Mitigating Riverine Microplastic Flux into Coastal Wetlands via Engineered Bioretention Cells: A Field-Validated Retention Efficiency Model for Subtropical Estuarine Systems
Keywords:
microplastic riverine transport, bioretention cell efficiency, coastal wetland contamination, estuarine polymer fate-and-transport, SWAT microplastic parameterization, subtropical hydrological modelling, anthropogenic particle retention, engineered green infrastructure, wetland stormwater managementAbstract
Microplastic transport through riverine corridors into coastal wetland ecosystems represents a critical and insufficiently quantified pathway of anthropogenic polymer contamination. This study presents a field-validated retention efficiency model developed for subtropical estuarine systems, integrating bioretention cell infrastructure with real-time particle-size fractionation monitoring across three instrumented catchments in southeastern Brazil. Sampling campaigns conducted over 24 months captured seasonal hydrological variability, enabling robust parameterization of a modified SWAT+ framework augmented with microplastic fate-and-transport subroutines. Engineered bioretention cells demonstrated mean retention efficiencies of 78.4% for fibrous polymers (≤500 µm) and 64.1% for pelletized resin fragments under peak discharge conditions. Substrate depth, hydraulic residence time, and vegetation density emerged as the dominant design variables governing removal performance. The proposed model offers a scalable, cost-effective engineering design framework applicable to deltaic and estuarine management programs globally.
References
Mavuri, M., & Chakrabarty, S. (2024, December). Geospatial Analysis of Socioeconomic Equity and Environmental Factors Influencing Lung Cancer Prevalence in US. In 2024 IEEE International Conference on Bioinformatics and Biomedicine (BIBM) (pp. 6597-6604). IEEE.
Abdykalykov, A., Boronbaev, E., Begaluev, U., Holmatov, K., & Zhyrgalbaeva, N. (2021). Building wall corner structures, its microclimate and seismic resistance. In E3S Web of Conferences (Vol. 263, p. 04051). EDP Sciences.
Жумалиев, К. М., Абдыкалыков, А. А., Алымкулов, С. А., Барпиев, Б. Б., & Абытов, А. Б. (2013). Аксыйский потландцемент. Бишкек: Илим.
Karimov, T. K., Abdykalykov, A. A., Karimova, M. T., Kyzy, N. B., & Maatkulova, J. (2019). Analysis of groundwater resources in the Kyrgyz Republic. Journal of Environmental Management & Tourism, 10(5 (37)), 984-990.
Выровой, В. Н., & Абдыкалыков, А. А. (1985). Моделирование и оптимизация процессов структурообразования композиционных материалов. Киев: Знание УССР.
Мавлянов, А. С., Абдыкалыков, А. А., & Ассакунова, Б. Т. (2016). Комплексное использование минерального сырья. Илим. Бишкек.
Абдыкалыков, А. А., Маматов, Ж. Ы., Бозов, К. Д., Ордобаев, Б., Кожобаев, Д., Кенжетаев, К., ... & Орозалиев, Б. (2011). Чрезвычайные ситуации. Природные явления. Правила поведения. Ч. I/АА Абдыкалыков, ЖЫ Маматов, КД Бозов и др. Бишкек: КРСУ–КГУСТА.
Абдыкалыков, А. А., Ассакунова, Б. Т., Мамабеталиева, Д. А., & Маразыкова, Б. Б. (1998). Применение отходов промышленности при получении вяжущих материалов. Сб. науч. Тр. Нац. Академии наук КР. Бишкек, 164.
Боронбаев, Э. К., Бегалиев, У. Т., & Холматов, К. Н. (2017). Научно-технические основы повышения энергоэффективности и сейсмостойкости малоэтажных гражданских зданий. Вестник Кыргызского государственного университета строительства, транспорта и архитектуры им. Н. Исанова, (4), 157-163.