2024年10月极端洪水事件后Albufera潟湖沉积物与岸线中宏塑料（MAP）、中塑料（MEP）和微塑料（MP）的空间分布、垂向分层与时间动态

《Water》：Decision Support Tool to Assess Legionella and Mycobacterium avium Complex Risks from Common Indoor Water Uses

　　

本研究评估了2024年10月山洪事件后，Albufera潟湖（地中海受保护潟湖）中宏塑料（MAP）、中塑料（MEP）和微塑料（MP）组分的空间分布、时间动态及形态特征。分层沉积柱被划分为操作性定义的洪水沉积层（Layer A）与下伏沉积基质（Layer B），同时通过两次岸线调查评估了2025年2月事件后状况及2026年5月人工清理后的状况。潟湖沉积物中MP平均浓度为Layer A的1.77至4.52 MP/g与Layer B的2.67至7.29 MP/g；纤维在基质中占主导，PET与聚酰胺为主要鉴定聚合物。西北（NW）区段MP浓度升高，可能与邻近直接输入有关；而中部区段在Layer B中呈现最高平均浓度，可能代表水动力汇聚区。岸线方面，2025年MAP密度达12.38 MAP/m2，MEP浓度达0.26 MEP/g。尽管2026年人工清理后可见垃圾减少，挺水植被仍持续滞留塑料，可能促进其破碎为次生MP。上述结果表明，仅靠岸线清理或无法完全去除滞留于沉积物中的更细组分。未来需整合耦合水动力与粒子追踪模型，以刻画来自上游来源的输运路径。

研究背景方面，浅水海岸潟湖是长期滞留、输运并累积人为合成废弃物的系统，塑料可经城市径流、污水排放、休闲活动、农业径流与大气沉降（含雨水）等多途径进入，宏塑料（MAP）经环境暴露与机械磨损破碎生成次生中塑料（MEP）与微塑料（MP）。岸线受风浪驱动成为临时累积带，而底栖沉积物因滞留时间长及反复埋藏—再悬浮循环构成真正的长期汇；浮力聚合物的沉降受生物污损、藻类絮凝、铁—有机絮体及再悬浮泥沙清除驱动，埋藏后的MP可干扰生物地球化学循环并作为持久性有机污染物与重金属的载体。地中海地区极端水文气象事件正重塑上述动态，干季累积的污染物可在强风暴中迅速活化，山洪可使浅水湖由汇转为源。Albufera潟湖位于西班牙瓦伦西亚，虽地貌上属海岸潟湖，但海交换受限、淡水输入为主，水文上具浅水淡水湖特征，因农业与城市排放长期超富营养化，塑料输入主要与邻近城市和工业排水网络相关。2024年10月29日极端孤立高空低涡（IHD）事件造成灾难性入流，淹没周边低洼城区与工业区，将大量生活、商业与工业垃圾带入潟湖及其周边，形成突发的塑料输入脉冲；该事件在2至3天内向Albufera自然公园输送逾120 hm³水量，冲刷量近湖体总容积的四倍，Poyo溪峰值流量达5678 m³/s，水体电导率骤降82%，并在随后一个月内逐步恢复，但留下多环芳烃（PAHs）与药物的持久化学印记。尽管其他污染物监测广泛，该潟湖塑料的分布与丰度仍认识不足。

存在的主要问题在于：该体系此前缺乏MAP、MEP与MP的系统测量；事件前后缺乏同点位对照数据，难以直接量化事件前后MP浓度变化；层位划分基于宏观特征而缺少独立定年或沉积学验证；岸线调查空间重复有限（n = 5），时间比较的统计功效受限；水动力机制（汇聚、滞留、冲刷、稀释、再悬浮、粒径分选）多为合理解释而非实测证实；聚合物鉴定中未归属与不确定谱图被排除，可能引入选择偏倚；高密度聚合物在密度分离中可能被低估。开展本研究的目的即在于填补该体系塑料污染数据空白，评估事件后潟湖内空间与垂向MP分布及岸线累积的时间变化，判断该潟湖是上游塑料碎屑的重要长期汇还是临时滞留带，从而为生态修复策略提供依据。

