珠江河口多类型海滩沉积物中微塑料的空间分布特征

李震 袁冰 陈志和

摘 要：河口海滩是微塑料的重要汇聚地之一，珠江河口多种类型海滩沉积物中不同深度微塑料的分布特征仍需进一步深入研究。以珠海市不同类型的海滩为例，探究珠江河口多类型海滩中微塑料的垂向分布及其空间变化特征。选取了珠海市沙质海滩唐家湾沙滩、金沙滩以及淇澳岛红树林为例，通过分层采样的方法总共采集了57个沉积物柱样品，对多个深度的微塑料进行了详细的分析。唐家湾沙滩表层（0～5 cm）和深层（5～15 cm）沉积物中微塑料丰度分别为1107.6、821.94 n/kg，金沙滩为694.0、457.0 n/kg，淇澳岛红树林采样区为835.0、556.7 n/kg；淇澳岛红树林更深层（15～45 cm）沉积物中微塑料平均丰度为302.6 n/kg。对海滩沉积物中微塑料的颜色进行统计分析，黑色是最为常见的颜色。此外，微塑料的形状主要分为纤维状和块状，其中细长的纤维是最为常见的形状，0.315～0.500 mm 是3个海滩中微塑料最常见的尺寸范围。赛璐芬和聚乙烯是3个海滩微塑料中最为常见的2种塑料类型。研究初步揭示了珠江河口海滩微塑料垂向分布特征，为进一步制定珠江河口海滩微塑料的科学防治策略提供了重要依据。

关键词：微塑料；垂向分布；海滩；珠江河口

中图分类号：TV21 文献标识码：A 文章编号：1001-9235（2024）05-0055-10

Spatial Distribution Characteristics of Microplastics in Multiple Types of Beach Sediments in Pearl River Estuary

LI Zhen， YUAN Bing， CHEN Zhihe*

（School of Civil Engineering， Sun Yat-sen University， Guangzhou 510275， China）

Abstract： Estuarine beaches are one of the important pools of microplastics， while the distribution characteristics of microplastics at different depths in various types of beach sediments in the Pearl River estuary still need in-depth study. This study investigates the vertical distribution of microplastics and their spatial variation characteristics in different types of beaches in the Pearl River estuary. The sandy beaches of Tangjiawan Beach and Jinsha Beach and the mangrove forest of Qi'ao Island in Zhuhai are selected as examples. A total of 57 sediment column samples are collected， and microplastics in different sediment layers are analyzed in detail. The abundance of microplastics in the surface layer （0～5 cm） and deep layer （5～15 cm） of sediments is 1107.6 and 821.94 n/kg from Tangjiawan beach， 694.0 and 457.0 n/kg from Jinsha Beach， and 835.0 and 556.7 n/kg from the mangrove forest of Qi'ao Island， respectively. The average abundance of microplastics in the deeper layer （15～45 cm） of the mangrove forest of Qi'ao Island is 302.6 n/ kg. The color of microplastics in beach sediments is statistically analyzed， and black is the most common color. In addition， the shapesof microplastics are mainly fiber and fragment， with fibers being the most common shape， and 0.315-0.500 mm being the most common size range of microplastics in these beaches. Cellophane and polyethylene are the two most common types of microplastics in these beaches. This study preliminarily reveals the characteristics of the vertical distribution of microplastics in the beaches of the Pearl River estuary， which provides an important basis for further developing scientific control strategies for microplastics in the beaches of the Pearl River estuary.

