滇池南部沿岸滩涂塑料污染特征研究

张权，邓春暖*，郭锋锋，张浩，马欠

(1.云南师范大学 旅游与地理科学学院，云南 昆明 650500；2.云南省高原地理过程与环境变化重点实验室，云南 昆明 650500；3.昭通学院，云南 昭通 657000)

塑料因具有轻便、成本低、可塑性强等特点，被广泛应用于工业、农业及日常生活中[1]。塑料工业的发展为人类社会生产、生活带来方便的同时，大量的废旧塑料垃圾也不断产生，且从不同的途径进入环境[2]。使用后的塑料垃圾未被有效处理会以不同形态进入海洋，并且在机械作用、生物降解、光降解等因素的综合作用下被逐渐分解成碎片，并随海洋水动力过程进行迁移，最终会降解成微塑料[3]。微塑料一部分来源于生产生活中的洗面奶、化妆品[4-5]等原生塑料，更重要的一部分来源于人类社会生产活动中塑料垃圾分解、破碎。据绿色和平组织专家估计，到2020年塑料废弃物的生产速度将达到1980年的9倍，每年的产量将达到5000万t[6]。塑料污染已是全球共同关注的热点环境问题之一。最早在20世纪70年代就有海洋塑料垃圾污染环境的相关论文被发表[7]，常见的研究多集中于海洋塑料污染，水体塑料微塑料污染，水体沿岸滩涂作为陆地与水体交界的区域，塑料的污染特征存在水体与陆地共同特性[8]，因此对水体沿岸滩涂塑料污染特征研究具有一定现实意义。

本研究以滇池南部沿岸滩涂为研究区，选择若干典型区域，通过丰度、颜色、种类、尺寸和材质结合区域总体土地利用类型，综合分析塑料的污染分布特征，为滇池塑料污染防控提供基础数据支持。当地政府已经重视到塑料污染的问题，在滇池入湖口设置了拦网，防止塑料进入滇池湖内。打捞上来的塑料垃圾，一部分直接被堆积在滩涂之上，对沿岸环境产生污染。同时滇池存在渔业活动，水产养殖所产生的塑料垃圾，也会在水力、风力的作用下堆积在沿岸滩涂之上。这些堆积在岸边的塑料垃圾存在随时被人为或者自然因素再次迁移到水体的风险。此外，滇池南部沿岸是农村地区，相对于北部城市地区疏于管理，存在更大的塑料污染风险，对滇池南部沿岸滩涂环境中塑料污染研究迫在眉睫。

1 研究区概况

滇池位于昆明市西南，流域面积(不包括海口以下河道流域面积)为2920km2，湖岸线长约150km(图1)。滇池属低纬度高原山地季风气候，冬无严寒，夏无酷暑，年平均气温15.1℃，年均降雨量1075mm，年均日照2200h，无霜期240天以上。由于滇池地处于昆明盆地最低凹地带，不断地接纳生活污水、工业废水和农业污水，加之滇池流域城镇化迅速发展又增加了污水数量[9]，水体常年为富营养化状态。此外，滇池属于半封闭性湖泊，缺乏洁净水对水体进行置换[10]；以及在自然演化过程中，湖面缩小，湖盆变浅，内源污染物堆积，进入老龄化阶段，水质常年为劣Ⅴ类[11]。

图1 滇池区位图

2 材料与方法

2.1 样品采集与处理

本文通过文献收集与整理，掌握滩涂塑料样品的采集方法。利用奥维地图、谷歌地图等工具，了解滇池南部沿岸土地利用现状和交通情况等相关信息，并进行实地勘察验证，记录采样点地理坐标，并对采样点实地情况进行归纳(表1)。

表1 采样点位置信息

最终选择滇池南部沿岸(图2)从小海晏村(1)到湾子湾村(11)的11个采样点进行塑料垃圾样品的采集。采集样点选取1.5m×1.5m样方。用不锈钢水桶和不锈钢盆对样品进行储存，返回实验室后用纯水清洗表面淤泥和灰尘，自然晾干后避光保存待后续处理。处理时对样品进行颜色、尺寸、种类和每个采样点丰度的统计。

图2 滇池南部沿岸塑料采样点图

2.2 塑料观测与性质鉴定

本文将塑料的物理性质分为丰度、尺寸、颜色和种类四个类别，通过不锈钢卷尺以及体式显微镜等设备对样品的形貌特征进行观测和分类。

塑料材质的鉴定分为两种，一种是根据塑料形貌特征对样品进行目视判断，另一种是基于仪器设备进行检测，例如傅立叶变换红外光谱(Browne et al.，2011)、拉曼光谱(Xiao feng, Wen, et al.2018)等。但目视判断鉴定方法容易受鉴定者主观条件的影响，误差较大；傅里叶变换红外光谱在观测过程则会受样品表面平整程度的影响。基于此，本文选取光镊-拉曼光谱超高速大面积成像系统(micro-Raman)(LabRAM HREvolution，日本 HORIBA Scientific)测定方法，无损检测，不需要特别制样，在鉴定塑料性质的同时，还可以对塑料的表面信息及官能团进行获取。