研究人员开展的研究为：在潟湖内选取西北（NW）、中西（CW）、中部（C）、西南（SW）、南部（S）五个区段，每区段采集3个30 cm柱状沉积物重复样，按颜色与质地差异分为Layer A（操作性定义为IHD洪水沉积，呈红赭色表层）与Layer B（下伏深色沉积基质，据4—6 mm yr^?1沉积速率推算约代表30—50年超富营养化沉积），于2025年1月、2月、3月三次连续航次完成采样；在Tancat de Mília邻近的南部岸线布设TM1至TM5五条断面，2025年2月表征事件后碎屑累积，2026年5月评估清理后状况，MAP在5 × 5 m样方内计数，MEP与MP在30 × 30 cm样方内挖至土工布层取样。研究得出：潟湖沉积物中未检出MAP与MEP，MP浓度在Layer A为1.77—4.52 MP/g、Layer B为2.67—7.29 MP/g，层间差异接近显著（配对t检验，p = 0.0606），NW表层显著高于外围区段（p = 0.0408），C区Layer B均值最高（7.29 ± 5.31 MP/g）；纤维在各区段与层位占主导，膜状MP仅见于Layer B的NW与C区；PET在两层均占主导，Layer A聚酰胺（PA）比例较高（18%）且聚合物谱更多样，Layer B则PTFE（14%）与PE（11%）相对较高。岸线方面，MP在五条断面2025至2026年普遍下降（TM1由134.00 ± 52.33降至9.50 ± 6.36 MP/g），但TM3基本稳定（46.00 ± 11.31对40.00 ± 7.07 MP/g）并成为末期最高值；MEP除TM3外普遍下降；MAP在2025年为4.50—12.38 MAP/m²，2026年呈空间再分布，TM1升至8.44 MAP/m²、TM4降至1.78 MAP/m²；2026年MP与MEP呈强正相关（Pearson r = 0.990，p = 0.001），2025年无显著相关。重要意义在于：首次报道该潟湖MAP、MEP与MP污染，显示其MP浓度高于此前Júcar河流域报道值，提示其可能作为上游塑料输入的重要汇；同时表明岸线清理仅针对可见MAP，难以去除沉积物与水柱中滞留的微观组分，密集挺水植被虽拦截碎屑却可能因光氧化破碎成为次生MP源，故管理应从被动清理转向上游源头减量。

关键技术方法方面（不超过250字）：采用手工沉积柱取样并按可见颜色质地分层，建立洪水沉积层与下伏基质的操作性对比框架；沉积物经60 ℃干燥、30%过氧化氢消解有机物后，以CaCl₂（1.44 g/cm³）与KI（1.70 g/cm³）三步密度分离并结合离心与1 μm滤膜过滤提取MP；以5 mm筛分界定MEP粒级；在40×体视显微镜下按几何标准进行形态分类计数；采用微傅里叶变换红外光谱（μFTIR，4000—500 cm^?1，分辨率4 cm^?1，64次扫描）比对商业聚合物谱库（匹配阈值70%）鉴定聚合物；设置10个程序空白并以空白均值作为方法检出限，以四重复回收实验评估提取效率；统计分析在MATLAB中依Anderson-Darling检验结果选用单因素方差分析、独立样本t检验、配对t检验与Wilcoxon符号秩检验（α = 0.05）。样本来源为西班牙瓦伦西亚Albufera自然公园潟湖及其南部Tancat de Mília邻近岸线。