Keywords： microplastics; vertical distribution; beaches; Pearl River estuary

20世纪初，美国化学家贝克兰首次合成了酚醛塑料［1］，到2020年全球塑料产量激增至3.67亿 t，同时产生了2450万 t塑料垃圾［2］。微塑料一词最早由 Thompsons 等［3］提出，定义为直径小于5 mm 的塑料颗粒。微塑料不仅广泛存在于自然环境中，在人体血液［4］和胎盘［5］中也有发现，并会对人体凝血和心血管系统产生影响［6］。

沿海海滩有很大的微塑料积累潜力，是微塑料聚集和暴露的重要区域［7］。微塑料广泛存在于沙质沙滩［8-9］和红树林［10-11］。不同类型海滩微塑料的分布表现出显著的差异，人为活动频繁的海滩存在着远高于人为干扰较少海滩的微塑料污染风险［12-13］，红树林的根系密集发达，对微塑料有很强的吸附和固定能力［14-15］。然而，目前大多数研究主要关注海滩表层（0～5 cm）微塑料的分布，而微塑料可以通过沉降等方式进入更深层的沉积物中［16-17］。沉积物中微塑料的垂向分布可能反映该地区长期的微塑料污染状况，例如 Viet Dung等［18］和 Pervez等［19］分别利用沙质海滩和淤泥质红树林中的沉降速率去估算海滩沉积物不同时期的微塑料积累量。珠江河口由于海陆相互作用显著并且人类活动频繁［20］，微塑料可能呈现复杂的分布规律。为了补充对珠江河口海滩微塑料污染的认识，本研究选择了珠江河口地区的唐家湾海滩、金沙滩和淇澳岛红树林，在2022年6月12、27和28日采用沿深度分层采样的方法，评估了不同深度沉积物中微塑料的空间分布，并简要分析了影响其分布的可能因素，其结果可为珠江河口海滩微塑料的科学防控提供数据支撑。

1材料与方法

1.1研究区概述和样本采集

珠海市唐家湾沙滩、金沙滩以及淇澳岛红树林位于珠江河口附近，见图1a，地处亚热带，属于亚热带海洋性季风气候。珠海市作为高度发达的经济区和粤港澳大湾区的重要组成部分，在地理上具有相当重要的地位。唐家湾沙滩是珠海市著名的旅游沙滩，而金沙滩曾经也是旅游沙滩，但由于设备老化以及安全隐患问题在2019年正式停用。淇澳岛红树林是省级自然保护区，仅部分区域对游客开放。唐家湾沙滩和金沙滩均为沙质沙滩，沉积物粒径由粗到细，而红树林中的海滩为淤泥质，沉积物粒径最细。

金沙滩分为4个采样区（M1—M4）和15个采样点（A1—A15），唐家湾海滩分为3个采样区（M1— M3）和7个采样点（P1—P7）。采样点位于潮间带（高潮线至低潮线之间）。每个沙滩采样点选取30 cm×30 cm 的区域，用钢尺将其均匀划分为4个部分。使用经过彻底清洁和纯水冲洗的不锈钢采样器（内径38 mm）从每个采样区域随机选择3个位置采集表层（0～5 cm）和深层（5～15 cm）样本，并将3次采集的同一深度的沉积物样品装入1个铝箔袋中。因采样条件因素限制，淇澳岛红树林设置了3个采样点（S1—S3）。其中三点均位于红树林内侧（该区禁止游客入内），其中 S1、S2更靠内且位置接近，S2较 S1位置更接近高潮线。使用采样器采集沉积物样品，将采集的沉积物柱分成0～5、5～15、15～25、25～35和35～45 cm 5个部分，使用不锈钢勺将采集的不同沉积物层的样品分别转移至铝箔袋中。

1.2样品处理和微塑料提取

微塑料实验室预处理流程：首先将沉积物样品放入温度为60℃的烘箱中烘干，直至恒重。然后，向样品中加入密度为1.520 g/cm?的碳酸钾溶液，并使用玻璃棒充分搅拌使其混合均匀后进行静置。随后，提取上清液并倒入抽滤装置中过滤。紧接着，使用30%过氧化氢溶液冲洗过滤得到的滤膜，将滤膜上的颗粒冲洗至烧杯中，将烧杯置于40℃的加热器上进行24 h 的加热，利用30%过氧化氢溶液对滤膜上的生物质进行消解。之后，将消解后的溶液再次倒入抽滤装置中过滤。最终，将过滤得到的滤膜放入玻璃皿中，经过烘干后进行下一步的检测。

