河口作为微塑料破碎的热点区域及其传输调节器

《Marine Pollution Bulletin》：Estuaries as fragmentation hotspots and transport regulators of microplastics

本研究通过结合长江口现场观测与实验室模拟，发现微塑料数量浓度在内湾（8–42 items/m3）显著高于外海（4–35 items/m3），秋冬季浓度达夏季2.4倍，主因径流与盐度变化。微塑料尺寸从近岸2000μm减至外海1500μm（降幅7–31%），由机械磨损及沉积破碎引起。研究成果揭示河口兼具微塑料破碎热点与输运调节器双重功能，强调沉积动力学在监测中的重要性。

　　

吕彦成|姜飞|王一禾|陈玉叶|杨岩|林金阳|沈晓腾|陈奇清

华东师范大学河口与海岸研究国家重点实验室，上海，200241，中国

摘要

河口作为陆源微塑料的关键过渡区，强烈的水动力和沉积作用会显著改变其数量、大小和传输行为。然而，控制河口环境中微塑料的环境过程仍知之甚少。本研究结合野外观测和实验室模拟，探讨了长江河口不同季节和区域的微塑料特征。结果表明，微塑料的数量浓度向海洋方向逐渐减少，内河口的浓度（8–42个/立方米）几乎是外海区域的兩倍（4–35个/立方米）。观测到明显的季节性变化，主要受河流径流和盐度梯度的影响；夏季浓度最低，而秋季和冬季显著升高。相应的质量浓度也呈现类似趋势，内河口（中位数90微克/立方米）高于外河口（中位数30微克/立方米）。沿陆地到海洋的梯度还发现了明显的尺寸减小趋势：微塑料长度从近岸的约2000微米减少到外海的1500微米，季节间减少了7–31%。这种尺寸减小可能是由于在浊度最大区域内的机械磨损和沉积物作用导致的破碎。然而，这并不改变微塑料浓度总体向海洋方向递减的趋势，因为来源可能没有明显变化，同时水面面积大幅增加。总体而言，本研究提供了数量和质量数据集，以阐明河口微塑料的传输动态。研究结果强调了河口作为破碎热点和传输调节器的双重作用，强调了将沉积物动态纳入微塑料监测和管理中的重要性。

引言

随着塑料产品消费的持续增加和塑料污染的加剧，环境中的微塑料污染引起了全球的关注。全球每年产生约3.69亿吨塑料废物（Anwar等人，2025年）。其中估计有800万至1100万吨进入海洋（“海洋污染事实表”，2025年），其中约78%通过河流从陆地传输，剩余22%来自渔业活动，如渔网、渔线、泡沫浮标、废弃船只和绳索（Morales-Caselles等人，2021年；Wang等人，2024年）。因此，河口成为陆源微塑料进入海洋环境的关键通道（Biltcliff-Ward等人，2022年；Bailey等人，2025年）。因此，严格量化和分析河流微塑料传输对于阐明其进入海洋系统的过程至关重要。

微塑料的数量明显受到河口环境季节变化的影响（Malli等人，2022年）。不同采样时期的微塑料数量有所不同。例如，在长江河口，夏季的浓度为1.32±1.09个/立方米，秋季降至0.70±0.28个/立方米（Wu等人，2024年）。同样，在珠江河口，夏季和秋季的浓度分别为0.75±0.47个/立方米和0.89±1.12个/立方米（Li等人，2023年），而冬季显著增加到2.38±0.70个/立方米（Lam等人，2020年）。因此，时间差异的变化在报告的微塑料浓度不一致性中起着重要作用。

此外，河口系统中微塑料的传输和分布还受到高度变化的水动力条件（如混合效应）的复杂影响（Lin等人，2021年）。例如，在东柔佛海峡，沿海表层的微塑料浓度随着盐度的增加而逐渐降低。然而，由于河口表面锋的存在，微塑料在柔佛河口附近积累，导致表面锋的浓度（150.50±19.80个/立方米）显著高于其他沿海地区（9.20±4.80个/立方米）（Jong等人，2025年）。在特拉华湾，研究人员观察到河口浊度最大区域的微塑料数量高于海湾较低区域和新泽西海岸站点（Cohen等人，2019年）。因此，许多研究往往只关注一个或少数采样地点或特定的水动力区域，往往忽略了河口系统中微塑料传输机制的全面理解。

