《Frontiers in Environmental Science》：Vertical distribution of sedimentary microplastics reveals potential burial patterns and ecological risk in tropical coastal sediments
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本研究探讨了印度阿拉伯海沿岸Diu岛五个海滩沉积物中沉积微塑料的空间模式、垂直埋藏深度、聚合物类型及生态风险。微塑料丰度在各海滩间差异显著（11.33–216.67 items kg?1 dry sediment），并随深度增加显著下降（
本研究探讨了印度阿拉伯海沿岸Diu岛五个海滩沉积物中沉积微塑料的空间模式、垂直埋藏深度、聚合物类型及生态风险。微塑料丰度在各海滩间差异显著（11.33–216.67 items kg?1 dry sediment），并随深度增加显著下降（揭示沉积柱内明显的分层），且以纤维（47.88%）为主，其次为聚丙烯（polypropylene, PP）（40.71%）和聚乙烯（polyethylene, PE）（30.12%）。平均污染负荷指数（Pollution Load Index, PLI）（1.79）超过所选基于文献的参考浓度，而聚合物危害指数（Polymer Hazard Index, PHI）（9.01）对应中等危害类别，尽管各采样点间存在变化。缺乏本地背景浓度以及聚合物危害评分的固有假设仍是未来评估的重要考虑因素。使用埋藏相关指标和指数衰减模型评估沉积剖面内微塑料浓度的垂直变化，揭示了沉积物分布模式的显著空间差异。Vanakbara的微塑料分布与其他海滩相比，与更深沉积层中更大的滞留一致，而在Ghoghla，微塑料丰度随沉积物深度增加下降更快。基于多变量分析，观察到的沉积特征不仅受污染程度影响，还受埋藏模式、聚合物组成及相关生态风险影响。微塑料丰度相似的海滩表现出不同的垂直分布模式，表明沉积物滞留可能存在差异。这些发现强调，在解释沿海环境中的沉积微塑料模式时，联合考虑垂直分布、聚合物组成和污染指标的重要性。
研究背景：海洋塑料污染是人为诱导的海洋生态系统主要危害之一，陆源河流与污水、渔业、航运和沿海休闲活动均可持续输入塑料。塑料进入海洋后经紫外辐射、物理磨损和降解作用破碎为粒径<5 mm的微塑料（microplastics），其合成聚合物难以降解，可在海洋环境中长期存在。沿海区域同时受陆源和海源输入影响，水动力条件有利于塑料碎片滞留、积累和进一步降解；海洋沉积物是微塑料的主要长期汇，储量远高于水柱。与漂浮微塑料不同，沉积微塑料经历复杂沉积和后沉积过程，可通过沉降、聚集、生物污损和生物扰动被埋藏，也可因潮汐、风暴和沉积物再悬浮而再迁移。已有印度海岸和阿拉伯海研究多描述表层沉积物微塑料丰度、分布、形态、颜色和聚合物组成，纤维和碎片多为优势形态，PE、PP、PS、PET、聚酯和聚酰胺等为主要聚合物。然而，现有评估多集中于表层沉积物，限制了对微塑料埋藏、垂直迁移和沉积柱内长期滞留的理解。多数监测忽略垂直埋藏，而已有证据表明微塑料可在30–60 cm深度积累，仅凭浓度数据无法判断新沉积或埋藏储存，也无法确定储存效率、持久性或再悬浮风险。污染指数（CF、PLI、PHI、PERI等）已逐渐用于生态风险评估，但较少同一框架同时考虑垂直输运行为、埋藏特征、聚合物特征、污染程度和生态风险。因此，研究人员在印度Diu岛五个代表性海滩开展研究，以整合垂直分布、污染和聚合物危害评估，更全面理解沿海沉积微塑料分布及潜在埋藏特征。研究人员在Diu岛五个具有不同人为扰动程度的海滩（Ghoghla、Jalandhar、Jodhpur、Nagoa、Vanakbara）开展沉积物柱状样分析，发现沉积微塑料空间异质，丰度随深度下降，表层富集，纤维占主导，PP和PE为主要聚合物；相似丰度海滩的垂直分布和衰减模式不同，Vanakbara深层滞留比例较高，Ghoghla随深度快速衰减；生态风险不仅取决于丰度，也受聚合物组成和埋藏持久性影响。该研究意义在于，仅以丰度评估微塑料污染可能不足，应联合考虑垂直分布、聚合物组成和污染指标，以支持沿海环境监测与管理。
