使用共聚焦显微拉曼光谱技术对巴塔哥尼亚北部（智利奇洛埃）沿海湿地沉积物中的微塑料及相关颗粒进行了表征，并探讨了它们与贝类养殖废弃物之间的关联

《Marine Pollution Bulletin》：Characterization of microplastics and associated particles in sediments of a coastal wetland in northern Patagonia (Chiloé, Chile) using confocal micro-Raman spectroscopy and their relationship to shellfish aquaculture waste

　　

Fernanda Vargas-Castillo|Benjamín A. Suárez-Isla|Doris Oliva

摘要

智利奇洛埃群岛（42°28′04.2″ S, 73°32’21.8” W）的沿海湿地是迁徙鸟类的重要栖息地，但它们正日益受到人为压力的影响，尤其是来自附近水产养殖活动的影响。本研究使用共聚焦微拉曼光谱技术分析了微塑料及其相关颗粒的化学成分，无需预先对颗粒进行视觉选择，以确定微塑料的空间分布，并验证沉积物中的微塑料是否来源于渔具的破碎。为此，从六个采样点采集了表层沉积物样本（0–2厘米深），每个采样点在三个潮汐高度处各重复采集三次。通过过氧化氢处理将颗粒分离，然后利用氯化锌通过密度浮选法进一步分离并进行真空过滤。进行了质量控制，并通过用荧光颗粒富集沉积物来评估提取效率。共分析了54个过滤器中的550个颗粒。结果表明，这些颗粒具有高度异质性，其中以微塑料纤维和碎片、含纤维素的材料、色素和/或油漆颗粒为主，其次是无机颗粒。鉴定出43个微塑料颗粒（占46.5%）和纤维（占44.2%），主要成分是聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）和聚酰胺（PA）（占总微塑料的83.8%）。微塑料的浓度为每千克干沉积物137个颗粒，该数值低于在贻贝养殖场附近测量到的数值。微塑料在潮间带沉积物中的分布受到沉积物粒度和局部地貌特征的影响，这突显了沉积物异质性在污染物积累模式中的作用。将沉积物中的微塑料拉曼光谱与贻贝养殖设备碎片及参考库的光谱进行比较后发现高度相似性（HQI > 85%），表明水产养殖设备的降解可能是沉积物中微塑料的来源之一。

引言

奇洛埃群岛位于智利南部的洛斯拉戈斯地区（41°28′18″S, 72°56′12″W），长度约为190公里，平均宽度为60公里。该地区气候湿润、温和，受太平洋影响显著，降雨量较大，年降水量达2000毫米（Andres等人，2009年）。奇洛埃群岛的湿地具有重要的生态价值，它们发挥着防洪、净化水体和补充地下水等作用（拉姆萨尔公约秘书处，2010年）。这些湿地是生物多样性的重要宝库，特别是为迁徙鸟类提供了庇护所和食物来源（Herrera等人，2024年）。然而，这些敏感的生态系统正日益受到沿海土地利用、废水排放、农业径流、水产养殖活动以及中微塑料污染等人为因素的影响（Hinojosa和Thiel，2009年）。

丘莱克湿地的沉积物主要由沙子组成，其次是砾石和淤泥，并且颗粒大小存在明显梯度：从潮间带上游的粗颗粒逐渐过渡到下游的细颗粒。这种沉积物结构决定了底栖生物群落的分布，这些群落包括多毛类动物、甲壳类动物和双壳类动物，其中一些是迁徙鸟类的主要食物来源（Herrera等人，2024年）。

2025年，智利的塑料垃圾产量约为1,443,117吨（Plastic Overshoot Day报告，EA-Earth Action，2025年），其中聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）和尼龙等聚合物占主导，主要以碎片、纤维和泡沫的形式存在（Rangel-Buitrago等人，2020年；Gómez等人，2020年；Aguila-Torres等人，2022年；Ahrendt等人，2023年）。这些垃圾主要来自陆地污染源，如大规模旅游业、城市和工业废弃物管理不善，以及河流传输；同时也有来自海洋的污染源，尤其是水产养殖业和渔业（Honorato-Zimmer等人，2018年；Perez-Venegas等人，2017年；Rech等人，2014年）。

在巴塔哥尼亚地区，海洋污染主要来源于水产养殖和渔业留下的残骸，这些残骸会漂浮到海湾和海滩上（Hinojosa和Thiel，2009年；Hidalgo-Ruz和Thiel，2013年；Thiel等人，2013年），包括偏远岛屿（Perez-Venegas等人，2017年）。在智利南部的峡湾和海域，特别是在艾森和洛斯拉戈斯地区，水产养殖活动密集的区域检测到了微塑料（Paredes-Osses等人，2021年）。Jorquera等人（2022年）研究了海洋沉积物中微塑料的丰度和成分，发现其平均浓度为每千克沉积物72.2±32.4个颗粒。