研究结果部分。3.1 潟湖沉积物中塑料的空间与分层分布：潟湖沉积物未检出MAP与MEP；MP浓度在各区段处于同一数量级但存在明显空间波动，Layer A以NW最高（4.52 ± 0.82 MP/g），依次为S（3.43 ± 1.33）、SW（2.86 ± 1.06）、C（2.78 ± 1.97），CW最低（1.77 ± 1.10 MP/g）；Layer B以C最高（7.29 ± 5.31 MP/g），依次为NW（5.70 ± 0.92）、S（4.11 ± 2.80）、SW（3.93 ± 1.06），CW仍最低（2.67 ± 1.47 MP/g）；区段间差异在两层均不显著（Layer A p = 0.212，Layer B p = 0.372），但NW表层显著高于外围区段（p = 0.0408），层间差异接近显著（n = 15对，p = 0.0606）。3.2 南部岸线邻近Tancat de Mília的塑料累积：MP均值在五条配对断面均下降（TM3略降），时间比较p = 0.0625，为n = 5时可达的最低双侧值，故未达α = 0.05显著；TM2、TM4、TM5的MP下降伴随岸线基质由2025年均匀深色有机碎屑层转变为2026年裸露干燥致密黏土基质；MEP浓度总体低于MP，2025年以TM2（0.259 MEP/g）与TM3（0.233 MEP/g）最高，2026年除TM3基本持平（0.232 MEP/g）外普遍下降，配对检验同为p = 0.0625；MAP在2025年为TM4的4.50至TM5的12.38 MAP/m²，2026年TM1升至8.44 MAP/m²（该期最高）、TM3降至6.44 MAP/m²，两处高累积区以棱角状硬质碎片为主，TM2、TM4、TM5下降，TM4最低（1.78 MAP/m²），年际差异不显著（p = 0.313）；MP/g与MEP/g的站点水平相关在2025年不显著（Pearson r = ?0.711，p = 0.178；Spearman ρ = ?0.700，p = 0.233），2026年呈强正相关（Pearson r = 0.990，p = 0.001；Spearman ρ = 0.975，p = 0.033）。3.3 塑料碎屑的形态、类型与聚合物表征：潟湖沉积柱中纤维在各区段与层位均为最大形态组分，Layer A中CW与S纤维占100%，其余区段至少71.57%，其余为颗粒状；Layer B纤维占52.36%（C）至100.00%（CW），膜状MP仅见于Layer B的NW（4.76%）与C（11.61%）；岸线2025年MP含膜与颗粒贡献，TM3纤维降至21.74%、颗粒与膜各占39.13%，2026年各点纤维至少79.95%（TM1、TM2、TM4），膜在TM1、TM2、TM3减少或未检出；MEP在2025年以硬质塑料与膜为主，TM5硬质塑料达80.00%，泡沫塑料仅见于TM2（28.57%）与TM4（57.14%），2026年仅TM1、TM3、TM4检出MEP，TM2与TM5为零，TM1为硬质塑料57.14%、膜28.57%、泡沫塑料14.29%，TM3为膜57.14%、硬质塑料42.86%，TM4为膜66.67%、泡沫塑料33.33%；颜色上，岸线MP由2025年透明与蓝色主导转为2026年TM1出现显著红色颗粒比例，潟湖MP颜色谱异质（含灰、紫、粉），NW与SW较C更多样，CW由Layer A以白色为主转为Layer B更多样，岸线MEP两期均以白色与透明为主且2026年颜色多样性下降。MAP类型组成上，2025年以一次性塑料为主，包装与包装膜在多数断面占主导，TM3峰值62%、TM2为40%、TM5为34%，TM1以瓶盖与盖（23%）为首，TM4以花盆（24%）最多，花盆仅见于TM2（7%）、TM3（3%）、TM4（24%）、TM5（15%），发泡聚苯乙烯（EPS）广泛分布（9%—19%，TM3缺失）；2026年包装与包装膜比例下降（TM3为14%、TM4为6%、TM5为16%），花盆扩展为TM1首要类别（26%）并在其他点稳定，已识别物体碎片增加（TM2峰值33%、TM1为26%），瓶与容器在TM3与TM5均达21%。聚合物组成上，对潟湖沉积物全部132个视觉鉴定MP进行μFTIR分析，125个（94.7%）谱图可解读，7个（5.3%）不确定，56个（42.4%）经商业谱库确认归属，其余76个（57.6%，含69个未归属与7个不确定）被排除于比例计算；PET在两层均占主导，Layer A PA较高（18%）且谱更丰富（如PP、乙烯基共聚物），Layer B组成简化、PTFE（14%）与PE（11%）相对较高，因分离介质密度低于PTFE（约2.1—2.2 g/cm³），其回收可能源于疏水性、表面张力与粒径减小及与低密度生物膜或团聚体的结合，但报告组成可能低估高密度聚合物。

