深圳市全海岸线垃圾成分及其特性研究*

2020-05-09向静雅陈钦冬徐期勇

环境卫生工程 2020年2期

王倩，向静雅，陈钦冬，徐期勇

（北京大学深圳研究生院环境与能源学院，广东深圳 518055）

1 引言

近年海洋垃圾逐渐受到人们的关注。海洋垃圾是指海洋和海岸环境中具持久性的、人造的或经加工的固体废弃物［1，2］。众所周知，海洋垃圾对生物和人类健康是有害的，海洋垃圾会缠绕海洋生物或者被其摄入而影响海洋生物的健康［3，4］。海洋垃圾也影响了航运和海洋环境的美学价值，进而产生负面的社会经济后果［5］。海洋垃圾还可以作为某些污染物的载体，增加了有机和无机污染物的运输［6］。海洋垃圾最终会导致海岸线垃圾。

海岸线是海洋与陆地的分界线，是海水到达陆地的极限位置的连线，随潮水涨落而变动。因此，实际的海岸线应该是高低潮间无数条海陆分界线的集合，在空间上是一条带［7］。本研究的海岸线垃圾主要是指低潮线到海岸线基本无垃圾处这个区域的固体废物。海岸线垃圾是海洋垃圾的重要组成部分，我国有着约18 000 km 的大陆海岸线，海岸线附近聚集了我国40%以上的人口［8］。在海洋垃圾等污染威胁下，我国海岸线生态压力重重，然而目前关于海岸线垃圾的研究较少。

已有的海岸线垃圾研究主要集中在沙滩，赵肖等［9］收集水边或湿泥滩的边缘至植被覆盖区域的垃圾，研究沙滩垃圾的存量；韩孟迪等［10］通过在高潮线和低潮线之间设置采样点，研究大连黑石礁海滩垃圾的累积速率；Alshawafi等［11］选择100 m长的潮汐区，宽度从低潮线到海岸线，评估马蒂尔滨海湿地的垃圾；Lee 等［12］监测了韩国20 个沙滩的塑料垃圾存量，通过在后岸的植被或人工结构线与水边缘之间设置了3 个100 m 长的测量线（后海、中线和水边）进行采样。Rangel-Buitrago等［13］调查了哥伦比亚加勒比海沿岸亚特兰提克省的26 个海滩，在整个海岸沿线，共收集了7 597个海滩的垃圾，总重量达412 kg，垃圾平均丰度为2.9 个/m。Konecny 等［14］分析了加拿大海岸线清理（GCSC）组织沿着不列颠哥伦比亚省海岸的自愿清理（2013—2016），发现在隔离区和有裸露海岸线的地区，每公里海岸线的垃圾产生量较高，回收的垃圾大部分是塑料垃圾。但海岸线组成类型复杂，各类型之间的垃圾组成和分布存在差异，目前对海滩垃圾的研究未考虑到垃圾集中的植被区，并不能完全代表整个海岸线垃圾的污染情况。

深圳是位于南海之滨的超大经济中心城市，面临着沿海城市发展过程中海岸线垃圾污染问题。本研究以深圳260.5 km 海岸线为基础，通过对不同类型海岸线现场调研、采样分析，监测深圳市海岸线的整体垃圾分布情况，分析深圳市不同类型海岸线垃圾的数量、组成、来源以及分布特性，完善深圳海岸线垃圾的调研方法，明晰深圳海岸线垃圾的现状，为深圳海岸线垃圾的管理提供科学依据。

2 采样及分析方法

2.1 采样点的设置

深圳海岸线主要包括砂质、淤泥、生物、岩基和人工海岸线5 种类型。砂质海岸线主要是所有的沙滩以及碎石滩组成的区域。淤泥海岸线主要指深圳湾、西湾红树林公园、宝安区域以及大鹏的少量淤泥区域。生物海岸线主要指红树林植被区或者岸线上生长茂盛植被的海岸线。岩基海岸线为礁石区，其包含直立区域与大的礁石分布区，礁石区域中间可能有少量沙滩、石滩并未剔除。人工海岸线主要是人为影响很大的海岸线区域，包括港口码头和堤坝等海岸基本直立的区域。本次监测对深圳市海岸线先进行分层，然后再用随机抽样法确定最终样点，一共设置22 个样方点。表1 显示了2015 年深圳各海岸线类型的长度。值得注意的是，随着时间推移，不同类型海岸线长度会有一定变化。根据2018 年深圳市海岸线最新修测成果，全市海岸线总长260.5 km，其中人工海岸线为160.1 km，自然海岸线（砂质、淤泥、生物和岩基海岸线） 100.4 km，占比分别为61.5%、38.5%。本研究沿深圳海岸线的徒步路线如图1 所示。

表1 2015 年深圳海岸线类型统计

图1 徒步路线示意

2.2 采样方法

本研究在2019 年6—8 月，对22 个采样点进行了监测，本次采样总共有超过600 名志愿者参与。根据各类海岸线的具体情况，砂质海岸线、淤泥海岸线以及生物海岸线垃圾调查方法一致，岩基海岸线和人工海岸线的调查方法一致。

