《Frontiers in Marine Science》：Plastic particles and grain analyses in the sand of Tetiaroa Atoll
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本文综述了在法属波利尼西亚特提亚罗阿环礁沙滩中塑料颗粒的丰度、组成及其与沉积物粒度关系的研究。通过密度分离与傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）技术，研究发现以聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）为主的塑料颗粒（>1 mm）在环礁内不同朝向海滩存在显著分布差异，并建立了塑料沉降速度与沙粒粒度关联模型。该研究为偏远珊瑚礁生态系统的塑料污染提供了重要基线数据，强调了持续监测对保护生物多样性与生态系统健康的重要性。
引言
塑料作为现代生活中不可或缺的材料，因其成本效益高、应用广泛而普及，从电线绝缘层到服装中的聚酯纤维均有其身影。塑料碎片按尺寸可分为宏观塑料（>20 mm）、中型塑料（5–20 mm）和微塑料（<5 mm），其中微塑料又分为原生微塑料（如个人护理产品中的颗粒）和次生微塑料（由大块塑料降解形成）。这些塑料通过风力、水流、径流等多种途径进入海洋环境，并可能通过误食、迁移等机制与生物体相互作用，引入化学物质，对生物的生长、发育和生理功能产生潜在危害。
珊瑚礁作为海洋中生物多样性最丰富、生产力最高的生态系统之一，不仅提供食物、栖息地和海岸防护等生态服务，还面临微塑料污染的威胁。微塑料可能导致物理损伤、能量预算紊乱、微生物群落改变和疾病易感性增加，因此对珊瑚礁生态系统的保护需基于长期、现实的污染管理策略。
沙滩作为塑料的汇区，其沉积作用与塑料颗粒的沉降行为密切相关。颗粒的沉降速度受其大小、形状、密度及流体性质控制，而经典沉降模型多基于天然沉积物实验，对形状多样（如纤维、薄膜）且密度较低的塑料颗粒的适用性需进一步验证。本研究通过分析特提亚罗阿环礁沙滩中塑料颗粒的分布与组成，并结合沉积物粒度数据，探讨塑料在沙滩环境中的沉降与富集机制，以填补偏远环礁生态系统塑料污染研究的空白。
方法
研究区域
特提亚罗阿环礁位于法属波利尼西亚的社会群岛，由12个低洼小岛（motus）环绕一个中央泻湖构成。该环礁拥有丰富的考古与文化遗址、淡水池塘、鸟类、鱼类和哺乳动物，以及28公里长的周边珊瑚礁。研究于2022年10月在一次采样考察中完成，共在12个小岛上采集了40个沙滩样本（其中39个用于塑料分析）。样本根据朝向分为泻湖面（靠近泻湖一侧）和海洋面（靠近海洋一侧），采集时使用50 cm × 50 cm的PVC样方，在植被线前的高潮线处随机放置，清除大块碎片后收集表层2 cm的沙样。
沙样处理与塑料提取
沙样在特提亚罗阿生态站通过临时搭建的密度分离装置（DSD）进行初步处理，使用过滤海水（通过≤200 μm网袋过滤）分离漂浮碎片。漂浮物被送至美国国家标准与技术研究院（NIST）进行进一步处理。在NIST实验室中，样本在层流罩内转移至DSD腔室，真空过滤后通过1 mm筛网收集潜在塑料颗粒。小于1 mm的颗粒被排除在研究范围外。每个塑料颗粒按形态（碎片、纤维、薄膜、泡沫、颗粒）和颜色分类，并测量最长尺寸。通过衰减全反射-傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）技术对颗粒进行聚合物鉴定，光谱范围覆盖4000 cm?1至500 cm?1，分辨率4 cm?1。颗粒根据光谱与NIST数据库的匹配结果被划分为天然物或塑料，塑料丰度以每千克沙中的塑料颗粒数报告。
为控制污染，实验人员穿着橙色实验服，工具经超声清洗和Milli-Q水冲洗，所有操作均在HEPA过滤的层流罩内进行。
沉积物粒度分析
