墨西哥湾西南部Coatzacoalcos海滩沉积物中微塑料（MPs）丰度、表面特征与聚合物组成的季节性变化

《Microplastics》：Seasonal Variations in the Abundance and Characteristics of Microplastics in the Coatzacoalcos Beach Sediments, Southwestern Gulf of Mexico

　　

微塑料（microplastics, MPs）污染因其持久性和潜在生态影响，已成为沿海生态系统日益受关注的问题。该研究评估了墨西哥湾Veracruz州Coatzacoalcos海滩沉积物中MPs丰度的季节性差异。研究人员在干季（2019年4月）和雨季（2022年10月）于前滨带采集沉积物样品。MPs通过密度分离提取，并使用立体显微术（stereomicroscopy）、扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）和傅里叶变换红外光谱（Fourier-Transform Infrared Spectroscopy, FTIR）进行分析。MPs丰度估算在雨季（1210 MPs kg^?1）高于干季（690 MPs kg^?1）。雨季检测到的聚合物为丙烯腈–丁二烯–苯乙烯（acrylonitrile–butadiene–styrene, ABS）、聚丙烯酸乙酯（poly(ethyl acrylate), PEA）和玻璃纸（cellophane, CE）。雨季MPs的表面特征表现为光滑表面、物理风化特征、黏附二氧化硅球粒和硅藻壳碎片，表明生物定殖和长距离海洋输运后的近期沉积。干季鉴定出的聚合物为苯乙烯–丙烯腈（styrene–acrylonitrile, SAN）、ABS、PEA和CE，表面特征以化学风化为主，如因光氧化导致的片状剥落、溶解坑和沟槽。MPs分布的季节性变化受降水、河流径流和海流影响。这些发现强调了气候因素在控制MPs丰度中的作用，并强调沿海地区需要改进废物管理策略。

微塑料（microplastics, MPs）是直径小于5 mm的持久性聚合物颗粒，可在食物网中生物累积并对海洋生态系统产生长期影响。海岸带沉积物是MPs的重要汇，其滞留和累积受粒度、岩性、陆源径流、海洋动力和人为压力共同控制。墨西哥湾Coatzacoalcos地区位于Veracruz州，Coatzacoalcos河与海岸交汇形成高度动态的河口环境，属于热带气候，具有明显干季（dry season, DS）和雨季（rainy season, RS）。已有该区域MPs研究多关注空间维度，时间动态知识不足。因此，该研究旨在量化和表征墨西哥湾Coatzacoalcos海滩沉积物中MPs丰度、形貌和聚合物组成的季节性变化。研究人员在DS（2019年4月）和RS（2022年10月）采集前滨带沉积物，通过密度分离、显微观察、SEM和FTIR分析，结合粒度与统计检验，发现RS丰度高于DS，聚合物和表面特征存在季节差异，指出降水、河流径流和海流影响分布，强调气候因素和废物管理。该研究增进了对物理强迫和季节性水动力控制MPs丰度的理解，并为沿海废物管理提供依据。

关键技术方法概述：沉积物样本来自墨西哥Veracruz州Coatzacoalcos海滩前滨带（foreshore zone），沿约17 km海岸采集；DS为2019年4月n=10，RS为2022年10月n=10，每样2 kg，取顶部3 cm。研究人员采用粒度（granulometry）筛分与GRADISTAT参数计算、密度分离（density separation）提取MPs、立体显微术与扫描电子显微镜（SEM）观察形貌和表面微纹理（surface microtextures）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）鉴定聚合物，并用Mann–Whitney U检验、箱线图和百分比变化分析进行统计。