砂质海岸线、淤泥海岸线和生物海岸线垃圾监测方法如图2（a）所示，在选择的采样区域内设置调查断面。调查断面宽从低潮线到几乎无垃圾处，垂直于海岸线。长度一般为100 m，当某些地方垃圾比较多且长度较小时，长度可设置为50 m。将调查断面均分为近部、中部和远部3 部分，每部分均分成10 个样方，每个样方的长为10 m。在每部分随机选择2 个样方进行垃圾组成监测。同时，收集各部分样方外的垃圾碎片，分析垃圾碎片（＞2.5 cm）的总质量和总数量。

岩基海岸线和人工海岸线一般比较窄且垃圾相对集中，所以在该区域只设置调查断面，如图2（b）。调查断面宽度和长度的设置与砂质、淤泥和生物海岸线调查断面的设置方法相同。收集调查断面内所有＞2.5 cm 的垃圾碎片，进行垃圾组成、数量和质量分析。

图2 海岸线垃圾采样方法

2.3 分析方法

2.3.1 海岸线垃圾密度计算

按垃圾的组成成分将海岸线垃圾分为77 小类共9 大类（塑料、泡沫塑料、纺织、玻璃陶瓷、金属、纸类、橡胶、木制品和其他垃圾）。对整个调查断面内的海岸线垃圾（＞2.5 cm）进行计数、称质量，分别作为整个调查断面海岸线垃圾的个数和质量。

本次监测结果为海岸线垃圾的瞬时存在量，其中，单位面积垃圾数量（D1，个/km2）可以用以下方法进行计算：

式中：n 为被统计的目标物体的总个数，个；S 为调查样方的面积，km2。

单位面积的垃圾质量（D2，kg/km2）计算公式如下：

式中：m 为被统计的目标物体的总质量，kg；S 为调查样方的面积，km2。

2.3.2 海岸线垃圾来源分析

海岸线垃圾来源分析根据西北太平洋组织（NOWPAP）的统计方法，按人类海岸活动、航运/渔业类活动、医疗/卫生用品、吸烟用品、其他弃置物5 类对收集到的海岸线垃圾的来源进行统计，如表2 所示。

表2 海岸线垃圾来源分类

2.3.3 海岸线塑料垃圾热值分析

取适量塑料垃圾样品于烘箱中（60±2） ℃进行干燥预处理，干燥完的样品进行压片处理，称取压片样品0.15 g 左右（精确至0.000 1 g）于IKA®C 3 000 等温量热仪进行热值测定。

2.3.4 海岸线塑料垃圾氯离子的测定

取适量塑料垃圾样品用自来水进行清洗，清洗液经过0.45 μm 的滤膜过滤，过滤液用离子色谱仪（赛默飞公司）对其氯离子含量进行测定，淋洗液为4.5 mmol 碳酸钠和0.8 mmol 碳酸氢钠。

3 结果与讨论

3.1 海岸线垃圾组成特性分析

本研究以徒步的形式对深圳市260.5 km 海岸线上的垃圾分布进行了初步的整体考察，发现5个砂质海岸线总共收集了1.27×104个垃圾碎片，总质量为386.22 kg（海岸线垃圾实物如图3 所示）。莫妮珍等对广西沿海3 处海滩的海洋垃圾进行监测，测得的平均质量密度为151.78 kg/km2［15］。山东省海滩垃圾质量密度为1 255.52 kg/km2［16］。如表3 所示，深圳砂质海滩垃圾的平均质量密度为3.46×104kg/km2，远大于上述结果。

图3 海岸线垃圾实物

淤泥海岸线共收集到垃圾碎片4 648 个，总质量为172.79 kg。由表3 可知，淤泥海岸线垃圾的平均数量密度为1.43×106个/km2，平均质量密度为5.98×104kg/km2。

生物海岸线主要为红树林区，树枝密布，且基本都为淤泥，监测点共有2 个，分别为深圳湾日出剧场和福永红树林（位于西湾红树西端），其垃圾数量密度分别为7.29×105、4.33×106个/km2，质量密度分别为5.64×103、3.52×104kg/km2（表3）。生物海岸线共采集到塑料碎片3 937 个，总质量为31.33 kg。

岩基海岸线垃圾的平均数量密度为6.16×106个/km2，质量密度为9.54×104kg/km2（表3）。其中东涌岩基的数量和质量密度最大，分别为1.98×107个/km2和2.20×105kg/km2，远高于其他几个监测点，主要是因为东涌岩基监测点包括了一个长期无人清理的回水区，导致垃圾在此区域累积。