具体参数为选择785激光器，设置扫描的光谱范围为500-3600(cm-1)，曝光时间5秒，累积次数5次，功率衰减片 100%，接着使用光镊-拉曼的Know It AllTM拉曼图谱库，通过构建常见纯塑料的标准图谱，将扫出来的标准拉曼图谱放置到软件检测下，创建自己的拉曼匹配图谱库；最后通过实际测出来的拉曼图谱与标准图谱进行匹配，得出具体的塑料成分。

2.3 数据处理与分析

用 Microsoft Office Excel 2010 绘制表格并统计泡沫、薄膜、渔网、塑料瓶、塑料盒、食品袋等各种类塑料垃圾在颜色、尺寸、形状等方面的数量。再利用 ArcMap10.3、 Origin9.0等软件作出滇池南部沿岸塑料垃圾的丰度、种类、颜色、尺寸、和材质(成分)的分布特征图。

3 结果与分析

3.1 滇池南部沿岸滩涂塑料丰度分布

在对滇池南部沿岸滩涂环境中塑料进行采集，清洗预处理和统计后，对数量按照0，1-10，11-20，>20(单位：个/m2)进行统计(图3)，结果表明：在11个采样点中只有两个采样点4(河伯所村)和采样点10(滇池南湿地公园)未发现塑料垃圾，其余9个采样点均发现有塑料垃圾分布，占总采样数量的81.82%。在剩余9个采样点中共计采集287个塑料样品，每个采样点分布数量有1.78-56.44个/m2不等。其中分布最多的是采样点7(牛恋村)，共有127个塑料垃圾，占到所有样品的44.25%，平均为56.44个/m2。按照采样点的数量分类进行统计可以发现， 1-10个塑料样品的采样点有5个采样点，11-20的有3个采样点，>20个的只有1个采样点，采样点数量与采样点塑料垃圾的丰度呈负相关关系。

图3 滇池南部沿岸塑料分布情况

3.2 滇池南部沿岸滩涂塑料种类分布

滇池南部沿岸地区分布的土地利用类型主要有农业用地和公园绿地，因此塑料分布的种类特征也存在较大差异。我们将采集到的塑料按照泡沫、薄膜、渔网、塑料瓶、塑料盒、食品袋、纤维和其它8个种类进行统计，见图4。

图4 各采样点塑料样品种类百分比

在所有的8种分类中，泡沫所占比例最高，占到了所有样品的49.1%，这与滇池周围存在渔业活动有关，这些泡沫类塑料作为渔业生产的常用工具由于废弃或者自然脱落后，被冲刷到岸边堆积起来，也可能存在再次分离破碎，在风力以及水流作用下对当地的农田和水域产生严重的污染风险。其次分布较多的是薄膜和塑料瓶，分别占到所有种类的13.94%和10.1%。薄膜主要用于蔬菜大棚棚膜，以及在农田地膜，塑料瓶很大程度上是滇池沿岸人类游玩活动产生的。其余几种塑料类别也均有分布，但所占比例较小，为农村地区的垃圾处理措施欠缺，随处丢弃所致。

再次细化对每个采样点的塑料垃圾进行分析(图5)，泡沫，薄膜在采样点3(河伯所村)，5(下海梗村)，7(牛恋村)，8(大湾山)分布比例较高，而在4(下海梗湿地公园)，9(滇池南实地公园)，10(滇池南沙滩公园)这些公园地区中，只在采样点9发现了塑垃垃圾，且数量较少，以食品袋为主。因此我们可以发现滇池沿岸的塑料垃圾的种类分布与其所在的地域类型有关。不同的土地使用类型所产生的塑料垃圾有其区域的特征性。

图5 滇池南部沿岸采样点种类分布图

3.3 滇池南部沿岸滩涂塑料颜色分布

颜色类型分布特征是识别地域塑料样品的重要指标，一方面可以通过颜色的丰富程度来判断采样点塑料类型的丰富程度，另一方面颜色的色系也是鉴定采样点地区功能类型的重要参考。

按照白色、黑色、红色、蓝色、透明和其它6种颜色类别进行划分(图6)，发现白色和透明两种颜色占到了样品总数的66.2%和23.3%，与上文中种类分类中泡沫以及薄膜所占比例较高存在一定相关性。由于此地并非商业区域以及工业生产区域，是以农业渔业为主要产业的农村区域为主。因此，总体来看在滇池东南沿岸滩涂中发现的塑料颜色相对单一，与当地的生产生活类型相吻合。

