開發統⼀評估河川中廣泛尺寸微塑膠濃度的方法 – 從有限尺寸範圍的觀測值高精度推估未測量尺寸的濃度

【研究要旨與重點】 我們計算了河川中微塑膠（MP）的尺寸頻譜，並釐清了粒子數濃度、質量濃度與尺寸分佈之間的關係。利用冪定律模型，我們證明了可以從MP有限的觀測尺寸範圍高精度推估包括未測量尺寸範圍在內的質量濃度。這項研究有望成為統一整理MP數據、闡明MP環境汙染實際狀況的重要一步。

【研究概述】 東京理科大學大學院創域理工學研究科社會基盤工學專攻水理研究室的江越弘太氏（2026年度碩士課程2年）、同大學創域理工學部社會基盤工學科的田中衛助教、二瓶泰雄教授等研究團隊，根據在鶴見川（*1）採集的微塑膠（MP）數據，計算了河川中粒子數濃度及質量濃度的尺寸頻譜，並證明了可以從觀測尺寸範圍高精度推估包括未測量尺寸範圍在內的質量濃度。MP已在海洋、河川、大氣、地下水等廣泛環境中被檢測到，在河川中已有許多以特定污染源和掌握污染實際狀況為目的的調查。然而，特別是小型MP的觀察與分析標準方法尚未建立，對於MP粒子數濃度及質量濃度與尺寸分佈的關係尚未有充分理解。因此，本研究針對鶴見川進行了MP的實地調查。根據MP尺寸使用了三種不同的採樣方法，採集了7個MP樣本。分析結果顯示，所有樣本的MP數濃度及質量濃度的尺寸頻譜都可以用冪定律進行統計上顯著的近似。推估的冪定律斜率在粒子數濃度為-3.27 ± 0.19，質量濃度為-1.05 ± 0.20，分別接近理論假設值-3和-1。此外，透過將冪定律模型應用於有限尺寸範圍的測量數據，並外推到未測量的尺寸範圍，我們證明了可以高精度推估MP的總質量濃度。這種方法解決了過去因MP尺寸範圍不同而難以直接比較研究的問題。這為橫向利用累積的MP數據奠定了基礎，期待有助於更全面地掌握河川中MP污染的實際狀況。這項研究成果已於2026年4月2日在國際學術期刊「Environmental Pollution」線上發表。

【研究背景】 近年來，塑膠微小碎片——微塑膠（MP）造成的環境污染備受關注。MP不僅在海洋、河川、大氣等自然環境中被檢測到，也在自來水和人類血液中發現，顯示污染已深入我們的生活。這些MP對水生生物也產生重大的生物學和物理學影響，且影響程度強烈依賴於MP的尺寸分佈。因此，詳細掌握廣泛尺寸範圍內環境中MP的來源與污染實際狀況，對於制訂未來對策至關重要。過去的研究中，與較大的微塑膠（LMP）相比，小型微塑膠（SMP）的採樣與分析方法標準化進展較慢，而且調查對象的尺寸範圍在研究之間存在較大差異，難以進行統一比較。此外，在尺寸分佈分析中，由於尺寸區間劃分缺乏統一標準，冪定律指數在研究之間差異很大，無法獲得一致的評估。同時，針對河川的尺寸頻譜研究幾乎沒有，尤其是基於質量濃度的尺寸頻譜研究在任何環境中都尚未進行。因此，尚未有從粒子數和質量兩方面廣泛評估河川中MP的研究。本研究團隊迄今為止已針對日本全國多條河川進行了MP實地調查，並取得了優異成果（※1~3）。在本研究中，我們以鶴見川為對象，使用三種採樣方法採集並分析了廣泛尺寸範圍的MP，計算了粒子數濃度和質量濃度的尺寸頻譜。此外，我們驗證了冪定律模型的適用性以及從有限尺寸範圍推估質量濃度的有效性。

【研究成果詳細】 根據尺寸將微塑膠分為三類：小型（SMP: 1-200 μm）、中型（MMP: 200-700 μm）、大型（LMP: 700-5000 μm），並對各尺寸採用了適當的採樣方法。對於LMP和MMP，分別使用孔徑335 μm和100 μm的網在河川表層浸泡5分鐘和2分鐘進行收集。對於SMP，使用不鏽鋼水桶採集10 L以上的表層水，從中回收。尺寸頻譜計算：根據適合各尺寸的採樣方法收集的數據，計算了SMP、MMP、LMP各自的尺寸頻譜。整合這些數據計算整體尺寸頻譜的結果顯示，粒子數濃度和質量濃度均隨著尺寸變小而增高。冪定律的應用：所有樣本的粒子數濃度與質量濃度的尺寸頻譜均可統計上顯著地適用冪定律。其斜率在粒子數濃度為-3.27 ± 0.19，質量濃度為-1.05 ± 0.20，分別接近理論假設值-3和-1。MP質量濃度的推估：使用冪定律模型從有限尺寸範圍的測量值推估總質量濃度，結果顯示從SMP側外推的推估誤差為39～56%，從LMP側外推為13～61%。特別是LMP側前3個樣本的誤差約為20%，顯示選擇適當的尺寸範圍可以達到實用精度的推估。這項研究證明了利用冪定律外推可以準確推估MP的質量濃度。這填補了因調查尺寸範圍不同而難以比較的研究之間的差距，有助於統一整理MP數據並全面掌握河川中的MP污染。