加纳热带海岸湿地中微纤维污染的生态风险与环境效应

《Journal of Hazardous Materials Advances》：Ecological Risk and Environmental Implications of Microfibre Pollution in Tropical Coastal Wetlands of Ghana

　　

微纤维污染是热带海岸湿地中新出现的生态关注点，但在西非研究甚少。研究人员在加纳Korle和Fosu泻湖开展为期1年、每两月一次的表层水与沉积物采样，评估微纤维丰度、聚合物特征及生态风险。微纤维经立体显微镜与傅里叶变换红外光谱（FTIR）提取鉴定，生态风险采用污染负荷指数（PLI）、聚合物危害指数（PHI）和生态风险指数（ERI）评价。所有样品均检出微纤维，表层水平均浓度4.19±2.81 MFs/L，沉积物68.52±43.77 MFs/kg；Korle泻湖在表层水（4.85±2.98 vs 3.50±2.48 MFs/L）与沉积物（77.78±48.16 vs 59.26±37.05 MFs/kg）中丰度均高于Fosu泻湖。FTIR显示表层水以聚乙烯为主，沉积物以聚丙烯为主；黑色纤维与<100 μm颗粒在两泻湖均占优势，指示纺织废弃物、轮胎磨损与城市径流输入。风险评估表明基于丰度的污染较低，表层水PLI 1.56、沉积物1.19；但基于聚合物的风险较高，表层水PHI 13.86、沉积物18.09；总体ERI表层水20.89、沉积物20.70，属轻微生态风险。泻湖尺度上Fosu沉积物PHI高于Korle，尽管其微纤维丰度更低。结果表明聚合物组成、粒径与沉积物滞留强烈影响微纤维风险，研究为加纳海岸湿地管理纳入聚合物特异性微纤维监测提供基线依据。

研究背景方面，微纤维（长度小于5 mm的纤维状颗粒，可源自合成、半合成及天然纤维）污染已成为全球水生生态系统普遍问题，湿地因流速缓慢和高沉积率成为长期汇。非洲尤其是西非相关研究薄弱，既有文献多聚焦总微塑料负荷，缺乏季节动态、聚合物组成区分及定量风险框架；加纳Korle与Fosu两处高度受人为胁迫的沿海泻湖此前仅见单次采样研究。为填补热带城市湿地中微纤维时空分布、聚合物变异与生态风险整合评估的空白，研究人员在《Journal of Hazardous Materials Advances》报道了这项持续1年双月采样的对照研究。

关键技术方法上，研究人员于2024年2月至12月在加纳大阿克拉地区Korle泻湖（接受Odaw河城市废水与纺织灰水）与中部地区Fosu泻湖（受海水入侵与城市径流影响）各设上、中、下3段、每段3点，共108个样本队列。表层水用不锈钢采水器取100 L（5次20 L复合）经20 μm浮游网截留；沉积物用Ekman采泥器取约1 kg表层样。实验室中水样经<5 mm金属筛与1.2 μm玻璃纤维滤膜浓缩，沉积物经6% H₂O₂消解、63 μm筛分与六偏磷酸钠分散后过筛。微纤维在立体显微镜（Motic SMZ-171）下按形态计数，聚合物由PerkinElmer Spotlight 200i FT-IR（4000–400 cm^-1，4 cm^-1分辨率，≥70%库匹配）判定。风险计算采用PLI（以最低站点丰度为C₀）、PHI（引入聚合物危害分值S_j）与ERI=PHI×PLI的几何均值模型，统计用Kruskal-Wallis、Mann-Whitney U及PCA。

研究结果部分，3.1节微纤维丰度显示所有矩阵均检出，Korle表层水与沉积物丰度均显著高于Fosu（表层水p=0.011），沉积物间无显著差异但浓度整体高于水体，证实沉积物为重要累积库；季节上8月出现峰值。3.2节形态学表明黑色纤维在两矩阵占优（表层水常>70%），<100 μm粒径为主，透明纤维在Fosu沉积物中占比升高，蓝色纤维在表层水8月有脉冲，反映纺织、轮胎磨损与径流输入及沉积滞留差异。3.3节聚合物组成中，表层水以聚乙烯（45.9%）为主，沉积物以聚丙烯（31.9%）为主，并检出聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺、玻璃纸与聚醋酸乙烯酯。3.4节风险评估给出总体PLI表层水1.56、沉积物1.19（均<10，危害I级）；PHI表层水13.86、沉积物18.09（多属危害III级）；ERI表层水20.89、沉积物20.70（轻微风险）；Fosu虽丰度低但沉积物PHI与ERI略高，证明聚合物构成比丰度本身更驱动风险。3.5节PCA显示PC1对水体解释62.83%、沉积物67.90%，KM站点因黑纤维与大粒径分离，季节上8月关联黑纤维、10与12月关联透明纤维，印证降雨径流调控。

讨论与结论翻译部分，研究人员指出微纤维污染在加纳沿海泻湖中广泛存在且受城市化与水文共同塑造，拒绝零假设。Korle高丰度源于Accra都会区废水与二手纺织品丢弃，Fosu较高PHI源于沉积物中聚丙烯富集与滞留。PLI仅追踪丰度，PHI整合聚合物毒性分值因而更具指示性，ERI将二者耦合可转化为管理指标。结论为：聚合物组成、粒径分布与沉积滞留而非单一丰度决定微纤维生态风险；热带西非城市湿地应将聚合物特异性监测纳入基线评估；研究为Gulf of Guinea海岸带治理提供首份含FTIR与三指数联用的年度数据集。