图6 滇池南部沿岸沿岸滩涂颜色种类图

具体从每一个采样点进行分析(图7)：每个采样点的颜色分布以两三种类型居多，存在三种以上颜色的(不包含三种)，只有1，2，6三个采样点，所占采样点数量比例只有27%，因此从整体和单一个体来看滇池南部沿岸滩涂塑料的颜色种类都不是很丰富。出现塑料垃圾颜色最多的是采样点2(梁王村)，此地相对其它农村区域距村庄居民生活区距离较近，受人为活动影响较大。

图7 滇池南部沿岸滩涂塑料颜色分布图

3.4 滇池南部沿岸滩涂塑料尺寸分布

对滇池南部沿岸环境中塑料尺寸进行统计，将塑料的尺寸分为0-5cm、5-10cm、10-20cm、20-30cm和大于30cm共计5个类别(图8)。

图8 滇池南部沿岸塑料尺寸种类图

其中小于20cm的塑料样品共有236个，占到了所有样品的83.2%，20-30cm的样品只占到样品总数的5.9%，大于30cm的样品只占到样品总数的11.1%，总体呈现样品尺寸越大，数量越少的趋势。

从每个采样点上来分析(图9)，在样点丰度大于30个的样品中，均出现5个尺寸的分类都存在的情况，可以发现存在采样点的样品丰度越高，样品尺寸分类也更加丰富的规律。

图9 滇池南部沿岸塑料分布图

3.5 滇池南部沿岸滩涂塑料材质分布

由拉曼光谱检测出来的样品进行分析，滇池南部沿岸环境种共发现PET(聚对苯二甲酸乙酸酯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PS(聚苯乙烯)和PVC(聚氯乙烯)5种材料(图10)。其中比例最高的是PS(聚氯乙烯)，占到样品总数的39.4%，其次是PE(聚乙烯)和PET(聚对苯二甲酸乙酸酯)，分别占到样品总数的16.7%和16%，与其他学者在海洋潮滩和湖泊滩涂研究的塑料材质构成类似(Andrady A L. 2011)。检测出来的PS常用于泡沫制品，一次性快餐盒，泡面桶等；这与我们在上文中提到的“白色”颜色，“泡沫”种类在所有样品中占比最高相对应。PE材质常用于食品包装袋，快递带，薄膜等；PET常用于饮料瓶、矿泉水瓶等。而PP和PVC常用于硬质餐盒、编织袋、塑料大棚膜等。

(a)PS特征峰为:622cm-1，1002cm-1，1033 cm-1，1154cm-1，1447cm-1。

4 讨论与结论

4.1 讨论

通过在滇池东南沿岸滩涂塑料进行采样，处理和分析后，对滇池东南沿岸的塑料污染情况以及来源有了一定的初步认识。

(1)不同的塑料制品有其特有的理化性质，并且塑料的性质如颜色、种类、形状存在一定的相关性，这是由各种塑料的本身特性所导致。例如，渔浮类泡沫类塑料，一般呈现白色，块状，材质一般为PS，而农用薄膜呈现透明色，片状，材质为PE或PVC。塑料被污染或者继续分化成为较小的塑料颗粒(微米和纳米级)，很难从直观上判断它是什么材质，可以综合它的物理和化学性质对其进行鉴定，从而追溯塑料来源。

(2)一个地区的塑料来源与此地的生产和生活类型密切相关。滇池南部沿岸是以农业农村为典型的生产生活类型的区域，因此塑料泡沫制品(用于水产养殖)和塑料薄膜(用于土地覆盖和大棚蔬菜种植)丰度最高。随意丢弃的塑料制品已经对当地的土地和河流湖泊产生污染，并呈现污染区域扩大，塑料破碎化的趋势。在3个湿地公园中，仅在一个公园内发现有塑料垃圾分布，且丰度较低。湿地公园对塑料垃圾的处理及监管明显好于农村地区。农业活动、渔业活动是滇池南部沿岸塑料垃圾污染最主要的原因。

(3)在塑料研究的前沿，微塑料的降解与处理是现在难以攻克的学科难题。而通过对一个地区的塑料垃圾的地域性，特征性进行归纳和分析，找到塑料产生的源头，是相对容易的。因此要加强对塑料生产的管控，督促企业生产符合国家质量安全要求的塑料制品，另一方面要加速垃圾分类的进程，将废弃的塑料制品及时得到妥善处理，减少直接向环境中的排放，从源头上降低塑料对环境污染的风险。

4.2 结论

通过上文中对滇池东南沿岸滩涂环境11个采样点塑料的丰度、颜色，粒径和材质进行统计与分析，我们可以发现有9个样点发现了塑料垃圾，发现率达81.8%。样品的丰度达0-56.44个/m2个不等，且村庄地区的丰度明显高于湿地公园地区的丰度。颜色主要以白色和透明为主，种类以泡沫和薄膜最多。材质数量方面PS>PE>PET>PVC>PP。当地的生产生活方式对塑料垃圾的种类有着比较明显的影响。要加强对农村地区塑料污染的监管力度，从源头上降低塑料污染风险。