation for the preferential accumulation of small-sized microplastics in sediments. Compared to the marine environment, such processes may be more prevalent in freshwater systems due to the lower water density of ~1 g∙cm−3, which promotes the settling of microplastics from the water column50. Moreover, the decreased flow velocity and enhanced hydraulic retention time in reservoirs can enhance the homogeneous and heterogeneous aggregation of microplastics and facilitate their vertical transport5,32, especially for smaller microplastics48,51,52,53. After sinking, these small-sized microplastic aggregates may remain negatively buoyant and hidden beneath the surface water49, while larger plastic debris are at higher risks of breaking down into smaller pieces and regaining buoyancy to migrate upwards due to the non-uniformity of fouling54. As such, our understanding of the trigger mechanism of particle size on the downward transport of microplastics is far from robust and requires further investigation./p>300 μm size fraction than sediments in 2015−2020 (Fig. 2b). We attributed this apparent mismatch in the size distribution in 2008 to the remaining litter along the water-level fluctuation zone caused by population migration. During the stable operating stage after 2010, the different water-storage stages had not yet significantly modified the size distribution of microplastics. Notably, we observed no significant changes in their size distribution, even after the massive flooding event, which is also supported by the minimally altered size distribution by catchment-wide flooding in northwest England12. Our long-term assessment of microplastic contamination over a spatially extensive transect in the TGR highlighted the continuously predominant occurrence of small-sized microplastics./p>

The size of all the recovered polymer groups ranged from 16 to 5000 μm (Supplementary Table 1). Approximately 81.6% of PE, 5.9% of PP, 10.8% of cellulose and 0.4% of PET were <300 μm (Fig. 3a and Supplementary Fig. 3). This suggests that previous negligence of small-sized microplastic measurements has led to gross underestimations in the abundance of most littered PE. With respect to the small-sized fractions, PE (68.4−91.2%) had a higher contribution compared to cellulose (4.3−24.9%) and PP (3.0−12.3%) (Fig. 3b). The predominance of PE in small-sized fractions at all our sampled locations during different years suggests that the size-selective entrapment by the dam was closely associated with polymer type. This is understandable, as different polymers possess diverse surficial properties (e.g. hydrophobicity and surface topography)57 and exhibit varied binding abilities with biological and abiotic materials42,43. Moreover, different polymers and their adsorbed organic matter may provide varied carbon sources (e.g. the recalcitrant C of the plastic itself2 and microbial biomass. Sci. Adv. 4, eaas9024 (2018)." href="/articles/s43247-023-00701-z#ref-CR58" id="ref-link-section-d129151454e927"58,59 and the unstable C, such as plastic-derived dissolved organic matter by initial photodegradation and adsorbed additives59,60,61), and their corresponding biofilm growth can differ. For example, biofilm formed on the surface of different microplastics had distinctive features and led to various density changes in microplastics42. Thus, the negligence of small-sized microplastics introduces serious uncertainties in the estimations of both overall and polymer-specific abundance and risks. Due to the small sample size, previous studies have rarely conducted integrated analyses of polymer types and particle sizes28. The polymer compositions of most previous records were limited to the >300 μm microplastics (Supplementary Table 3) and are therefore not directly comparable with our study. Therefore, investigations based on large sample sizes across all sizes and polymer categories are necessary to more accurately assess the size-based and polymer-specific microplastic contamination./p>300 μm sieve67,68. Thus, all-sized investigations are essential to eliminate the uncertainty in microplastic contamination measurements./p>15 m or between 5−15 m and impounding more than 3 m3) are currently in operation, which fragment the free flow of global rivers69. Thus, the focus should be placed on the microplastic burdens of global-scale reservoirs. Moreover, dam constructions alleviate the oceanic burden of microplastics and provide a potential opportunity for future oceanic plastic remediation. Also, the transformation of reservoir dispatching methods could enhance the possibility of regulating the flux of microplastics to the sea. Our data also revealed the selective entrapment phenomenon of small-sized microplastics in the reservoir bed. The significance of investigating microplastic contamination across all sizes and polymer categories has been suggested previously1,8. Our observations further stress the importance of integrated analyses of polymer types and particle sizes based on large sample sizes. With respect to smaller microplastics of <10 μm or even <1 μm, significant knowledge gaps on their abundance, fate, and risks highlight the need for critical investigations in the future./p>