讨论部分总结如下：层间MP浓度差异可能反映不同沉积时间线，Layer B或反映市政、农业与工业径流中持久性颗粒的历史滞留，Layer A较低均值可能反映洪水冲刷与泥沙稀释，即风暴径流在沉降前将漂浮或悬浮MP输向排水通道，而大量侵蚀土壤稀释了新生表层MP浓度；但因缺乏同点位事件前测量，上述机制仅为合理且非排他的解释，沉积质地、有机质含量、沉积历史、混合（风致再悬浮或生物扰动）与颗粒分选亦可能贡献；层间差异未达显著（p = 0.0606）但深层均值更高，区段间不显著可能与系统高内部变异、复杂水动力造成邻近低浓度区的局部热点有关，NW表层较高则提示表层空间异质性（p = 0.0408）。该潟湖MP水平（Layer A 1.8—4.5 MP/g，Layer B 2.7—7.3 MP/g）显著高于洪水前Júcar河流域报道值（下游Sueca站0.080 ± 0.004 MP/g），与德国Lake Tollense（均值10.4 MP/g）同数量级，与成熟可持续排水系统（SUDS，2.8—5.1 MP/g）重叠，远低于直接受未处理污水排放系统（24.4 MP/g），与潟湖作为塑料输入天然滞留缓冲的角色相符。空间上C区Layer B高值可能与多向进入的农业渠道与灌溉回归水促成的汇聚与沉降有关，与埃及Burullus湖观察一致；NW区Layer A最高、Layer B次高，与其作为受城市西部集水系统持续市政与工业排放影响的直接输入热点解释相符；该格局与传统污染物（重金属、农药、PAHs）倾向在邻近直接输入的边缘区累积、中部通常较低的模式部分相反，可能反映MP密度较低更易再悬浮与水动力输运，且潟湖极浅对风作用敏感；IHD事件评估显示排入NW的Poyo沟为未处理污水与工业残留的主要载体，北区水滞留时间约4.7天利于新鲜输入快速通过，西部与中部盆地可达222.9天利于MP滞留，但机制确认仍需水动力与粒子输运实测。膜状MP稀少且仅见于Layer B的NW与C，可能与形状与密度分选有关，其薄片形态受更大水动力拖曳、悬浮更久，事件期间增强的水交换亦可能促其向出口输运，仅见于Layer B或反映生物污损或有机团聚体结合的滞留，但无法与分选、洪水输运或沉积混合区分。PET在两层占主导或与纺织纤维与饮料容器高发相符，Layer A较高PA或与洪水带来的技术织物或渔业活动输入相符，Layer B较高PE或与邻近农业与工业活动的持续输入相符，PTFE比例应谨慎解读，仅代表已鉴定可回收部分而非环境丰度的可靠度量。岸线方面，采样点沿该边界的线性排列使其暴露于潟湖与盛行东风驱动的波浪作用；东部TM1与TM2的MAP与MP格局相反可能反映粒径依赖的水动力分选，TM1呈持续物理陷阱特征（隐蔽的角状岸线构型），TM2表现短暂性（2026年MAP骤降），两点MP均随时间下降，提示波浪与再悬浮可将较小颗粒冲回开阔潟湖或被清理移除；西部TM4与TM5可能为水动力绕流区，与缺乏密集植被屏障或隐蔽岸线结构有关；研究区塑料组分混合了硬质碎片、EPS、黑色工业颗粒、花盆与农用塑料，高MP点与较大塑料碎片原位破碎及工业颗粒高累积相关，工业碎片与原生颗粒可能与Massanassa、Beniparrell、Silla及Sollana等工业城镇的制造区、聚合物枢纽与污水排放输入有关，农用碎屑（如花盆）提示与Alfafar、Pinedo等地商业苗圃、温室与观赏植物生产设施的联系，但确认来源—汇联系需独立源清单或示踪方法。两期之间的转变可能反映污染驱动因素的转变：2025年大量塑料与有机凋落物累积提示该区段在偶发风暴事件中作为碎屑输入的接收汇聚带，事件后MAP浓度（4.5—12.4 MAP/m²）超过洪泛湖岸线浓度（1.15 items/m²），与城市SUDS（4.4—15.5 items/m²及0.1 MEP/g）同数量级，2026年随清理降至与低地潟湖均值相当（TM4 1.8 MAP/m²）。2025年多数MAP物理完整、无明显褪色或变薄，提示较近期的异地输入而非长期原位累积，破碎MAP与MEP或反映风暴、输运与快速沉积中的机械磨损；包装与包装膜比例下降而已识别物体碎片在TM1与TM2上升，提示该岸线界面发生机械与光氧化破碎；岸线MEP两期以白色与透明为主，2026年颜色多样性下降与风化导致的漂白与破碎相符，亦可能受清理移除最显眼要素影响。岸线MP的2025年事件后定量存在解释限制，与事件前状况的直接比较仍属推测，极端事件可能通过沉积物冲刷造成局地再分布或经上游输入造成净增加；2025年多模态累积构成复杂的灾后参照，2026年则代表大规模岸线清理后的灾后情景，故2026年塑料不能完全归因于初始IHD脉冲，而可能反映常规持续人为活动与次生输运的组合，包括风致波浪与后续小雨持续活化周边塑料，以及最初受事件影响的上游集水区残留塑料缓慢洗出的持续次生输入，工业颗粒与花盆在2026年的持续存在或指示上游活跃工业与农业部门的持续供给或洪水滞留历史库存的逐步再活化。岸线基质物理转变亦相关：2025年岸线覆盖由深色细粒有机碎屑与植物残体（枝条、根、植物残骸）构成的疏松基质，提供大量物理滞留位点机械截留并稳定塑料颗粒；清理与环境暴露后，2026年TM2、TM4、TM5完全转为干燥致密黏土基质，似仅余由较大团聚体组成的堤体材料，此结构转变可能减少截留位点、降低物理滞留能力并可能限制新塑料输入的滞留。与TM2、TM4、TM5不同，中部TM3两期MP与MEP浓度相近，提示更强的局地滞留，挺水大型植物（Phragmites australis）致密三维结构可降低波浪动能并促进漂浮物（瓶、容器、工业颗粒）滞留；此截留机制虽具初始生态益处，却构成关键管理脆弱性：若不在这些植被区主动开展密集清理，滞留组分将长期暴露于太阳辐射，促进光氧化降解与原位破碎，使密集植被可能成为次生MP源。上述局地物理差异与岸线结构变化可能影响塑料组分的空间分布与站点水平关联：2025年缺乏显著相关或反映TM1单一极值的过度影响与初始IHD脉冲的异质性掩盖了共同沉积趋势；在脉冲衰减、表层碎屑移除与岸线基质结构稳定后，2026年事件后水动力过程可能利于该区段塑料颗粒更均匀的分选与分布，此外较大碎屑风化为较小颗粒亦可能促成2026年MP—MEP正相关，但仅凭相关性无法确立该关系。综合而言，两期差异与清理同期并可能部分反映其效应，但不能完全归因于清理；研究提示现行减缓策略存在局限：岸线清理针对可见MAP，或无法回收滞留于沉积物与水柱中的微观组分，而宏碎屑可随时间原位破碎，人工移除或仅延缓更小、更具生物可利用性颗粒的生成，故环境管理需从被动清理转向主动源头减量，包括更严格的乱丢管控、公共废弃物文化转变，以及在塑料进入潟湖系统前针对上游农业与工业部门排放的定向政策。总体而言，研究报告的空间与时间MP分布直接来自野外测量，而推断的水动力机制（汇聚、滞留、冲刷、稀释、再悬浮与颗粒分选）仍属需通过直接物理测量与耦合水动力—粒子追踪模型验证的合理解释；尽管岸线MP与MEP的时间下降在五条断面一致，但单一南部岸线区段内有限的空间重复（n = 5）限制了时间比较的统计功效及其向潟湖其余区域的推广；塑料类型、聚合物组成与上游土地利用之间的关联被解释为可能的来源联系，若无独立示踪数据或定量源解析模型则无法确立确定性的源归因。