1.3微塑料识别和鉴定

使用 GP-410H 电子显微镜在21～150倍放大倍率下观察滤膜上的微粒并拍照，使用 Fiji 程序对滤膜上的颗粒进行筛选，并记录疑似微塑料的大小（50～5000μm）、形状、颜色和数量。为了鉴定微塑料聚合物种类，选取部分颗粒，使用显微傅立叶变换红外（μ-FTIR）光谱进行分析。并通过 Ominc 软件对红外光谱进行分析，将获得的光谱数据与聚合物光谱库中的数据进行匹配，匹配度超过60%确定为塑料。

1.4质量保证和控制

在取样和实验室处理过程中所使用的工具尽可能为非塑料材质，每次使用前都用纯净水清洗。此外，还设立了2个对照组。1个对照组暴露在环境空气中，以评估实验室空气中微塑料污染的可能性。第2个对照组将纯水倒入抽滤装置中过滤，以检测实验装置可能造成的污染。这些步骤表明，实验室内的污染可以忽略不计。

1.5统计分析

微塑料丰度以 n/kg 为单位，采用皮尔逊相关分析法分析沉积物深度和采样地点等变量与微塑料属性（丰度、大小和形状）之间的关系。相关系数（R 值）表示变量之间关系的强度，显著性水平（P 值）表示关系的统计显著性（P ＜0.05为显著）。此外，使用 Mann-Whitney U 检验（显著性水平取α=0.05）评估不同类型海滩沉积物中微塑料分布的统计学差异。

2结果与分析

2.1微塑料丰度

在3个海滩采集的沉积物柱中均发现了微塑料。唐家湾沙滩表层（0～5 cm）和深层（5～15 cm）沉积物中微塑料丰度分别为1107.6、821.94 n/kg，金沙滩为694.0、457.0 n/kg，淇澳岛红树林采样区为835.0、556.7 n/kg；淇澳岛红树林更深层（15～45 cm）沉积物中微塑料平均丰度为302.6 n/kg。唐家湾沙滩与另两个海滩的微塑料丰度差异非常显著，见图2。通过 Mann-Whitney U检验（α=0.05），唐家湾沙滩与淇澳岛红树林采样区微塑料丰度之间存在显著的统计学差异（Z =3.397，P ＜0.001），与金沙滩微塑料丰度之间也存在显著的统计学差异（Z =-3.932，P ＜0.001），而金沙滩和淇澳岛红树林采样区微塑料丰度之间不存在显著的统计学差异（Z =-1.561，P ＞0.05）。唐家湾沙滩微塑料的污染程度明显高于金沙滩和淇澳岛红树林采样区，这可能是因为唐家湾沙滩是热门的旅游场地，人类活动是海滩微塑料污染的主要来源。表1可以看出唐家湾沙滩、金沙滩和淇澳岛红树林采样区与国内外其他海滩沉积物中微塑料丰度的比较，唐家湾沙滩、金沙滩和淇澳岛红树林采样区整体处于高污染水平。

