极端洪水事件后Albufera潟湖塑料污染的垂直分层分布、时空动态与形态特征

《Water》：Plastic Pollution Dynamics in Albufera Lagoon: Assessing the Impact of an Extreme Flood Event

　　

本研究评估了地中海受保护潟湖——Albufera潟湖中宏观塑料（macroplastics, MAP）、中观塑料（mesoplastics, MEP）和微塑料（microplastics, MP）的空间分布、时间动态和形态特征，该区域在2024年10月山洪暴发事件（Isolated High-Level Depression, IHD）后受到严重影响。分层沉积物样本被分离为一个操作性定义的水成沉积层（Layer A）及其下伏沉积基质层（Layer B），同时两次岸线考察分别评估了2025年2月事件后状况和2026年5月人工清理后状况。潟湖沉积物中微塑料平均浓度在Layer A为每克1.77至4.52个微塑料，在Layer B为2.67至7.29个微塑料/克；纤维在基质层中占主导，聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate, PET）和聚酰胺（polyamides, PA）为主要被识别聚合物。西北部扇区微塑料浓度升高，可能与其接近直接输入源一致，而中部扇区表现出Layer B最高平均浓度，可能代表水动力汇聚区。岸线区域2025年宏观塑料密度达到每平方米12.38个宏观塑料，中观塑料浓度为0.26个中观塑料/克。尽管2026年人工清理后可见碎片减少，挺水植被持续截留塑料，可能促进其碎裂为次生微塑料。这些结果表明，仅进行岸线清理可能无法完全清除滞留于沉积物中的较细粒级塑料组分。未来研究需要整合耦合水动力学与颗粒追踪模型，以界定上游源区的传输路径。

研究背景与意义

浅水沿海潟湖能够长期滞留、输送和累积人为合成碎屑，是塑料污染的重要环境挑战。塑料可通过城市径流、废水排放、娱乐活动和农业径流等途径进入潟湖系统。一旦进入，宏观塑料可通过环境暴露和机械磨损碎裂为中观塑料和微塑料，后者具有更强的迁移性和生态相关性。在浅水湖泊系统中，岸线作为临时堆积区，受风和波浪动力控制；而底栖沉积物由于较长的水停留时间，构成塑料的长期汇。气候变化相关的极端水文气象事件正在重塑地中海的塑料污染动态，干季积累的污染物可在强烈风暴期间被迅速再悬浮。西班牙东部地区，2024年10月29日的极端孤立高层 Depression（Isolated High-Level Depression, IHD）事件对Albufera泻湖造成 catastrophic 影响，向潟湖及其周边输入了大量家庭、商业和工业碎屑。尽管该泻湖具有极高的生态价值且长期受富营养化困扰，但关于塑料污染分布和丰度的研究仍十分有限。在此背景下，研究人员针对该系统中宏观塑料（macroplastics, MAP）、中观塑料（mesoplastics, MEP）和微塑料（microplastics, MP）开展了首次同步评估，旨在阐明极端洪水事件后塑料碎屑的多尺度分布特征，并判断该泻湖是作为上游塑料碎屑的重要长期汇还是暂时滞留区，从而为生态恢复策略提供科学依据。

研究方法概述

研究人员采用的关键技术方法包括：在泻湖五个扇区（西北、中西、中央、西南、南部）采集30 cm垂直沉积物岩芯，依据颜色和质地差异分离为洪水相关表层（Layer A）和深部沉积基质层（Layer B）；在Tancat de Mília附近南岸线设置五个断面（TM1–TM5），分别于2025年2月（事件后）和2026年5月（人工清理后）开展岸线考察；样品经60 °C烘干、30%过氧化氢（H₂O₂）消化、三步密度分离（CaCl₂ 1.44 g/cm³和KI 1.70 g/cm³）及1 μm膜过滤处理后，通过体视显微镜（stereomicroscope）进行形态分类，并采用微傅里叶变换红外光谱（micro-Fourier transform infrared spectroscopy, μFTIR）在4000–500 cm^?1范围内、以4 cm^?1分辨率和64次扫描鉴定聚合物；统计分析使用MATLAB完成，包括Anderson-Darling正态性检验、单因素方差分析、独立双样本t检验、Wilcoxon符号秩检验以及Pearson和Spearman相关分析。

研究结果

潟湖沉积物的空间与分层分布

在泻湖沉积物中，宏观塑料和中观塑料未被检出，而微塑料呈现明显的空间波动。Layer A（洪水事件沉积层）的微塑料平均浓度在西北部扇区最高（4.52 ± 0.82 MP/g），随后为南部（3.43 ± 1.33 MP/g）、西南部（2.86 ± 1.06 MP/g）和中部（2.78 ± 1.97 MP/g），中西部扇区最低（1.77 ± 1.10 MP/g）。Layer B则呈现不同格局，中央扇区表现出最高平均浓度（7.29 ± 5.31 MP/g），西北部次之（5.70 ± 0.92 MP/g）。尽管扇区间差异未达统计学显著水平（Layer A: p = 0.212; Layer B: p = 0.372），但分区分析显示西北部表层浓度显著高于外围扇区（p = 0.0408），而层间差异接近统计显著（p = 0.0606）。