关键技术方法：在Diu岛五个海滩中潮间带各挖掘三个独立沉积坑，按0–5、5–10、10–15、15–20、20–25、25–30 cm分层采集沉积物，共90个深度样品，并归为表层0–10 cm、中层10–20 cm和底层20–30 cm。微塑料经提取、过滤和立体显微镜检，疑似颗粒采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）鉴定聚合物。计算污染因子（CF）、污染负荷指数（PLI）、聚合物危害指数（PHI）、表面富集因子（SEF）、持久性深度指数（PDI）和垂直衰减系数（VAC），并用指数衰减模型拟合垂直衰减。统计采用非参数检验、趋势检验、Spearman相关、线性回归、线性混合效应模型（LMM），以及主成分分析（PCA）和层次聚类分析（HCA）。
研究结果：3.1 沉积微塑料丰度空间变异：五个海滩均检出微塑料，丰度为11.33 ± 10.57至216.67 ± 92.39 items kg
?1 dry sediment。Vanakbara最高，其次为Jodhpur（164.00 ± 82.27）、Nagoa（104.67 ± 56.80）、Jalandhar（70.00 ± 38.84），Ghoghla最低（11.33 ± 10.57）。Kruskal–Wallis检验显示滩间差异显著；Dunn检验显示Ghoghla与Jodhpur和Vanakbara显著不同，其余海滩间无显著差异；LMM确认海滩效应显著。高丰度与渔业、旅游、商业和居民活动有关，Ghoghla较低可能与其人为压力较低有关。3.2 沉积微塑料垂直分布与埋藏模式：丰度随深度逐渐下降，表层0–10 cm为87.60 ± 56.19，中层10–20 cm为53.80 ± 41.47，底层20–30 cm为28.60 ± 22.29 items kg
?1 dry sediment。Kruskal–Wallis检验显示层间差异显著，Dunn检验显示表层与底层显著不同；Jonckheere–Terpstra趋势检验、Spearman相关和线性回归均支持随深度下降，沉积深度解释36.4%的丰度变异。表层至底层衰减从Vanakbara的63.5%到Ghoghla的100%。LMM确认沉积深度及海滩×深度交互均显著，表明下降幅度存在滩间差异。3.3 沉积埋藏指标：SEF在可计算海滩均大于1，范围为2.74（Vanakbara）至3.26（Jodhpur）；PDI范围为8.53 cm（Ghoghla）至11.95 cm（Vanakbara）；VAC范围为0.0503 cm
?1（Vanakbara）至0.0590 cm
?1（Jodhpur）。指数衰减模型拟合的k值为0.0429 cm
?1（Vanakbara）至0.0944 cm
?1（Ghoghla），半深度为7.34–16.18 cm，pseudo-R