人工海岸线共采集到垃圾碎片3 507 个，总质量为90.61 kg。人工海岸线的第4 个监测点（南澳月亮湾）特别干净，所以其垃圾的数量和质量密度均为0（表3）。

表3 海岸线垃圾数量和质量密度

总的来看，砂质海岸线垃圾的平均数量密度（1.21×106个/km2）在5 种类型中最小，但大于东中国海（ESC）海滩垃圾的密度（31 001个/km2）［17］，也均大于上海海滩垃圾的平均密度（140 000 个/km2）［18］。岩基海岸线垃圾的平均数量密度（6.16×106个/km2）和平均质量密度（9.54×104kg/km2）在5 种海岸线类型中最大，推测原因可能是岩基海岸线的回水区地形特殊，积累了大量垃圾，长期无人清理，一些易破碎的垃圾在环境的作用下破碎成大量碎片，导致其数量和质量密度较大。可见岩基海岸线垃圾污染情况严重，对海岸线环境有很大的潜在影响，但是目前关于岩基海岸线垃圾的研究很少。所以，有必要进一步对各个海岸线垃圾的来源和组成进行分析，对海岸线垃圾的空间分布进行研究，明晰每种海岸线类型垃圾的来源、垃圾集中的区域及垃圾的组成特性。

3.2 海岸线垃圾的来源及空间分布

首先对深圳海岸线垃圾的来源情况进行了分析（见图4～5）。在5 种类型海岸线的监测点，大部分海岸线垃圾来源于人类海岸活动，约占82.67%，其中生物和岩基海岸线的人类海岸活动来源所占比例较大，分别为95.02%和92.82%，可能是因为人们游玩过程中丢弃或生活中沿海倾倒的垃圾，在洋流等条件作用下，被带到植被密布的生物海岸线或岩基海岸线的回水区，导致垃圾在这些区域的累积。其次是航运/渔业活动，约占7.03%，有大约2.85%的海岸线垃圾来源于其他弃置物，吸烟用品约占深圳海岸线垃圾来源的2.02%，来自医疗/卫生用品的海岸线垃圾所占比例最小，为0.43%。由此可见深圳海岸线垃圾主要受人类海岸活动的影响，人类海岸活动在海岸线垃圾的形成中起重要作用。

图4 海岸线垃圾来源的平均占比

图5 各类型海岸线垃圾的来源分析

在本次海岸线垃圾检测中，对砂质、淤泥和生物3 种海岸线垃圾的空间分布进行了研究，由图6（a）可知，砂质海岸线垃圾的空间分布，基本是远部的数量密度最大，说明砂质海岸线的垃圾主要集中在远部，一部分原因可能是大部分沙滩的远部都有植被，部分海岸线垃圾在台风等自然灾害的作用下被带到植被区，因长期无人清理，导致垃圾的积累。

从图6（b）可以发现，淤泥海岸线垃圾的空间分布差异明显，远部的数量密度最大，淤泥海岸线垃圾的空间分布基本为远部＞中部＞近部，可能是因为淤泥海岸线远部有很多人类活动产生的垃圾，平时难以清理。然而，生物海岸线垃圾的空间分布差异相比砂质和淤泥海岸线较小，如图6（c）。

图6 海岸线垃圾的空间分布

3.3 海岸线垃圾组成和特性表征

由图7 可知，砂质海岸线的垃圾主要为塑料（54%），其次是泡沫塑料和玻璃陶瓷，橡胶和木制垃圾最少，为1%，与ESC 海滩垃圾的组成相似，其塑料类占49%［17］。淤泥海岸线中玻璃陶瓷占比最大（43%），塑料居第2（42%），主要是因为实际采样中，淤泥海岸线有很多玻璃酒瓶碎片。生物海岸线的垃圾数量组成中，塑料所占比例最大（66%），其次是泡沫塑料（23%）。岩基海岸线垃圾主要由泡沫塑料（54%）、塑料（26%）和玻璃陶瓷（12%） 3 类组成。人工海岸线垃圾中塑料和泡沫塑料所占比例相当，分别是47%和45%，其他种类所占比例均很小。

图7 海岸线垃圾数量组成

通过上述结果可以发现，塑料是深圳海岸线垃圾的重要组成部分，由于人工海岸线的垃圾相对较少，主要对除人工海岸线外的其他4 种类型的海岸线的塑料垃圾进行相关特性研究。

已有研究者测得PS、HDPE、LDPE、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、PVC 几种常见塑料的高位热值，其值分别为41.29［19］、46.36［20］、43.10［21］、45.77［22］、23.09［20］、21.68 MJ/kg［23］。本研究测得的砂质、淤泥、生物和岩基海岸线塑料垃圾的热值分别为43.78、31.90、35.39、42.82 MJ/kg，与上述研究者测得的生活中几种常见塑料的热值相近，这也说明深圳海岸线垃圾主要来源于人类海岸活动。由图8 可以发现，无论是砂质海岸线还是淤泥海岸线，其塑料垃圾的氯离子含量均呈现近部＞中部＞远部，可能是因为近部靠近海水，所以其塑料垃圾的氯离子含量比中部和远部均大。Iñiguez 等［24］通过在海水中浸泡PP、聚乙烯（PE）、PET 和尼龙塑料样品，发现浸泡12 个月后，PE 的氯离子含量最大，约为3.81 mg/g。本次调研的砂质海岸线近部氯离子含量（3.65 mg/g）和此值相近，淤泥海岸线近部（12.46 mg/g）和中部（7.21 mg/g）的远大于此值，而氯离子含量和塑料热解时氯苯（ClBzs）、氯苯酚（ClPhs）、多氯联苯（PCBs）和二噁英（PCDD/Fs）的形成密切相关［25，26］。