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Microplastics migration mechanisms in high-erosion watersheds under climate warming
Journal of Hazardous Materials ( IF 12.2 ) Pub Date : 2025-04-05 , DOI: 10.1016/j.jhazmat.2025.138184
Wei Guo 1 , Hongyang Hou 1 , Yuzhuo Cheng 2 , Yudan Huang 3 , Taishan Ran 1 , Zhaolong Zhu 2 , Yimei Huang 1 , Juying Jiao 2 , Shaoshan An 2
Journal of Hazardous Materials ( IF 12.2 ) Pub Date : 2025-04-05 , DOI: 10.1016/j.jhazmat.2025.138184
Wei Guo 1 , Hongyang Hou 1 , Yuzhuo Cheng 2 , Yudan Huang 3 , Taishan Ran 1 , Zhaolong Zhu 2 , Yimei Huang 1 , Juying Jiao 2 , Shaoshan An 2
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Understanding Microplastics (MPs) migration in small watersheds is crucial for pollution management, but progress has been hindered by limited long-term data and modeling approaches. This study investigated three watersheds on the Qinghai-Xizang Plateau, each with distinct land uses (grassland, cropland, urban). Using 15 years of sediment data, a novel MPs migration model was developed with machine learning (RF, SHAP, DNN), achieving exceptionally high accuracy in source tracing (R? = 0.93) and pathway analysis (R? = 0.97). The results revealed that under conditions of sediment thickness <?6.5?cm (Scenario 1), MPs primarily migrated from cropland to sediment driven by southerly winds and surface runoff, with an MPs migration flux (nMPs) of 2.09?×?10? items/m? and an MPs migration content (ρMPs) of 372.99 items/kg. For sediment thicknesses between 6.5 and 10?cm (Scenario 2), contributions from both cropland and grassland led to a 127.6?% increase in nMPs. When sediment thickness exceeds 10?cm (Scenario 3), grassland contributions become more significant, leading to a 284.52?% increase in nMPs and a 21.31?% reduction in ρMPs. Between 2000 and 2020, climate warming significantly intensified extreme precipitation (p?<?0.05), shifting MPs migration patterns toward Scenario 3. Future projections (2030–2100) under a high-emission scenario indicated MPs migration and contents would increase by 111.64?% and 4.29 items/kg per decade, respectively. Under a low-emission scenario, migration would decrease by 1.48?% per decade, while MPs content would slightly increase by 1.05 items/kg per decade. This study provides a robust modeling framework for understanding MPs migration and supporting sustainable pollution management.
中文翻译：
气候变暖下高侵蚀流域的微塑料迁移机制
了解小流域中的微塑料 （MP） 迁移对于污染管理至关重要，但有限的长期数据和建模方法阻碍了进展。本研究调查了青藏高原的三个流域，每个流域都有不同的土地利用方式（草原、农田、城市）。利用 15 年的沉积物数据，通过机器彩票大全软件习 （RF， SHAP， DNN） 开发了一种新的 MPs 迁移模型，在源追踪 （R? = 0.93） 和途径分析 （R? = 0.97） 方面实现了极高的准确性。结果表明，在沉积物厚度 < 6.5 cm 的条件下（情景 1），MPS 主要在南风和地表径流的驱动下从农田迁移到沉积物，MPS 迁移通量 （nMPs） 为 2.09 × 10? items/m?，MPS 迁移量 （ρMPs） 为 372.99 items/kg。对于 6.5 至 10 厘米之间的沉积物厚度（情景 2），农田和草地的贡献导致 nMP 增加 127.6%。当沉积物厚度超过 10 cm 时（情景 3），草原贡献变得更加显著，导致 nMPs 增加 284.52 %，ρMPs 减少 21.31 %。在 2000 年至 2020 年期间，气候变暖显著加剧了极端降水 （p < 0.05），使 MPS 迁移模式转向情景 3。在高排放情景下，未来预测（2030-2100 年）表明 MPS 迁移和含量将分别增加 111.64% 和 4.29 项/千克。在低排放情景下，迁移量将每十年减少 1.48%，而 MPS 含量将每十年略微增加 1.05 项/千克。本研究为理解 MP 迁移和支持可持续污染管理提供了一个强大的建模框架。
更新日期：2025-04-07
中文翻译：
气候变暖下高侵蚀流域的微塑料迁移机制
了解小流域中的微塑料 （MP） 迁移对于污染管理至关重要，但有限的长期数据和建模方法阻碍了进展。本研究调查了青藏高原的三个流域，每个流域都有不同的土地利用方式（草原、农田、城市）。利用 15 年的沉积物数据，通过机器彩票大全软件习 （RF， SHAP， DNN） 开发了一种新的 MPs 迁移模型，在源追踪 （R? = 0.93） 和途径分析 （R? = 0.97） 方面实现了极高的准确性。结果表明，在沉积物厚度 < 6.5 cm 的条件下（情景 1），MPS 主要在南风和地表径流的驱动下从农田迁移到沉积物，MPS 迁移通量 （nMPs） 为 2.09 × 10? items/m?，MPS 迁移量 （ρMPs） 为 372.99 items/kg。对于 6.5 至 10 厘米之间的沉积物厚度（情景 2），农田和草地的贡献导致 nMP 增加 127.6%。当沉积物厚度超过 10 cm 时（情景 3），草原贡献变得更加显著，导致 nMPs 增加 284.52 %，ρMPs 减少 21.31 %。在 2000 年至 2020 年期间，气候变暖显著加剧了极端降水 （p < 0.05），使 MPS 迁移模式转向情景 3。在高排放情景下，未来预测（2030-2100 年）表明 MPS 迁移和含量将分别增加 111.64% 和 4.29 项/千克。在低排放情景下，迁移量将每十年减少 1.48%，而 MPS 含量将每十年略微增加 1.05 项/千克。本研究为理解 MP 迁移和支持可持续污染管理提供了一个强大的建模框架。
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