西英吉利海峡海底塑料与微塑料赋存特征及其环境生态效应研究

本研究针对海底塑料污染来源与特性不清的问题，通过系统采集西英吉利海峡底拖网塑料样本，结合光学显微镜、X射线荧光光谱(XRF)、扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等多技术手段，揭示了以食品包装（40%）、家居用品（13%）和军事废弃物（7.8%）为主的塑料组成特征，发现90%以上样品为负浮力聚合物（如聚酰胺、PET、PVC），并首次报道了微纤维在塑料表面的生物膜介导富集现象。该研究为海底塑料迁移机制与生态风险评估提供了关键数据，发表于《Marine Pollution Bulletin》。

　　

海洋塑料污染已成为全球性环境问题，但长期以来研究多集中于海面漂浮物和海滩残留物，对海底塑料的分布特征、来源及环境影响认知严重不足。海底作为塑料废弃物的最终归宿之一，其冷暗、缺氧的环境可能导致塑料持久存在并持续释放微塑料，对底栖生态系统构成潜在威胁。西英吉利海峡作为繁忙的海上交通要道和渔业活动区，其海底塑料污染状况亟待系统研究。

为填补这一空白，英国普利茅斯大学地理、地球与环境科学学院的Faye Read和Andrew Turner团队在《Marine Pollution Bulletin》发表了最新研究成果。研究通过商业双拖网渔船在2024年9月至2025年1月期间进行了6航次底拖作业，覆盖约14,000 km²海域，累计完成168次拖网作业，采集了90个塑料样本。研究综合运用立体显微镜表面观察、手持XRF光谱元素分析、SEM显微结构表征和ATR-FTIR聚合物鉴定等技术，对样本进行了系统分析。

主要技术方法包括：

1. 1.
   底拖网采样（使用10 cm网孔双拖网在40-120 m水深区域作业）；
2. 2.
   光学显微镜观察表面生物附着与微塑料；
3. 3.
   XRF光谱检测塑料中Ba、Cd、Pb等添加剂元素；
4. 4.
   SEM分析表面降解结构与生物膜；
5. 5.
   μ-FTIR鉴定微纤维聚合物类型。

3.1. 塑料样本分类

研究发现塑料废弃物中以食品饮料包装（40%）占比最高，其次为不可识别碎片（33%）、家居用品（13%）、军事声呐浮标（7.8%）和渔业相关塑料（5.6%）。军事废弃物中多次发现残留电子元件，反映了该海域军事活动的潜在污染输入。

3.2. 表观与降解特征

所有塑料均存在形变、褪色、碎裂等风化迹象，78%样本表面附着钙质生物膜（如苔藓虫、管虫），其中5个样本生物覆盖率超50%。值得注意的是，多个塑料内部发现被困底栖鱼类（如牛眼鲷、小斑猫鲨），表明塑料结构可能成为生物陷阱。

3.3. 微观特性

SEM显示塑料表面存在微米级孔洞和层状剥落现象。关键发现是78%的塑料表面附着200 μm–2 mm的微纤维（以蓝、黑色为主），密度最高达1根/cm²，部分纤维与生物膜紧密结合难以分离。

3.4. 塑料成分

XRF检测揭示80%样本含钛（Ti）（中值299 mg/kg），58%含钡（Ba）（中值915 mg/kg），27%含锑（Sb）（中值296 mg/kg），且PVC样品中检出镉（Cd）、铅（Pb）、锡（Sn）等稳定剂。FTIR鉴定主要聚合物为聚酰胺（尼龙66）、聚乙烯对苯二甲酸酯（PET）和聚氯乙烯（PVC），其中90%为密度高于海水的负浮力聚合物。微纤维μ-FTIR分析显示其材质（棉/粘胶纤维、聚酰胺）与宿主塑料不一致，证实为外源吸附。

讨论与结论

研究估算该区域海底塑料密度约4.3 kg/km²，低于全球预估值的下限，可能与拖网捕获效率及本地渔业垃圾管理改善有关。聚合物密度分析表明海底塑料以本地来源为主（如货轮洒落、军事活动），但带盖PET瓶可能通过气腔随洋流远距离输送。针对此前研究中关于正浮力聚乙烯（PE）存在于海底的争议，本研究通过密度测试和生物膜分析指出，大尺寸PE塑料需依靠附着重物才可能沉降，且生物膜对宏观塑料密度影响有限。

最值得关注的发现是微纤维通过生物膜介导在塑料表面富集的机制：负浮力微纤维在近海底水体中长期悬浮，接触塑料表面初期形成的黏液质生物膜后逐渐被固定，随着生物膜钙化形成永久性附着。这使海底塑料成为微纤维的二次聚集载体，可能增加底栖生物摄入风险。该研究首次系统揭示了海底塑料-生物膜-微纤维的三相作用关系，为深海微塑料迁移机制研究提供了新视角，对完善海洋塑料污染生态风险评估模型具有重要意义。