基于卫星遥感的海滩沉积物中微塑料的分布情况:以巴厘岛为例

时间:2026年1月23日
来源:Journal of Contaminant Hydrology

编辑推荐:

微塑料污染在巴厘岛三个海滩的分布及水动力影响研究,结合卫星数据与光谱分析,发现PS占主导,浓度差异与沿岸风及洋流相关。

广告
   X   

莫哈末·拉希迪·阿卜杜勒·马纳普(Mohd Rashidi Abdull Manap)| 穆罕默德·伊巴杜拉赫曼·本·伊米赞(Muhammad Ibadurrahman bin Imizan)| 贾尼克·维尔纳·达姆斯(Jannik Werner Dams)| 费利佩·D·塞普尔韦达(Felipe D. Sepulveda)| 安娜·穆拉托雷(Anna Muratore)| 洛伦扎·诺塔里亚贾科莫(Lorenza Notargiacomo)| 富尔维奥·费拉拉(Fulvio Ferrara)| 努尔·海亚特娜·穆克尼(Nur Hayatna Mukhni)
马来西亚普特拉大学(Universiti Putra Malaysia)理学院化学系,43400塞尔当,雪兰莪州,马来西亚

摘要

微塑料(MP)污染日益被视为沿海环境中的一个关键问题,海洋 currents、风、波浪和人类活动之间的复杂相互作用决定了合成颗粒的传输和沉积。尽管亚洲之前的研究已经记录了与河流排放、旅游压力和季风循环相关的微塑料积累,但很少有研究将聚合物级别的特征分析与特定地点的水动力驱动因素结合起来,特别是在巴厘岛沿岸地区。本研究通过考察2024年1月至7月期间三个海滩——克拉马斯海滩(Keramas Beach,KB)、尼亚昂尼亚海滩(Nyang Nyang Beach,NNB)和巴兰甘海滩(Balangan Beach,BB)上微塑料的组成和分布情况,填补了这一空白。本研究提供了巴厘岛三个选定海滩沉积物中微塑料存在情况、聚合物组成和粒径分布的基线数据,旨在建立参考条件。共采集了17份海滩沉积物样本,并通过干筛分、显微镜观察和衰减全反射-傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)技术对其进行了分析,以确定颗粒大小、形态和聚合物类型。水动力条件是根据哥白尼海洋环境监测服务(Copernicus Marine Environment Monitoring Service,CMEMS)和哥白尼大气监测服务(Copernicus Atmosphere Monitoring Service,CAMS)的卫星数据以及河流塑料排放量估算得出的。共鉴定出10个微塑料颗粒(<5毫米),其中聚苯乙烯(PS)是最主要的聚合物,其次是聚丙烯(PP)、聚乙烯醇(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和三种共聚物。微塑料主要以2.5–5毫米范围内的碎片形式存在。KB、NNB和BB的海滩上微塑料平均浓度分别为2.54±2.30、2.04±2.49和0.61±1.37个微塑料/千克干重(dw),顺序为KB > NNB > BB。空间变异性与水动力模式密切相关:KB由于陆风和来自龙目海峡(Lombok Strait)的西南向水流而表现出最高的微塑料浓度;BB由于离岸风应力和弱水流而几乎不保留微塑料;NNB则受到沿岸漂流和中等程度河流输入的影响,导致微塑料积累量处于中间水平。这些发现强调了将光谱分析与遥感水动力相结合在解释微塑料沉积机制方面的价值,为巴厘岛及其邻近岛屿的有针对性监测、预测建模和海岸污染管理提供了更坚实的基础。