Thiel等人（2021年）研究了海洋垃圾的积累情况，并探讨了环境因素对其沿海岸线沉积的影响。他们确认奇洛埃群岛发现的垃圾主要来源于渔业和水产养殖，其积累量受风向和风力强度的显著影响。

关于大规模贻贝养殖对智利南部海洋生态系统各组成部分影响的相关信息有限（Castilla等人，2021年）。2025年，全国贻贝养殖产量为406,923吨，其中280,912吨产自洛斯拉戈斯地区。水产养殖业产生的废弃物包括破损的网具、浮标、绳索和塑料包装（Acu?a-Ruz等人，2018年；Urbina等人，2020年；Contreras，2016年；Ocean Conservancy，2023年）。在该国所有地区中，洛斯拉戈斯地区的沿海垃圾数量最多，2008年至2020年间从每平方米1.7件增加到3.7件。在各类垃圾中，塑料占比最高，2008年为28.4%，2020年为34.6%（Hidalgo-Ruz和Thiel，2013年；Aguirre-Mu?oz等人，2026年）。

了解塑料垃圾的分布和类型对于研究智利沿海生态系统中微塑料的来源和可追溯性至关重要。塑料垃圾的风化会产生大量微塑料，这些微塑料已在多种环境介质中被检测到，包括地表水、沉积物和海洋生物体内（Chagnon等人，2018年；Perez-Venegas等人，2017年；Pozo等人，2019年；Thiel等人，2018年）。

迄今为止，尚未有全面研究探讨智利海洋生态系统中微塑料及其相关颗粒的存在、命运和分布情况。因此，本研究的主要目的是确定丘莱克湿地中微塑料及其相关颗粒的化学成分和空间分布，并验证沉积物中的微塑料是否来源于贻贝养殖设备的降解。

在本研究中，所有颗粒均未经视觉预选直接使用拉曼共聚焦显微镜进行分析，从而能够识别聚合物、无机化合物、纤维素材料、染料和色素/油漆颗粒。通过控制样品进行污染检测、回收效果评估，并遵循拉曼光谱分析的最佳实践（Thyr和Edvinsson，2023年），使得对沉积物中微塑料及其相关颗粒的评估更为客观、可靠，提供了更完整的毒理学信息，并减少了微塑料颗粒数量的过高估计。

章节摘录

采样区域

本研究在巴塔哥尼亚北部奇洛埃群岛的金乔岛（Quinchao Island）的丘莱克沿海湿地（42°28′04.2″S, 73°32′21.8”W）进行（见图S1：补充材料）。这片约52公顷的湿地位于农村地区，周围有农田、林地和淡水水体。蜿蜒的道路连接着散布在景观中的小型建筑。湿地本身是一片广阔的泥滩，表面覆盖着低矮植被。

沉积物中颗粒和纤维的异质性

共分析了54个过滤器中的550个颗粒。其中317个颗粒（57.6%）通过共聚焦微拉曼光谱成功鉴定（见图1），而233个颗粒因强烈荧光或散射不足而无法获得可识别的光谱（见讨论部分c）。与许多依赖颗粒视觉预选的先前研究不同（例如Edo等人，2020年；Su等人，2023年），本研究试图识别所有颗粒。

讨论

本研究的目的是确定丘莱克湿地（奇洛埃，洛斯拉戈斯地区）中微塑料及其相关颗粒的化学成分和空间分布，以探讨它们是否与贻贝养殖设备残留物有关。采用无需视觉预选的拉曼共聚焦显微技术，实现了对沉积物中微塑料及相关自然和人工颗粒的客观表征。

所有自动化识别的结果

结论

本研究证实了使用共聚焦微拉曼光谱和严格的质量控制措施对于准确识别复杂环境介质中的微塑料及其相关颗粒的重要性。

与使用振动光谱技术在类似生态系统中检测到的微塑料数量相比，本研究中鉴定出的微塑料颗粒数量较少（见表1）。这可能是由于先前讨论的方法差异以及拉曼光谱分析方法的局限性所致。

CRediT作者贡献声明

Fernanda Vargas-Castillo：写作——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、调查、数据分析、概念化。Benjamín A. Suárez-Isla：写作——审稿与编辑、监督、资源协调、项目管理、方法论设计、调查、资金申请、数据分析。Doris Oliva：写作——审稿与编辑、可视化、验证、监督、项目管理、方法论设计、概念化。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究结果的财务利益或个人关系。

致谢

非常感谢国际原子能机构（IAEA）提供先进分析设备和人员培训，通过技术合作国家项目（CHI7014）和跨区域项目（INT7021）的支持。IAE的资助，加上智利核能委员会（Comisión Chilena de Energía Nuclear，CCHEN）的长期支持，使得在医学院建立NUTEC塑料三级实验室成为可能。