从单个海滩的微塑料分布看，唐家湾沙滩高潮线处微塑料的平均丰度（744.4 n/kg）明显低于低潮线（1102.3 n/kg），而金沙滩相反。通过 Mann- Whitney U独立样本非参数检验发现，唐家湾沙滩高潮线和低潮线微塑料丰度在统计学上存在显著的差异（Z =-2.085，P ＜0.05），而金沙滩则不存在显著的差异。这可能与潮滩动力条件的差异及人类活动相关。唐家湾沙滩泥沙粒径较粗且坡度较大（潮间带较窄），金沙滩泥沙粒径相对较细且坡度较缓（潮间带较宽），坡度的差异对应不同的水流强度条件，可能对应不同的微塑料沉积区。同时，金沙滩没有人员定期对海滩表面垃圾进行清理，在潮汐作用下高潮线的垃圾逐渐堆积，增加了高潮线处微塑料污染的风险，而唐家湾沙滩定期有人员清理海滩表面的垃圾。沿海滩方向上看，在表层沉积物中，唐家湾沙滩 P7和 P5微塑料丰度相差最大（P7是 P5的1.8倍），在金沙滩中 A9与 A5相差最大（A9是 A5的1.5倍）。而在深层沉积物中，唐家湾沙滩 P7和 P5微塑料丰度相差最大（P7是 P5的1.4倍），金沙滩 A3和 A15相差最大（A3是 A15的3.1倍）。沿着海滩方向，不同采样点之间的微塑料丰度差异可能是由于海滩不同区域水动力条件和人为活动等外界影响因素的强度差异所导致的。在红树林采样区，S1点（477.3 n/kg）的微塑料平均丰度高于 S3点（430.4 n/kg）和 S2点（353.0 n/kg）。从海滩中微塑料的垂向分布来看，唐家湾沙滩、金沙滩和淇澳岛红树林采样区微塑料丰度在不同深度范围内呈现显著的负相关关系，见图2a。这可能是因为随着时间的推移，微塑料逐渐从海滩表面沉积到更深层，表层可能代表最近的微塑料污染程度，而更深层则表示更久远的污染情况［23］。

2.2微塑料颜色和形状

在唐家湾沙滩、金沙滩和淇澳岛红树林采样区沉积物中发现了黑色、白色、红色、黄色、蓝色、绿色和紫色7种颜色的微塑料颗粒，见图3、4。黑色 （50.4%）和蓝色（22.6%）是唐家湾沙滩中微塑料最常见的颜色，金沙滩中黑色（36.8%）、白色（22.6%）和黄色（25.8%）是常见的微塑料颜色类型，而在淇澳岛红树林采样区沉积物中黑色（59.2%）和白色（18.5%）是常出现的颜色类型。唐家湾沙滩和金沙滩中黑色微塑料的出现频率随深度增大呈现降低的趋势，而在淇澳岛红树林采样区则呈现增加的趋势，这可能是因为红树林沉积物是粉质黏土，颜色与黑色相近，这使得微塑料沾染上沉积物的颜色［30］。整体上采样深度与微塑料颜色占比之间不存在显著的相关性。

3个海滩的沉积物中微塑料分为2种形状：纤维状和块状，见图5，其中纤维状是三类海滩中最为常见的微塑料形状（唐家湾75.9%、金沙滩65.8%和淇澳岛红树林采样区75.9%）。纤维状微塑料主要源自于纺织材料，一件衣服每次洗涤产生大约1900根纤维［31］，而块状微塑料主要来自塑料包装、农用、工业或建筑应用的薄膜以及生活塑料垃圾的破碎裂解［32］。

唐家湾沙滩、金沙滩和淇澳岛树林沉积物中纤维状的微塑料随采样深度的增加呈现降低的趋势，这种趋势与纤维状微塑料在潮汐的作用下重新悬浮的可能性有关。超细纤维容易重新悬浮，较难沉降至床面，多数随水流波浪输移至海滩表层［33］，这导致水中大量的纤维状微塑料残留在海滩的表面。然而，采样深度与纤维状微塑料含量之间没有显著的相关性，这可能是因为其他因素（如潮汐的周期性变化等环境因素）也对微塑料的沉积和重新悬浮造成影响。

