山东威海典型岸滩海滩垃圾分布特征与来源分析

张长炜,徐艳东,朱金龙,孙 伟*,李焕军,魏 潇,王 菡1,,聂超辉1,,由丽萍

(1.上海海洋大学海洋科学学院,上海 201306;2.山东省海洋资源与环境研究院,山东 烟台 264006;3.江苏省灌云县农业技术推广中心,江苏 灌云 222200)

引 言

海洋垃圾是指人造的或经加工的在海洋和海滩环境中被丢弃的持久性的固体物质[1]。随着人们对海洋沿岸不断地开发利用,海洋垃圾等污染物对海洋生态系统和生物资源损害日趋严重[2]。海洋垃圾不仅破坏了旅游海滩的美学价值,而且对运输业、渔业和旅游业等产业造成了一定程度的负面影响[3]。海洋垃圾主要包括海滩垃圾、海面漂浮垃圾和海底垃圾,其中海滩垃圾直接对海岸带生态系统健康以及旅游岸滩景观价值产生负面影响[4]。国内外研究表明,海滩垃圾存量较高且以塑料类为主,如比利时海滩垃圾碎片最高平均密度可达6 429±6 767万个/km2[5],其中塑料垃圾约占95%;南非的海滩垃圾密度约为3.74万个/km2,塑料类垃圾数量约占83%,而且旅游海滩塑料垃圾的种类多样[6];我国北方的山东省7处主要典型岸滩的海滩垃圾密度约为7.59万个/km2[7]。针对山东的某一具体海滩,Pervez等[8-9]通过海滩垃圾回收装置的方法调查统计了青岛第一海水浴场与石老人海水浴场的海滩垃圾存量分别为4 476个和11 528个,总质量分别为330.2 kg和218 kg;赵新月[10]利用红外光谱仪在桑沟湾区域分析了塑料类垃圾组成成分,其中聚乙烯纤维绳(29%)、聚丙烯薄膜绳(24%)和聚苯乙烯泡沫类(13%)占比较高;Zhou等[11]调查了日照万平口等海滩,其海滩垃圾数量和质量密度分别为25.91万个/km2和3 413.9 kg/km2。

威海市位于山东半岛的东端,东、南、北三面临海,海岸线长约985.9 km,其中砂质岸线117.29 km[12]。威海市经济发达,涉海产业众多,支柱产业主要以现代化制造业、海洋产业以及旅游度假业为主[13]。统计数据显示,威海市2019年总人口283.6万人,全年接待旅游总人数达5 100余万人次[14]。从产业以及人口数量等方面来看,这都会对威海市海洋环境造成负担。虽然目前已有对威海市海滩垃圾的研究,但主要限于某些特定区域海滩垃圾的统计,且对威海市区域海滩垃圾的存量和分布研究相对较少,特别是从长时间尺度研究威海市海滩垃圾的丰度和来源等资料鲜有报道。本研究通过对威海市主要典型岸滩的海滩垃圾的系统分析和深入研究,掌握了威海市海滩垃圾的种类、组成、丰度等特征,对海滩垃圾来源进行了初步源解析,并针对岸滩特点提出具体化应对建议,为进一步防治海洋垃圾和制定针对性治理措施,改善海洋生态环境提供基础数据和技术支撑。

1 监测区域与方法

1.1 监测区域

2020年6月,综合考虑了威海市海洋垃圾历年监测区和威海市其他较为典型的岸滩,对威海第二国际海水浴场、威海国际海水浴场、金海滩海水浴场以及威海海上公园等4处典型岸滩进行了海滩垃圾的监测与研究。根据《海洋垃圾监测与评价技术规程(试行)》[1]中的断面布设原则,在监测区域为长度≤2 km的海滩,宜布设≥2个监测断面,监测断面应均匀分布于监测区域。共布设海滩垃圾断面6条。具体监测区域见图1和表1。

