波斯湾海岸带微塑料的季节性分配动力学：海表微层与海泡的关键作用

《Journal of Hazardous Materials Advances》：Microplastic partitioning in the coastal waters and atmosphere of the Persian Gulf, Iran

本研究针对海岸带微塑料（MPs）复杂的环境行为，系统调查了波斯湾冬夏两季大气、海水、海表微层（SML）及海泡中MPs的分布与分配。研究发现SML和海泡对MPs存在约102倍的富集效应，并首次提出基于分配常数（Ksw-atm）、沉降速率（vd）和富集因子（ESML-sw/Esf-sw）的量化模型，揭示了MPs形态分布与Ca2+非保守行为的关联性，为海岸带MPs迁移转化机制研究提供了新范式。

　　

在塑料制品泛滥的今天，直径小于5毫米的微塑料（MPs）已成为无处不在的环境污染物。它们不仅来自塑料垃圾的降解，更可怕的是，许多日用化妆品和工业原料中本身就含有这些微小的塑料颗粒。当这些MPs进入海洋，尤其是人类活动密集的海岸带区域，其环境行为变得异常复杂——它们如何在海水、空气、海表微层和海泡之间迁移转化？不同季节又会呈现怎样的分布特征？这些问题一直困扰着环境科学家。

为了解开这些谜团，来自设拉子大学的研究团队选择波斯湾这一典型半封闭海域作为研究对象，在2024年1月（冬季）和6月（夏季）进行了连续12小时的同步采样。研究人员创新性地采用多介质同步采样策略，系统收集了大气悬浮颗粒、沉降灰尘、海水、海表微层（SML）和海泡样品。通过显微镜计数和微拉曼光谱分析，对MPs进行了形貌表征和聚合物鉴定；同时利用离子色谱技术测定了主要海水离子的浓度，试图从地球化学角度解读MPs的环境行为。

主要技术方法

研究采用现场同步采样技术，包括使用玻璃纤维滤膜主动采集大气MPs、沉降灰尘收集器被动采集沉降颗粒、不锈钢筛网采集海表微层、以及直接采集海水和海泡样品。通过真空过滤和显微镜观察进行MPs的定性与定量分析，并利用微拉曼光谱对代表性颗粒进行聚合物鉴定。离子色谱用于测定Cl^-、SO₄^2-、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等主要离子浓度。数据分析采用Minita软件进行统计检验，并建立了MPs在环境介质间分配的量化模型。

3.1. MPs的数量与特征

研究共鉴定出冬季935个、夏季444个MPs，其中纤维状颗粒占主导地位（63.6%-98.8%）。微拉曼分析显示，MPs聚合物组成多样，包括聚苯乙烯（PS）、聚酯（PES）、聚酰胺（PA）等热塑性塑料，以及合成橡胶和树脂类材料。季节性对比发现，夏季MPs中纤维比例更高，且颜色由冬季的蓝白色主导转变为黑色为主，这种颜色变化与大气沉降特征的变化密切相关。

3.2. 样品的离子组成

离子分析表明，夏季盐度（约46 PSU）显著高于冬季（约41 PSU）。虽然Cl^-、SO₄^2-、Na⁺、K⁺、Mg²⁺在各介质间保持保守分布，但Ca²⁺表现出明显的非保守行为，其浓度比值在季节和介质间存在显著差异，这为后续解释MPs的分馏现象提供了重要线索。

3.3. MPs的储库、通量与路径

研究首次系统量化了MPs在海岸带各介质间的分配行为：海水-大气分配常数K_sw-atm冬季为25.3，夏季升至78.7，表明夏季MPs更倾向于分配至水相。海表微层富集因子E_SML-sw高达10²量级（假设SML厚度为1000 μm），证实SML是MPs的重要富集区域。大气沉降计算显示MPs沉降速率v_d为28-47 m h^-1，且细颗粒（<100 μm）的沉降速率显著低于粗颗粒。海泡富集因子E_sf-sw同样达到10²量级，但略低于SML，暗示气泡喷射和波浪破碎过程会导致部分MPs损失至大气。

3.4. MPs分馏与生物地球化学关联

最有趣的发现是MPs形态分布与Ca²⁺行为的关联性：纤维百分比与Ca²⁺/Mg²⁺浓度比呈显著正相关。这表明MPs在环境介质间的分馏可能受到类似生物地球化学过程的调控，如有机质桥接、矿物颗粒絮凝等机制。Ca²⁺作为唯一表现非保守分布的离子，其与MPs的协同行为暗示了二者可能通过表面电荷作用或有机质介导发生相互作用。

这项研究通过多介质同步观测和量化模型，系统揭示了波斯湾海岸带MPs的季节性分配规律。其重要意义在于：首次建立了涵盖大气-海表微层-海水-海泡的完整MPs循环框架，提出了可量化的分配参数体系，并发现了MPs行为与钙循环的潜在关联。这些认识不仅为海岸带MPs污染评估提供了新方法，更启示我们：MPs可能通过改变海-气界面性质而影响区域生物地球化学循环。未来需要更多研究揭示MPs与天然颗粒物的相互作用机制，以及这种作用对海洋生态系统功能的潜在影响。