2.3微塑料尺寸和类型

图6展示了唐家湾沙滩、金沙滩和淇澳岛红树林采样区沉积物中微塑料的尺寸分布，按照2～5、1～2、0.5～1.0、0.315～0.500、0.100～0.315和 0.050～0.100 mm 将微塑料尺寸划分为6类。0.315～0.500 mm 是3个海滩中微塑料最常见的尺寸范围（唐家湾沙滩27.9%、金沙滩30.3%和淇澳岛红树林采样区31.4%）。不同海滩沉积物中微塑料的尺寸呈现出一定的差异，唐家湾沙滩、金沙滩和淇澳岛红树林采样区微塑料平均尺寸分别为1.021、0.830、0.966 mm。唐家湾沙滩微塑料平均尺寸明显高于金沙滩而与淇澳岛红树林采样区相近，唐家湾海滩微塑料平均尺寸分别是金沙滩和淇澳岛红树林采样区的1.23和1.06倍。这可能是因为唐家湾沙滩是著名的旅游沙滩，游客使用可以释放大量纤维的泳衣和装备［34］，增加了更细长的纤维污染的风险。从深度方向看，金沙滩沉积物中微塑料平均尺寸与采样深度呈显著的正相关（R =0.397，P ＜0.05），而唐家湾沙滩和淇澳岛红树林采样区沉积物中微塑料平均尺寸与采样深度没有显著关系。海滩沉积物中微塑料尺寸的分布受到自然条件（如水动力条件和沉积物粒径尺寸）以及人为因素（如游客活动、沙滩清理和相关工业生产）等影响。不同海滩、不同沉积物深度中微塑料尺寸的影响受到多种因素的共同作用，需要进一步深入研究。

根据颗粒的形状和颜色特征，分别从唐家湾沙滩、淇澳岛红树林采样区和金沙滩沉积物样品中选取了25、25和30共80个疑似微塑料颗粒，通过红外光谱检测发现了7种微塑料，见图7，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰胺（PA）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、赛璐芬（CP）和聚乙烯（PE）。在唐家湾沙滩中，CP（40.0%）是最为常见的聚合物类型，其次是 PE（28.0%）；在金沙滩中，CP （33.3%）同样是最为常见的聚合物，其次则是 PP （26.7%）。然而，在淇澳岛红树林采样区中，最为常见的聚合物类型是 PE（36.0%），其次是 PP（20%），与其他亚洲国家的红树林沉积物中主要是 PE 和 PP 聚合物塑料的结果相一致［35］。PE、PP 和 CP 通常源自纺织品、包装材料、塑料瓶、塑料袋等一次性塑料产品。3个海滩都位于珠江三角洲（包装生产产业高度发达和人口密度较高的区域），相应的 CP、PP 和 PE 的污染程度也可能较高。

3结论

本研究对珠江河口多类型海滩沉积物中微塑料垂向分布以及空间变化进行了定量分析。在微塑料的丰度方面，在表层（0～5 cm）和深层（5～15 cm）沉积物中，唐家湾沙滩微塑料丰度分别为1107.6、821.94 n/kg，金沙滩为694.0、457.0 n/kg，淇澳岛红树林采样区为835.0、556.7 n/kg。沉积物中微塑料丰度与深度呈显著负相关，在同深度的沉积物（0～15 cm）中，唐家湾沙滩微塑料平均丰度（917.2 n/kg）最高，其次是淇澳岛红树林采样区（649.5 n/kg）和金沙滩（536.0 n/kg）。唐家湾沙滩高潮线处微塑料丰度低于低潮线，而金沙滩相反，这可能与海滩地形特征、相应的水动力条件及人类活动相关。在颜色方面，黑色是3个海滩中最为常见的微塑料颜色，纤维状是海滩中最为常见的微塑料形状。3个海滩中微塑料的尺寸主要集中在0.315～0.500 mm 范围内，唐家湾沙滩、金沙滩和淇澳岛红树林采样区微塑料平均尺寸分别为1.021、0.830和0.966 mm。3个海滩微塑料聚合物总体上主要以赛璐芬（CP）和聚乙烯（PE）为主，而在金沙滩和淇澳岛红树林采样区中，聚丙烯（PP）也是主要的微塑料聚合类型。

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（责任编辑：李燕珊）