研究结论部分翻译如下：本研究表明，Albufera潟湖所含MP浓度高于此前Júcar河流域报道值，提示其可能作为上游塑料输入的重要汇。基于两个分析沉积层的MP浓度，空间分布提示潟湖内部角色存在差异：西北区段在两层中均显示持续升高的MP浓度，与其作为潜在市政—工业输入区的解释相符；而中部区段在下伏层（Layer B）呈现最高平均浓度，尽管区段间差异未达统计显著。该格局可能与水动力汇聚相容，但其他解释亦不能排除。Layer A较低的MP平均浓度以及膜状物仅在Layer B检出，可能反映洪水相关冲刷与泥沙稀释，尽管沉积基质、沉积历史、混合与颗粒分选的差异仍是观察到的差异的合理贡献因素。岸线方面，该事件与MAP和MEP碎屑的大量累积相关，主要为包装、工业颗粒与农业废弃物。尽管2026年人工清理后可见碎屑减少，更细MP组分在岸线基质中的持续存在表明此类干预或无法完全去除滞留于基质中的微观污染。密集挺水植被与增强的滞留相关，并可能促进原位破碎，从而可能使这些区域成为次生MP源。因此，尽管持续清理工作必须应对现存污染，有效管理应优先考虑上游源头减量，而非仅依赖移除行动。未来工作应结合沉积物定年、水动力追踪、粒子输运建模与上游输入定向监测及源解析方法，以验证本文提出的机制、更好地识别来源路径并确定减缓行动的优先次序。