表1 威海市海滩垃圾监测断面

图1 威海市海滩垃圾监测断面布设示意图

1.2 样品采集

对监测的岸滩随机选择海滩垃圾调查断面,样品采集在低潮位前后3 h内完成。海滩垃圾调查断面宽度为5 m,长度为从浸水边际线至平均高潮线处或植被覆盖区域(图2),在调查断面的四个顶角分别插入标签棍并用标签绳连接,由2—3名监测人员并排往返多次采集海滩垃圾样品。样品采集时,对于人力无法搬动的大块或特大块垃圾可现场测量及称重,对于易破碎的小型垃圾样品小心放入样品瓶中,其余垃圾样品可收集至样品袋内带回。记录采样时间、经纬度、海滩长度及宽度、岸滩临近海洋功能区等相关信息。根据监测岸滩的实际状况,应设置平行样品采集断面以保证数据可靠性。

图2 海滩垃圾监测断面布设示意图

1.3 样品处理与分析

按照《海洋垃圾监测与评价技术规程(试行)》[1]对采集到的样品进行分类、测量以及数据记录。将海滩垃圾碎片进行简单清洗、分类、计数、测量并称重,样品分类以及测量方法包括目视法以及镜检法等。在实验室进行样品统计和分析时应注意对易碎垃圾的保护,小心清除样品携带的泥沙,布类、泡沫类等吸附类海滩垃圾,需用纯净水冲洗后在30—40 ℃条件下烘干样品所含水分再进行称重。海滩垃圾碎片可分为塑料类、聚苯乙烯泡沫塑料类、玻璃类、金属类、橡胶类、织物(布)类、木制品类、纸类和其他人造物品及无法辨识材料类,垃圾碎片测量规格分为:小块垃圾(尺寸>0.5 cm且<2.5 cm)、中块垃圾(尺寸≥2.5 cm且≤10 cm)、大块垃圾(尺寸>10 cm且≤1 m)和特大块垃圾(尺寸>1 m)。海滩垃圾的密度统计主要包括海滩垃圾数量密度以及质量密度等,见公式:

式中,D为海滩垃圾密度,单位为个/km2或kg/km2;n为海滩垃圾的总数量或总重量,单位为个或kg;li为第i个监测断面的长度,单位为km;k为监测断面数量;w为监测断面宽度,单位为km。

海滩垃圾样品源解析采用西太平洋组织(NOWPAP)的统计方法(表2)[15-16],其来源包括人类海岸活动、航运/捕鱼活动、吸烟用品、医疗/卫生用品、其他废弃物等五个方面。

表2 海洋垃圾来源分类表[15-16]

表3 威海市海滩垃圾断面数据统计

2 结果与讨论

2.1 威海典型海滩垃圾种类特征

威海典型海滩垃圾样品按垃圾材料类型可分为塑料类、聚苯乙烯泡沫类、金属类、木制品类、纸类、其他类和织物(布)类共7类,未发现玻璃类和橡胶类垃圾(图3)。按数量统计,塑料类数量最多(73.93%),其次为聚苯乙烯泡沫类(10.12%),其余5类海滩垃圾约占总量的15.95%,织物(布)类垃圾数量最少(0.78%)。按质量统计,塑料类垃圾质量占比最高(59.68%),其次为其他人造物品类(15.26%),其余5类垃圾共约占总质量的25.06%,织物(布)类垃圾占比最小(1.37%)。本调查结果表明,塑料类垃圾是海滩垃圾的主要组成成分,这与印度洋圣布兰登珊瑚环礁区域(塑料类垃圾数量占79%)[17]、美国夏威夷海岸沙滩(塑料类垃圾占海洋垃圾总重的72%)[18],南非旅游海滩(塑料类垃圾数量占83%)[6]等调查结果相一致。按断面统计,在6个海滩垃圾监测断面中(图4),断面1、2、4和6的塑料类垃圾所约占比例超过80%,这表明塑料类垃圾普遍存在且存量较大,需采取措施重点处理塑料类海滩垃圾。金属瓶盖(图5-a)等金属类垃圾集中在断面5,约占该断面海滩垃圾的47.06%,超过其余5个断面金属类垃圾的占比数量,说明断面5可能存在游客无序聚餐等活动,应加以重点防范。在断面2、3、4和6中发现存在的木制品及金属类海滩垃圾具有尖锐的木刺或金属角,应及时捡拾此类垃圾,避免划伤游客。按规格统计(图6),调查的4处海滩垃圾多为中块垃圾(尺寸≥2.5 cm且≤10 cm),中块塑料类垃圾种类以香烟过滤嘴(图5-d)以及塑料包装(图5-f)等为主,金属类垃圾以金属瓶盖为主,无小块以及特大块垃圾。

