广东海洋大学最新JHM：中国北部湾表层沉积物中微塑料空间分布的洋流调制作用

文摘 2025-01-24 20:33 浙江

随着全球塑料产量快速增长，微塑料污染已成为全球性环境问题。微塑料可吸附有害物质，通过食物链生物累积，威胁生态系统和人类健康。沉积物是微塑料的主要储存库，其分布受沉积和运输机制的复杂相互作用影响，水动力过程在其中起着关键作用。北部湾位于南海西北部，受多种河流和季风径流影响，水动力条件复杂，然而目前对该地区水动力条件如何影响微塑料的积累和扩散了解有限。本研究旨在通过对北部湾表层沉积物的综合调查填补这一空白，评估微塑料的丰度、分布和特征，探索其与水动力条件的关系，并评估微塑料污染的生态风险，为半封闭边缘海微塑料污染的管理和缓解策略提供数据支持。

微塑料污染是一个重大的全球环境问题，在全球范围内受到越来越多的关注。边缘海特别容易受到微塑料污染，但海洋沉积物中微塑料的数据仍然稀缺，尤其是在北部湾。本研究对北部湾表层沉积物中的微塑料进行了大规模调查，以解读其分布、来源以及对边缘海生态系统的风险。结果显示，微塑料污染广泛存在，沉积物中微塑料平均丰度为391±27个/千克。碎片是最常见的形状，占已鉴定的微塑料总量的 75.74%；白色微塑料在北部湾的表层沉积物中最为丰富，占 37.23%其他颜色是透明（14.47 %）、蓝色（10.64 %）、黄色（6.81 %）、绿色（9.57 %）等；大多数微塑料是中小型颗粒（<500 μm），约占总数的 92.55%。主要聚合物是 PE、PVC、LDPE、PA 和 PET，其中 PE 是沉积物中最常见的聚合物。微塑料丰度的空间变异性显著，北部湾西部含量较低，东北部和东南部浓度较高。微塑料的空间分布主要受地质特征、水动力条件和人类活动的驱动，而水深、沉积物粒度、有机碳含量和沉积物类型等当地环境因素的影响较小。污染负荷指数（PLI）表明微塑料污染水平较低，但聚合物危害指数（PHI）显示存在高生态风险，这可能是由于聚氯乙烯（PVC）的存在，PVC是一种化学毒性较高的聚合物。研究结果强调了水动力过程在决定北部湾微塑料分布中的重要作用。这些见解增进了我们对微塑料在半封闭边缘海的扩散及其控制因素的理解，为有针对性的污染控制策略提供了基础。

图 1.研究区域和采样站的地图。北部湾水团的分布参考了Lao等[32]和Liu等[35]。WGCC、CC、DW 和 SCSW 分别表示粤西沿岸流、沿岸流、越南沿岸稀释水和南中国海水。

图 2.北部湾微塑料的特征：形状（a）、颜色（b）、大小（c）和类型（d）。

图 3.使用 μ-FTIR 观察的典型聚合物光谱和相应图像。A：聚丙烯（PP）;B：低密度聚乙烯（LDPE）;C：聚酯（PET）;D：聚乙烯（PE）;E：丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）;F：聚苯乙烯（PS）。

图 5.北部湾微塑料丰度的空间分布。

本论文由广东海洋大学、广州海洋地质调查局、自然资源部等多家单位的人员合作完成，得到了包括自然资源部海洋矿产资源重点实验室、国家自然科学基金等多项基金的资助，为研究的开展提供了多方面支持。

附：微塑料提取的提取和鉴定

2.3微塑料提取沉积物样本先进行冷冻干燥至恒重，然后通过5毫米不锈钢筛网筛分。取50克干燥后的沉积物与甲酸钾[K(COOH)]溶液（密度：1.50 g/cm^{3}）混合，并充分搅拌使其均匀分散。每个烧杯中的分离过程重复三次，以实现最大程度的回收。通过向混合物中加入30%的过氧化氢（H_2O_2）去除有机物。为尽量减少污染，烧杯用铝箔覆盖，并设置通风口。在消解过程中进行监测，必要时添加额外的H_2O_2直至消解完成。微塑料颗粒通过孔径为5μm的聚四氟乙烯（PTFE）膜过滤，并在培养皿中风干，以便进一步分析（图S1）。进行空白实验以评估实验室操作过程中潜在的污染情况，结果未检测到微塑料。

2.4微塑料的观察与鉴定使用光学显微镜（DM2700M）对滤膜上截留的所有颗粒进行检查。疑似微塑料的颗粒进一步用显微傅里叶变换红外光谱仪（μ-FTIR）（美国赛默飞世尔科技公司Nicolet iN10）进行分析。利用μ-FTIR光谱法确定颗粒的化学组成，数据采集时间为12秒，分辨率为4 cm^{-1}，通过64次扫描覆盖400 - 4000 cm^{-1}的光谱范围。将获得的光谱与标准光谱库进行比对，以识别聚合物类型，匹配率超过70%被认为是可接受的。颗粒大小通过测量软件生成图像中每个颗粒的最长尺寸来确定。为确保准确性并尽量减少表面杂质对红外光谱的影响，每个样本至少在不同位置测量三次。颗粒被分为三个尺寸组：<100μm、100 - 500μm和500 - 5000μm。再根据尺寸、形状、颜色和数量进行进一步分类。

Wu, L., Li, C., Huang, C., Luo, Y., Huang, J., Chen, F., Huang, X., & Sun, R. (2025). Ocean current modulation of the spatial distribution of microplastics in the surface sediments of the Beibu Gulf, China. Journal of Hazardous Materials, 488, 137332. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.137332

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