研究结果：
3.1 粒度（Granulometry）：通过粒度筛分和GRADISTAT参数计算，两季沉积物均以细砂为主，DS的Mz为2.19–2.51 Φ，RS为2.12–2.64 Φ；DS分选很好，RS出现更异质的偏度和峰度变化，指示河流与海岸动力共同影响。
3.2 MPs丰度（Abundance of MPs）：DS定量399个MPs，RS 710个；经线性外推得到690和1210 MPs kg^?1；空白对照平均9个纤维状MPs用于质量控制。
3.3 MPs颜色、形状和尺寸（MP Color, Shape, and Size）：立体显微观察显示蓝色最丰富（DS 51.9%，RS 55.5%），纤维占主导（DS 368，RS 654）；DS长度0.015–4.971 mm，均值0.958 mm；RS 0.057–4.141 mm，均值0.794 mm。
3.4 表面特征（Surface Features）：SEM观察50个MPs（每季25个），断裂最常见；微纹理频率随季节变化，RS黏附颗粒和黏附微生物较多，DS片状形成等化学风化特征较多。
3.5 聚合物鉴定（Polymer Identification）：FTIR鉴定CE、PEA、ABS和SAN；RS包括红纤维CE、绿膜和透明纤维PEA、蓝纤维ABS；DS包括蓝CE纤维、红PEA碎片、红ABS纤维和透明SAN纤维；CE最常见，PEA呈膜/碎片，ABS和SAN较少。

讨论部分指出，两季细粒沉积物占优反映低能波浪条件；DS偏度朝向粗组分，RS偏度更异质并向正值偏移，说明DS受波浪淘洗，RS受河流与海岸流共同影响。RS在2、3、7、9号区MPs增加，4、5号区略降，讨论将其归因于陆源输入、城市径流、地表排水、沿岸流输运和局部沉积/再悬浮。降水（DS累计0.188 mm，RS 841.7 mm）、河流流量（DS平均463 m³/s，RS 1251 m³/s）、东南风、西北向沿岸流和低能波浪条件共同解释RS较高的MPs输入与滞留；DS冷锋和高能波浪促进沉积物再改造和离岸输出。Mann–Whitney U检验显示RS丰度显著高于DS（U=19.0，p=0.021），中位数由40升至56 MPs 60 g^?1，均值由39.9升至71.0 MPs 60 g^?1；箱线图和百分比变化分析显示RS空间异质性增强，10个区中8个增加，7和9号区增幅>300%，3和2号区>180%，4和5号区下降。SEM讨论认为DS化学风化微纹理为主，RS表面光滑并黏附硅质球粒和硅藻壳碎片，指示生物定殖（biological colonization）和较长海洋输运后近期沉积；硅藻可能为Nitzschia和Navicula属。FTIR讨论认为CE最常见，PEA、ABS、SAN分布有限，风化或生物膜可造成光谱干扰，未识别聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等常见包装聚合物；来源讨论推断主要为生活用品，经生活污水和市政处理不足进入Coatzacoalcos河并分布到海滩，CE纤维与纺织品磨损和废水排放有关，SAN与城市/家庭活动有关，ABS用于汽车、家电和玩具，PEA用于涂料、纺织和树脂。

研究结论翻译：通过整合统计参数，该研究增进了对物理强迫和季节性水动力如何控制墨西哥湾Coatzacoalcos海滩沉积物中MPs丰度的理解。两季沉积物均以细粒为主，DS的Mz为2.19–2.51 Φ，RS约为2.12–2.64 Φ。DS检测到399个MPs，RS检测到710个MPs。DS中蓝色颗粒最丰富（51.9%），其次为黑色（14.3%）和“其他”类别（12.8%）；RS中蓝色同样最丰富（55.5%），其次为黑色（14.8%）和透明色（12.5%）。DS鉴定出的聚合物类型为玻璃纸（CE）、苯乙烯–丙烯腈（SAN）、聚丙烯酸乙酯（PEA）和丙烯腈–丁二烯–苯乙烯（ABS）；RS鉴定出PEA、CE和ABS。事实上，CE在两季均最丰富，主要以不同颜色纤维形式出现，包括黑色、蓝色、透明和粉色。DS中以化学风化相关微纹理为主，即亚平行片状剥落、孤立片状物、溶解坑和沟槽，指示光氧化、输运磨损和沉积时波浪驱动再改造；相反，RS以黏附外源颗粒为特征，如二氧化硅球粒和微生物（包括硅藻壳碎片）。统计分析确认MPs丰度存在显著季节差异，RS高于DS。Mann–Whitney U检验显示RS的MPs丰度分布显著向较高值偏移，箱线图和百分比变化分析表明该增加具有空间异质性。MPs丰度在多数采样区增加，尤其是2、3、7和9号区，而4和5号区下降。这些结果表明，雨季条件增强了MPs输入和海岸沉积物中的滞留，但局部水动力和沉积过程控制各采样区累积幅度。