2为0.652–0.935。结果表明Vanakbara深层微塑料比例较高且衰减较慢，Ghoghla则随深度快速衰减。3.4 沉积微塑料形态、颜色与聚合物特征：共鉴定纤维、碎片、泡沫、薄膜和珠五种形态，纤维占47.88%，其次为碎片17.18%、泡沫14.35%、薄膜12.00%和珠8.59%；形态分布在层间差异显著，纤维在中层最高，碎片和泡沫在底层增加。ATR-FTIR鉴定出PP（40.71%）、PE（30.12%）、PS（15.88%）和PET（13.29%）；各海滩和各沉积层聚合物比例无显著差异，PP和PE合计超过70%。颜色包括黑、蓝、棕、绿、橙、红、透明、白和黄色，红色最多（12.24%），橙和白均为11.88%，透明最低（9.06%）；颜色总体差异不显著，但红色随深度下降，棕色和白色随深度增加。颜色与形态关联提示多来源和环境风化。3.5 沉积微塑料生态风险表征：CF为0.28（Ghoghla）至5.42（Vanakbara），Vanakbara和Jodhpur最高，Jalandhar和Nagoa为中等，Ghoghla最低。总体PLI为1.46，超过所选背景参考；摘要报告平均PLI为1.79。层平均CF由表层1.10降至中层0.67和底层0.36，表层为中等污染，中底层为低污染。PHI总体为9.01，各滩为8.87–9.41，属中等危害。PP丰度高但风险贡献低，仅占总风险4.5%；PS丰度较低却贡献52.8%总风险，PE贡献36.7%，PET贡献5.9%。结论是聚合物相关危害受内在危害评分驱动，而非仅由丰度决定。3.6 微塑料特征、埋藏持久性与生态风险的多变量关系：PCA显示表层、中层和底层前两个主成分分别解释75.7%、84.9%和81.8%的总变异；Ghoghla与其他海滩分离，Jodhpur和Vanakbara聚类。HCA显示纤维与其他形态分离，CF、SEF、VAC和PDI聚类，聚合物组成形成单独分组，PHI相对独立。Spearman相关显示纤维与泡沫、碎片负相关，部分颜色类别间存在显著相关。多变量分析表明，沉积微塑料属性受浓度、埋藏行为、聚合物组成和物理特征等多变量交互影响，而非仅受浓度控制。
讨论总结：研究认为，空间差异主要受局部人为活动、渔业、旅游、居民区、港口、城市排水及季风驱动沿岸输运再分配影响；垂直下降反映持续表面沉积与逐步埋藏，深层微塑料可能通过沉积混合、生物扰动、生物污损沉降和水动力改造进入。垂直分布影响颗粒暴露，海滩与深度交互显著，说明各滩垂直分布模式不同；SEF表明表面富集，PDI、VAC和指数衰减模型表明Vanakbara深层滞留较多、Ghoghla快速衰减。埋藏不等于永久消失，埋藏颗粒可因波浪、风暴、潮汐、沉积物悬浮、岸线扰动、沉积物混合或生物扰动而再进入表层沉积物或水柱，海滩沉积物可视为动态暂时储库。纤维主导与生活废水、渔业、旅游和沿海社区有关，纤维形状利于锚定并因生物污损增加密度而下沉；碎片随深度比例增加，可能来自大型塑料风化降解和选择性滞留；颜色受风化影响，可辅助判别来源。PP和PE广泛用于包装、渔具等，虽密度低但可因生物污损下沉；PS丰度低但危害评分高。生态风险评估中，CF差异大，PLI>1表明总体污染超过参考，深层埋藏可能暂时滞留但可再悬浮；仅以丰度评估可能低估生态风险。综合框架应将丰度、垂直分布、埋藏指标、聚合物组成、污染指数和生态风险结合，PCA、HCA和Spearman相关支持这种多维解释。
研究结论翻译：本研究对Diu岛沉积微塑料污染进行了综合分析，包括空间变异、垂直分布、沉积物中潜在滞留、聚合物组成、生态风险评估和多变量统计。沉积物微塑料污染在各海滩间不均，并随深度变浅而增加，即表层沉积物中较高。沉积微塑料主要集中于表层沉积物，而较深层沉积物含有较低但可测量的丰度，表明沉积剖面内垂直分布存在差异。纤维形态占主导，聚合物分布以PP和PE为主，表明陆源和海源污染物（旅游和渔业）的多种来源。虽然微塑料丰度在各海滩间变化，但垂直分布和衰减模式表明沉积柱内微塑料代表性差异不能仅由丰度解释。海滩污染还取决于微塑料含量和存在的特定聚合物，聚合物相关危害不能仅从含量值得出结论。埋藏指标、埋藏衰减模型（指数衰减函数）、污染指数和聚合物危害的整合，揭示了它们在决定沉积微塑料行为中的协同模式。研究人员的工作表明，仅基于丰度评估微塑料污染可能不能完全反映垂直分布、沉积物滞留和聚合物相关危害的差异。未来研究应通过整合沉积物性质、水动力条件和生物关联，探讨空间和季节变化及环境影响。