另一组沙样（40个）被送至华盛顿大学进行粒度分析。沙样在60°C下烘干后，取300克子样本通过筛分仪（Endecotts Minor 200）处理10分钟，使用4 mm、2 mm、500 μm、250 μm、63 μm和20 μm的筛网分离不同粒度组分，并称重记录质量分布。部分样本还通过环氧树脂包埋、抛光制成薄片，用于标准岩相学观察。
统计分析
使用Microsoft Excel、GRADISTAT 8.0和RStudio进行统计分析。通过Shapiro-Wilk检验数据正态性后，选择Spearman或Pearson相关性分析沙粒中值粒度（D50）与塑料丰度的关系。采用Mann-Whitney检验比较泻湖面与海洋面站点的塑料丰度差异，并通过Dunn检验（Bonferroni校正）分析形态类型间的丰度显著性。广义线性模型（GLM）结合泊松回归评估站点朝向和粒度对塑料数量的影响。
沉降速度模型
基于Dietrich（1982）的沉降速度方程和Francalanci等（2021）针对塑料颗粒的修正模型，计算沙粒与塑料颗粒的等效沉降速度。模型考虑三种塑料形状：纤维（Corey形状因子0.1）、圆盘/圆柱（形状因子0.5）和球体（形状因子1），并对比文石、方解石及密度高于海水的塑料（如PET、尼龙、PS）的沉降行为。通过比较预测值与实测数据，探讨塑料尺寸与沙粒粒度的关联。
结果
塑料颗粒特征
在39个沙样（总重97.343 kg）中，共验证335个颗粒，其中275个（82.1%）为塑料聚合物。塑料分布于27个站点（69.2%），泻湖面站点塑料数量（245个）显著高于海洋面（30个）。泻湖面站点塑料丰度范围为0–22.938个/kg，海洋面为0–2.09个/kg。GLM分析表明站点朝向是塑料数量的显著预测因子（p ≤ 2 × 10?16）。
形态上，泻湖面站点出现五种类型（碎片、纤维、薄膜、泡沫、颗粒），海洋面仅三种（碎片、纤维、薄膜）。Dunn检验显示纤维与薄膜、泡沫、颗粒间的丰度差异显著（p分别为0.001、0.003、0.0006）。塑料颜色以白色为主（63.64%），其次为绿色（16%）和蓝色（10.18%）。聚合物类型包括PE（35.5%）、PP（23%）和PE-PP共混物（11.9%）等9种，海洋面站点聚合物多样性较低。
沙粒粒度特征
沙粒以中沙（250–599 μm）为主，占样本总质量的95.2%。250 μm组分占比最高（38.2%），其次为500 μm（23.3%）和125 μm（19.1%）。多数样本为中等分选至分选较差，粒度分布对称且呈中等峰态。粉砂（2–63 μm）仅占总质量的0.001%。
沉降模型显示，塑料颗粒的尺寸与沙粒中值粒度呈正相关，且塑料形状对沉降速度有显著影响。例如，与文石等效沉降的塑料颗粒尺寸普遍大于沙粒，纤维状塑料需更大尺寸才能达到相同沉降速度。模型预测与实测数据基本一致，支持塑料特异性形状因子在沉降行为中的重要性。
讨论
本研究首次系统评估了特提亚罗阿环礁沙滩中的塑料污染，为偏远珊瑚礁生态系统提供了基线数据。塑料丰度低于其他热带地区（如香港报告95–298个/kg），但分布呈现空间异质性，泻湖面站点富集现象可能与水动力条件有关。Tia’ra’aunu站点塑料丰度异常偏高，或受船只交通、环礁结构及局部水流影响。
聚合物以PE、PP为主，与全球海洋塑料组成一致。形态以碎片为主，区别于多数研究中纤维占优的结果，表明塑料来源多样且降解阶段不同。颜色分布（白色主导）亦区别于其他研究（如蓝色、透明常见），可能与分类方法差异有关。
沙粒粒度分析显示沉积环境以中沙为主，与印度尼西亚等地的粉砂主导环境不同。塑料与沙粒的沉降等效模型表明，1 mm的检测下限可能低估部分站点的塑料数量，但整体捕获率较高。偏差可能源于塑料形状多样性及床载运输中的颗粒相互作用（如选择性侵蚀、遮蔽效应）。
研究局限性包括未检测<1 mm的塑料颗粒，且未考虑生物附着（如生物污损）对塑料密度的影响。未来需结合水柱采样、沉降实验和海洋动力学模型，深入探究塑料在环礁内的输运路径。长期监测及更小尺寸塑料的纳入将有助于完善污染评估，为珊瑚礁保护提供科学依据。