引言

海洋电流在控制海洋污染物的传输、再分布和命运方面起着核心作用,包括微塑料(MPs)、多环芳烃(PAHs)和持久性有机污染物(POPs)。由于微塑料的持久性和浮力,它们可以被传输到很远的距离,并作为化学污染物的载体,在海洋食物网中放大生态暴露效应(Li等人,2022年;Kumar等人,2024年;Ho等人,2025年)。
在土地利用与海洋连接密切的沿海地区,微塑料污染尤为严重,河流排放、与旅游相关的活动以及不当的废物管理显著增加了海洋环境中的塑料输入(Borah等人,2024年)。河流是主要的传输途径和暴露区域,在这里微塑料与溶解态和颗粒态污染物相互作用后进入沿海水域。在淡水和河口系统中,微塑料可以吸附PAHs、重金属、农药和其他有毒化合物,从而增加底栖生物的生物可利用性,并通过食物链对生态系统和人类健康构成威胁。因此,海滩沉积物充当了微塑料的汇和临时储存库,随着时间的推移整合了各种输入,并反映了当地的传输动态。在整个亚洲范围内,微塑料的分布反映了陆地来源、河流排放和离岸环流的共同影响,聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)一直被报告为主要聚合物(Ajay等人,2025年;Thibault等人,2025年)。
在海岸尺度上,微塑料的传输和沉积受到颗粒特定性质与水动力过程相互作用的影响。颗粒密度、大小和形状决定了它们对近岸区域风、波浪、水流和潮汐动态的响应(Kumar等人,2025年)。低密度聚合物通常随表面水流移动,而高密度聚合物更容易因生物污损而下沉;然而,由于垂直混合和再悬浮作用,浮力较强的微塑料经常出现在底部沉积物中,这表明仅凭聚合物密度并不能决定微塑料的最终命运(Jiang等人,2024年)。
尽管在水动力建模、颗粒追踪模拟和卫星遥感方面取得了进展,但由于颗粒行为的不确定性以及近岸过程的有限分辨率,特别是在具有强烈季节性和复杂海岸线形态的热带沿海系统中,对海滩层面微塑料沉积的预测仍然受到限制(Cai等人,2023年;Ma等人,2023年;Karimi等人,2024年;Raja等人,2024年;Mali等人,2025年)。
在东南亚地区,印度尼西亚群岛内的微塑料传输受到河流排放、季风风系统和区域海洋环流的共同影响。建模研究表明,从印度尼西亚河流释放的微塑料倾向于在主要岛屿附近积累(Iskandar等人,2024年;Nakano等人,2025年)。在雅加达等高度城市化的河流系统中,微塑料通量较高,而在印度尼西亚贯穿流(ITF)中观察到与密度分层和温度梯度相关的地下积累(Manullang等人,2024年)。区域调查显示,印度尼西亚群岛内的微塑料浓度存在显著的空间差异,东部水域的地下微塑料浓度高于爪哇北部,这突显了区域地形在塑造微塑料分布中的作用(Riani和Cordova,2022年)。
巴厘岛在这个区域背景下是一个动态但研究不足的系统。其海洋环境受季风风向变化、印度尼西亚贯穿流(ITF)以及大规模气候振荡(如印度洋偶极子(IOD)和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的调节,这些因素共同控制着表面水流、混合强度和季节性传输路径(Wijaya等人,2020年;Suntoyo和Wahyudi,2021年;Adhinugraha等人,2023年;Alkoiri等人,2024年;Widyananto等人,2024年)。因此,西南季风和东北季风之间的季节性转换预计会对巴厘岛海岸线的微塑料传输和沉积产生强烈影响(Wang等人,2021年;Hee等人,2023年;Kannankai和Devipriya,2024年;Carvalho等人,2025年;Prajapati等人,2025年)。
尽管巴厘岛具有重要的生态和社会经济意义,但很少有研究将卫星获取的海洋数据与基于地理信息系统(GIS)的空间分析相结合,以研究海滩层面的微塑料传输和沉积。基于此,我们假设受较强陆风和风影响的海滩会表现出更高的微塑料保留量,而受较弱水流和离岸风影响的地点则会出现更强的扩散和较低的积累量。我们进一步假设,季节性的水流方向变化和区域环流路径促进了来自巴厘岛北部、爪哇岛和龙目海峡的微塑料的长距离传输,从而导致东部、中部和西部海岸线的不同积累模式。
本研究通过结合基于现场的微塑料调查数据与卫星获取的海流和风数据,评估了巴厘岛三个代表性海滩——克拉马斯海滩(KB)、尼亚昂尼亚海滩(NNB)和巴兰甘海滩(BB)的空间和季节性沉积模式。利用哥白尼海洋环境监测服务(CMEMS)和哥白尼大气监测服务(CAMS)的数据集,评估了2024年1月至7月期间海滩沉积物中微塑料的物理特性以及海洋环流和河流塑料排放情况。通过将聚合物级别的特征分析与水动力驱动因素相结合,这项工作为了解季风主导岛屿系统中的微塑料传输提供了机制上的见解,并为巴厘岛及其他东南亚沿海地区的监测和缓解策略提供了支持。

部分摘录

微塑料的采样与特征分析

2024年8月初,我们在印度尼西亚巴厘岛的三个海滩采集了微塑料样本:KB(一个热门旅游景点)、BB和NNB(一个较少有人访问的海滩),没有设置空白对照样本(Manap,2025年)。在这些地点选择了17个采样点,每个点采集两个重复样本:KB的距离范围为100至130米,BB为70至110米,NNB为90至215米。由于现场采样期间海浪较大,共干燥筛分得到了251.33立方厘米的海滩沉积物。

微塑料合成聚合物的特征分析

本研究旨在探索海滩沉积物中微塑料的存在情况,重点关注空间模式和水动力控制因素,而不是对微塑料进行详尽的定量分析。鉴于热带环境中沿海采样的现场限制,分析策略优先考虑使用干筛分、视觉筛选和ATR-FTIR确认来回收和准确识别较大尺寸的微塑料颗粒(>212微米)。

结论

本研究提供了2024年1月至7月期间巴厘岛三个海滩微塑料污染的综合光谱-海洋学评估,结合了ATR-FTIR聚合物特征分析与CMEMS和CAMS提供的卫星水动力数据。在采样期间,海滩沉积物中的微塑料含量相对较低(<10个微塑料/千克干重),但仍出现了明显的空间模式。KB的海滩微塑料浓度最高(2.54±2.30个微塑料/千克干重),其次是NNB(2.04±2.49个微塑料/千克干重)。

CRediT作者贡献声明

莫哈末·拉希迪·阿卜杜勒·马纳普(Mohd Rashidi Abdull Manap):撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、可视化、验证、监督、软件使用、资源管理、方法论设计、调查实施、资金获取、数据分析、数据整理、概念构思。穆罕默德·伊巴杜拉赫曼·本·伊米赞(Muhammad Ibadurrahman bin Imizan):撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、可视化、软件使用、资源管理、方法论设计、调查实施、数据分析、数据整理、概念构思。贾尼克·维尔纳·达姆斯(Jannik Werner Dams):撰写——

资助

本研究得到了Putra-Inisiatif Putra Muda(GP-IPM/2023/9741500)和GP-Fast(GP-Fast/2024/9791800)的支持。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

作者感谢日本九州大学在收集FTIR光谱数据方面提供的宝贵支持。同时,我们也感谢来自曼彻斯特大学的穆罕默德·伊巴杜拉赫曼·本·伊米赞(Muhammad Ibadurrahman bin Imizan)和来自波恩大学的贾尼克·维尔纳·达姆斯(Jannik Dams Werner)两位学生在UPM Mobility Programme期间作为实习生所做的出色野外工作。此外,还要感谢Ramizah Azis、Abu Rayyan和Rayna的协助。

生物通微信公众号
微信
新浪微博


生物通 版权所有