河口环境中的微塑料也特别容易受到多种环境风化过程的影响。一方面，波浪作用、沉积物磨损和其他物理因素引起的机械应力会导致微塑料表面的显著降解。这种磨损最明显的表现是形成裂纹和孔洞，通常伴随着小颗粒的脱落，最终导致微塑料尺寸减小（Sorasan等人，2022年）。当机械应力足够强烈时，也会影响微塑料的数量。例如，在河口高浊度区域附近观察到异常高的微塑料浓度，那里悬浮沉积物的水平较高，增强了物理磨损（Corlett和Geyer，2020年；Zeng等人，2025年）。另一方面，暴露在太阳辐射下也会导致塑料表面降解，这可能是由于吸收太阳辐射的过程（Shi等人，2025年）。总体而言，这些风化机制，尤其是机械应力，可能使微塑料更容易破碎成更小的颗粒（Song等人，2017年；Mattsson等人，2021年）。

水体中常用的光谱分析方法可以准确获得微塑料的数量浓度。然而，直接量化质量浓度仍然具有挑战性，主要是因为它们的体积微小且缺乏从数量到质量的准确转换方法。尽管已经开发了几种模型来估算微塑料通量（Lebreton等人，2012年，Lebreton等人，2018年），但这些模型严重依赖于社会经济条件等间接因素（Mai等人，2020年）。这些方法的一个关键局限性是缺乏使用经验质量浓度的验证，可能导致约2–3个数量级的严重高估（Weiss等人，2021年）。基于此，我们最近提出了一种更现实的微塑料数量-质量浓度转换方法（Chen等人，2024年），从而可以更准确地评估微塑料的质量浓度。因此，考虑到季节变化、机械磨损、水动力条件以及数量到质量转换的挑战，本研究的目的是全面评估长江河口的微塑料传输通量和分布模式。

样本采集与传输

采样工作于2023年3月（冬季）、7月（夏季）和10月（秋季）在长江河口南支流及相邻的外海区域进行（29° 36′ 51″ N- 31° 44′ 26″ N, 121° 11′ 25″ E-123° 59′ 31″ E；图1）。野外工作在R/V Bohaike号船上进行（巡航ID：NORC2023-03+NORC2023-302），该船在长江河口进行了航行。在整个河口设立了27个采样点。B和C部分代表采样点。

微塑料浓度随距离河口的增加而减少

微塑料的数量从内河口到外河口逐渐减少。在内河口区域，夏季的数量范围为8至32个/立方米（19.4±7.4个/立方米），秋季为10至42个/立方米（21.9±11.9个/立方米）。然而，夏季和秋季外河口的平均数量分别仅为内河口的43%（8.3±5.1个/立方米）和89%（19.4±8.1个/立方米）。

以夏季为例，微塑料的数量逐渐减少。

某些区域微塑料浓度较高

我们的结果验证了长江具有将微塑料向海洋传输的能力；季节性波动可能导致外海站点出现异常高的值。这种现象可能由多种因素解释。从9月到次年的3月，北风季促进长江稀释水的向南流动（Wu等人，2014年）（见图S4）。向南的浮力流也可能

结论

长江河口表层微塑料的分布和数量显示出显著的季节性和区域特征。从时间角度来看，特别是对于外河口横截面区域，秋季和冬季的微塑料浓度约为夏季的2.4倍，这主要与径流和盐度有关。从空间角度来看，微塑料浓度从内河口向外河口呈递减趋势。

CRediT作者贡献声明

吕彦成：撰写——原始草稿、可视化、验证、数据管理、概念化。 姜飞：撰写——审稿与编辑、验证、数据管理。 王一禾：撰写——审稿与编辑、方法论。 陈玉叶：撰写——审稿与编辑、验证、监督。 杨岩：撰写——审稿与编辑、调查。 林金阳：撰写——审稿与编辑、软件。 沈晓腾：撰写——审稿与编辑、监督、软件。 陈奇清：撰写——审稿与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了国家重点研发计划（编号：2022YFC3105900）、国家自然科学基金（编号：42577312）、2024年中国海洋十年行动国际合作种子基金项目（编号：GHZZ3702840002024020000027）、上海市科学技术委员会（编号：24520790302）以及重庆市自然科学基金（编号：CSTB2024NSCQ-MSX1120）的资助。数据和样本是在船上收集的。