印尼普里吉湾海岸环境中的烟头空间分布与重金属浸出评估：对海洋污染的警示

本研究针对烟头作为海洋垃圾中重金属污染源的突出问题，在印尼普里吉湾开展系统研究，通过空间采样与海水浸出实验结合ICP-OES技术，揭示了烟头在不同降解状态下（WCBs/DCBs）重金属（Fe、Cd、Pb、Zn）的释放规律与污染潜力，为海岸带污染物管控提供关键数据支撑。

　　

在全球海岸线旅游热点区域，一种看似微不足道却数量庞大的垃圾正悄然成为海洋生态的隐形杀手——烟头。作为全球最常见的海洋垃圾类型，烟头不仅因其醋酸纤维素滤嘴难以降解而长期存在于环境中，更严重的是，这些小型废弃物含有尼古丁、焦油和多种重金属等有毒成分，可通过浸出作用持续污染海洋生态系统。尽管烟头对水生生物（从脊椎动物、无脊椎动物到微生物）的毒性效应已被广泛记录，包括生长抑制、繁殖障碍、行为异常甚至死亡率的上升，但其对热带海岸环境重金属污染的具体贡献机制仍缺乏量化研究。特别是在印度尼西亚这类旅游业发达的群岛国家，海岸带烟头污染与重金属释放规律的系统研究几乎为空白。

为厘清烟头在真实海洋环境中的污染风险，来自布拉维贾亚大学海洋科学系的研究团队选择印尼东爪哇省普里吉湾的四个旅游海滩（Cengkrong、Prigi、Karanggongso和Mutiara）作为研究区域，开展了烟头空间分布特征分析及重金属浸出行为的模拟实验。研究成果发表于环境科学与工程领域权威期刊《Journal of Hazardous Materials Advances》，首次提供了印尼水域烟头污染的系统评估数据，为沿海废物管理策略的制定提供了科学依据。

本研究采用多学科交叉方法，整合了野外采样、实验室模拟与高精度仪器分析。首先通过设定5×5米样方在海岸前滨（foreshore）和后滨（backshore）区域系统采集烟头样本（n=608），按尺寸（0.5–2.5 cm、2.5–5.0 cm、5.0–10.0 cm）和降解状态分类为完整烟头（WCBs）和降解烟头（DCBs），并利用人工吸烟装置制备新鲜烟头（FCBs）作为对照。关键实验技术包括：使用海水浸出实验模拟1、7、30天不同暴露时长下的重金属释放过程；借助电感耦合等离子体光学发射光谱仪（ICP-OES）定量分析镉（Cd）、铁（Fe）、铅（Pb）、锌（Zn）四种重金属浓度；通过估计污染值（EP）模型计算单位面积重金属释放量（μg/m2）；运用卡方检验、克鲁斯卡尔-沃利斯检验等统计方法验证数据显著性。

3.1. 烟头在普里吉湾的空间分布规律及特征

研究人员在四片海滩共采集608个烟头，其分布呈现明显空间异质性（χ2 = 85.91, p < 0.05）。Prigi海滩占比最高（37%），其次为Cengkrong（31%）、Mutiara（20%）和Karanggongso（12%）。烟头主要聚集于后滨区域（如Prigi海滩占32%），与人类活动（如吸烟、休闲）密切相关，而前滨区域的烟头则可能通过潮汐和风力作用迁移。就尺寸而言，2.5–5.0 cm的烟头最常见（占8–24%），0.5–2.5 cm的次之（4–3%），而5–10 cm的烟头极为罕见（<1%），反映大多数被丢弃的为吸尽的烟蒂。WCBs（完整烟头）的丰度（7–29%）显著高于DCBs（降解烟头，5–9%），说明烟头污染主要来自近期丢弃行为，而非历史积累。

3.2. 固体烟头样本中的重金属浓度

对固体烟头的重金属分析显示，铁（Fe）的浓度最高（19.53–38.63 μg/g），且随降解程度（从FCBs到DCBs）呈上升趋势，表明Fe可能在环境中逐渐富集。锌（Zn）在FCBs中浓度较高（58.61 μg/g），但在WCBs和DCBs中显著下降，说明Zn易在降解过程中流失。铅（Pb）浓度较低（0.30–0.44 μg/g）且无显著变化，而镉（Cd）均低于检测限（LOD = 0.0072 μg/g）。这些结果提示，不同重金属在烟头中的赋存状态和释放潜力存在明显差异，Fe和Zn是主要的污染风险元素。

3.3. 海水条件下的重金属浸出动力学

浸出实验揭示了重金属释放的时序性规律：Cd在浸泡第1天迅速释放，随后逐渐下降；Fe在第7天出现峰值（1.33–1.94 mg/L），第30天显著降低；Zn则随时间推移持续上升。Pb在整个实验期间均未检出。统计分析表明，浸泡时间和烟头类型共同影响Fe和Zn的释放（p < 0.05），而Cd仅受时间影响（p < 0.0001）。这些模式印证了重金属的三类释放行为：快速释放型（Cd）、延迟峰值型（Fe）和渐进释放型（Zn），其机制与重金属在烟头材料中的结合方式、溶解度及来源位置有关。

3.4. 烟头对重金属污染的潜在贡献

通过估计污染值（EP）评估各海滩的污染风险，发现Fe和Zn的EP值最高（Fe-WCB: 0.0448–0.1906 μg/m2；Zn-WCB: 0.0189–0.0804 μg/m2），而Pb和Cd的贡献可忽略。Prigi和Mutiara海滩的EP值显著高于其他站点，与其较高的烟头丰度一致。值得注意的是，WCBs的EP值普遍高于DCBs，表明新鲜烟头具有更大的初始污染潜力，而降解过程导致重金属逐渐流失或再吸附。

本研究结论强调，烟头是海岸环境中不可忽视的重金属污染源，其释放行为受降解状态和环境暴露时间的共同调控。Fe和Zn作为主要风险元素，呈现持续释放特性，可能对底栖生物和沉积物质量构成长期威胁。研究结果呼吁采取针对性的海岸废物管理措施，如加强烟头回收、设置专用处置设施、开展公众意识教育等，以减轻其对海洋生态系统的累积影响。此外，该研究为未来深入探索烟头衍生重金属在生物体内的累积效应、长期环境归趋以及多介质（水-沉积物-生物）污染模拟提供了方法论基础。尽管实验在控制条件下进行，其结论对真实海岸带环境仍具有重要参考价值，尤其为热带地区旅游海滩的污染防控提供了科学依据。