Tancat de Mília附近南岸线的塑料堆积

岸线断面中，微塑料浓度在所有五个配对断面从2025年到2026年均呈下降趋势，其中TM1从134.00 ± 52.33 MP/g降至9.50 ± 6.36 MP/g，TM4从38.00 ± 7.07 MP/g降至3.50 ± 0.71 MP/g，TM5从28.00 ± 9.90 MP/g降至1.50 ± 0.71 MP/g，TM2从8.00 ± 4.24 MP/g降至2.00 ± 0.00 MP/g；唯有TM3保持稳定（46.00 ± 11.31 MP/g对40.00 ± 7.07 MP/g），在研究结束时表现出最高微塑料密度。中观塑料和宏观塑料浓度总体降低，但TM3的中观塑料（0.233对0.232 MEP/g）和宏观塑料（6.44 MAP/m²）仍维持高位。2025年宏观塑料密度范围为4.50–12.38 MAP/m²。各断面间差异未达统计显著（MAP: p = 0.313; MP和MEP: p = 0.0625）。值得注意的是，2026年微塑料与中观塑料呈现强正相关（Pearson r = 0.990, p = 0.001），而2025年无显著相关。

塑料碎屑的形态、类型与聚合物组成

潟湖沉积物中纤维构成微塑料的最大组分，在Layer A的中西部和南部扇区占100%，在其余扇区占至少71.57%；Layer B中纤维占比介于52.36%–100.00%。膜状微塑料仅在Layer B的西北（4.76%）和中部（11.61%）扇区检出。岸线2025年微塑料包含较多膜和颗粒贡献，纤维在TM3仅占21.74%；2026年所有岸线点纤维占比至少79.95%，膜减少或缺失。中观塑料方面，2025年以硬质塑料和膜为主，2026年仅TM1、TM3和TM4有检出。2025年宏观塑料以包装和包装纸为主导（TM3达62%），2026年花盆成为主要类别（TM1达26%），识别物体碎片比例增加。μFTIR分析显示，132个视觉鉴定微塑料中仅56个（42.4%）获得聚合物确认；聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）在两层均占主导，Layer A中聚酰胺（PA，18%）比例较高且聚合物多样性更丰富，Layer B中聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene, PTFE，14%）和聚乙烯（polyethylene, PE，11%）相对比例较高。

讨论与结论

研究人员指出，Layer B的操作性定义缺乏独立测年验证，其微塑料浓度应视为与洪水沉积层的操作性比较而非长期积累的直接测量。Layer A较低的平均浓度可能反映洪水冲刷和沉积物稀释效应，而高内部变异性可能掩盖了更明确的统计差异。Albufera泻湖的微塑料丰度（Layer A: 1.8–4.5 MP/g; Layer B: 2.7–7.3 MP/g）显著高于Júcar河流域洪水前水平（Sueca下游最高0.080 ± 0.004 MP/g），与Tollense湖（德国，平均10.4 MP/g）和成熟可持续排水系统（Sustainable Drainage Systems, SUDS）（2.8–5.1 MP/g）处于同一数量级，但低于直接处理废水排放系统（24.4 MP/g）。中央扇区Layer B的高浓度可能与水动力汇聚（hydrodynamic convergence）兼容，西北部扇区的高富集则符合其作为受城市和工业排放直接影响的输入热点的解释；Poyo溪在洪水期间记录到该区域最高的氨、致病菌和有机污染物浓度。北部扇区水停留时间约4.7天，而西部和中央盆地可保留水长达222.9天，这可能分别解释了直接输入和滞留机制。

在岸线，TM1可能作为持久性物理陷阱，而西部侧翼（TM4和TM5）可能代表水动力旁路区。2025年后回收的宏观塑料大部分物理完整，表明近期外源输入；而2026年残留碎片可能反映持续人为活动和二次运输的组合。岸线基质从松散有机碎屑向干燥压实粘土的物理转变可能降低了滞留能力。TM3的稳定浓度与密集挺水植物（Phragmites australis）的持续滞留一致，但此类植被截留的碎屑若未主动清理，可能暴露于光氧化降解并原位碎裂，使这些区域转变为次生微塑料来源。

研究结论强调，Albufera泻湖可能作为上游塑料输入的重要汇，西北部扇区和中央扇区分别表现出城市-工业输入和水动力汇聚的潜力。仅针对可见宏观塑料的岸线清理可能无法完全清除滞留于沉积物中的微观污染，有效管理应优先削减上游源头。未来研究需结合沉积物测年、水动力追踪、颗粒运输建模和有针对性的上游输入监测与源解析（source apportionment）方法，以验证所提出机制并识别源路径。