孟加拉国库阿卡塔海滩沉积物中微塑料的空间与垂直分布及其环境风险

《Journal of Hand Therapy》：Spatial and vertical distribution of microplastics and associated environmental risks in coastal sediments of Kuakata Beach, Bay of Bengal, Bangladesh

　　

本研究首次针对孟加拉国库阿卡塔海滩沉积物中的微塑料(Microplastics, MPs)进行了空间与垂直分布、特征及生态风险的系统评估。研究人员共采集72份样品，覆盖8个采样点及3个沉积层位：表层(0–10 cm)、中层(10–20 cm)和底层(20–30 cm)。MPs经过氧化氢(H2O2)消解与氯化锌(ZnCl2)密度分离提取，并在体视显微镜下进行鉴定。结果显示，各层MPs丰度呈稳定垂直分布，其中S4站点表层丰度最高(466.67 ± 37.12 items/kg)，具显著差异(p < 0.05)。形态上以不规则形状(57%)、碎片(51%)、灰色(41.41%)及50–1000 μm粒径(90%)为主。傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析检出四种聚合物类型：玻璃纸(cellophane, 50%)、聚酰胺6,6(PA 6,6, 25%)、聚丙烯(PP, 20%)和聚乙烯(PE, 5%)。污染负荷指数(PLI)显示整体污染水平较低(PLI < 10, 类别I)；聚合物危害指数(PHI)表明风险处于低至中等水平(类别I–II)，其中PA为中等危害聚合物。多元统计分析(聚类分析、相关性分析及主成分分析)揭示了MPs粒径、形状、颜色与聚合物类型的相互关系，并指出其受旅游活动、包装废弃物、渔具等人为源及光降解、生物扰动、波浪作用等自然过程的共同影响。本研究为孟加拉国沿海环境中MPs对海洋生物和人类健康的生态影响研究提供了重要基线数据。

研究背景与意义

塑料污染已成为全球重大环境问题，尤其在海洋生态系统中，微塑料(MPs)因其广泛分布和生物累积性备受关注。尽管已有大量关于表层沉积物中MPs的研究，但对孟加拉湾沿岸尤其是库阿卡塔海滩的垂直分布及长期沉积特征仍缺乏系统性评估。库阿卡塔作为重要的生态旅游区，受游客活动、河流输入及渔业作业等多重人为压力，亟需明确MPs的沉积规律与生态风险，以支撑区域环境治理与政策制定。

研究方法概述

研究人员于2024年11月在库阿卡塔海滩沿2公里海岸线布设8个采样点，涵盖旅游区与非旅游区，按0–10 cm、10–20 cm、20–30 cm分层采集沉积柱样，每点每层设三次重复，共获72份样品。样品经干燥、筛分、H₂O₂消解去除有机质后，采用饱和ZnCl₂溶液(密度1.5 g/cm³)浮选分离MPs，经真空过滤富集于玻璃纤维滤膜，并在体视显微镜下依据形态、颜色、粒径进行分类与计数。选取代表性颗粒以衰减全反射-傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)鉴定聚合物组成。污染负荷指数(PLI)与聚合物危害指数(PHI)分别用于量化总体污染程度及聚合物毒性风险。数据分析结合聚类分析、Pearson相关分析与主成分分析(PCA)揭示MPs的分布模式及潜在来源。

研究结果

3.1 微塑料的表面与垂直分布

所有样品中共检出1704个MPs颗粒，丰度范围为80–540 items/kg，平均236.67 ± 109.74 items/kg。垂直层间差异不显著，但空间差异明显：表层S4站点显著高于S3、S1、S7与S8(p < 0.05)，中层S7略高，底层S7与S8显著低于S4与S6(p < 0.05)。

3.2 微塑料的类型

碎片是最主要的类型(51%)，其次为纤维(31%)、微珠(11%)和薄膜(7%)。碎片比例随深度增加由表层的47%增至中层的57%和底层的52%，而纤维、微珠和薄膜在表层占比最高。

3.3 微塑料的颜色

彩色MPs占81%，透明占24.06%。灰色(41.41%)和黑色(33.08%)最为常见，透明MPs随深度递减(表层39%、中层33%、底层30%)。

3.4 微塑料的粒径分布

90%的MPs粒径在1000 μm以内，其中50–200 μm占53%。大颗粒(>2000 μm)在底层比例最高(44%)，极小颗粒(<50 μm)在中层比例最高(36%)。

3.5 微塑料的形状

不规则边缘的碎片占57%，其次是矩形(7%)和方形(4%)。圆形颗粒占16%，三角形边缘颗粒较少见。

3.6 聚合物组成

ATR-FTIR分析显示玻璃纸(50%)、PA(25%)、PP(20%)和PE(5%)为主要聚合物类型，其中PA为中等危害聚合物。

3.7 多维分析与来源解析

聚类分析表明表层MPs以较大颗粒为主，中层多样性最高，底层则以高度破碎化颗粒为主。PCA与相关分析揭示了不同粒径、形状与聚合物的空间耦合关系，表明旅游活动、包装废弃物与渔业作业是主要人为源，而光降解、生物扰动和波浪作用是关键自然过程。

3.8 生态风险评估

PLI值均小于10，属低风险等级；PHI值显示PA为中风险，PP与PE为低风险。

讨论与结论

研究显示库阿卡塔海滩MPs污染受人类活动与自然过程共同驱动，表层污染与旅游热点密切相关，深层颗粒则因埋藏环境减缓了降解过程，导致长期留存。聚合物组成反映了陆源消费废物与海源渔业垃圾的混合输入。本研究填补了该区域MPs垂直分布数据的空白，为后续生态效应研究与海岸带管理提供了科学依据。

结论翻译

综合空间与垂直分布分析及统计结果，库阿卡塔海滩的微塑料污染同时受到近期人为输入与历史遗留污染的双重影响，体现了人类活动、环境过程与沉积动力学的交互作用。本研究为该地区沉积物中MPs的分布、组成及潜在生态风险提供了关键基线数据，并为孟加拉湾沿海未来的垂直沉积研究和污染管控策略制定奠定了基础，强调了政策制定与多方协作在减轻沿海微塑料污染方面的紧迫性。