图3 威海市海滩垃圾数量及质量占比

图4 威海市各海滩垃圾断面丰度图

图5 威海市部分海滩垃圾样品(a.金属瓶盖;b.渔网;c.砖块;d.香烟过滤嘴;e.浮漂;f.塑料包装)

图6 威海市海滩垃圾种类规格图

2.2 威海市海滩垃圾丰度特征

威海市4个典型海滩垃圾数量密度平均为15.18万个/km2,质量密度为259.38 kg/km2。按断面统计,断面5海滩垃圾数量密度最高,为23.85万个/km2,其次为断面3、断面2、断面4以及断面6,其海滩垃圾数量密度分别为18、17.2、17.14、12.66万个/km2,断面1海滩垃圾数量密度最低,仅为8.42万个/km2;断面1海滩垃圾质量密度最高,为589.47 kg/km2,其次为断面2、断面4、断面3以及断面6,其海滩垃圾质量密度分别为255.81、225.71、132、126.67 kg/km2,断面5海滩垃圾质量密度最低,仅为105.26 kg/km2。分析表明,断面2、3、4和5海滩垃圾数量密度均高出平均水平,需提高海滩垃圾回收效率。断面1为处于开发状态的海滩,存在有重量较大的建筑类垃圾(图5-c),导致海滩垃圾质量高出平均水平。威海市岸滩环境总体环境状况相对较好,大多低于文献报道的国内外不同地区海滩垃圾密度。其中中国深圳、地中海土耳其东部、克罗地亚、以色列地中海海岸、智利等地区垃圾数量密度水平比本次调查高出1～2个数量级,而皮特凯恩群岛早在20年前海滩垃圾数量就已超过现今威海市垃圾存量水平(表4)。查询文献可知,目前海滩垃圾调查大多采用随机区域的海滩垃圾取样,取样范围等存在一定的差异,如智利海滩垃圾断面采用3×3 m的小区域[27],摩洛哥海滩垃圾调查分季度采用100×20 m断面[30]。本研究采样断面亦是建立在随机选取的基础上,均可客观反映所在区域海滩垃圾的丰度水平。

表4 国内外不同地区海滩垃圾丰度

2.3 威海市海滩垃圾来源分析

威海市6个海滩垃圾断面来源统计分析结果(表5)表明,来源于人类海岸活动的海滩垃圾数量最多(42.8%),其次为吸烟用品(21.01%),航运/捕鱼活动、其他废弃物的海滩垃圾分别占20.62%、15.18%,来源于医疗/卫生用品的海滩垃圾数量最少(0.39%)。总的来说,约79.38%的海滩垃圾来源于陆地,输入方式包括外流河冲刷、风携带、人类丢弃或遗失等,这些可归为人类陆地活动,其他的(20.62%)来自于海上运输业及海上捕捞养殖活动。

表5 威海市海滩垃圾断面NOWPAP数据统计

需要注意的是,来源于吸烟用品类垃圾数量较大(21.01%),且普遍存在于具有旅游功能的海滩中,这表明游客存在将香烟过滤嘴随意丢弃的行为。香烟过滤嘴(图5d)主要为醋酸纤维素成分,是在催化剂作用下进行酯化而得到的一种热塑性树脂,文献报道中一般将其作为塑料类海洋垃圾[31]。香烟过滤嘴含有尼古丁、焦油等有毒有害物质,其大量存在会影响海滩的美观以及旅游价值,并一定程度提高了海滩的生态风险。渔具垃圾约占海滩垃圾来源组成的20.62%,主要来源于海上渔业养殖生产中遗弃或丢失的渔具渔网(图5b)、浮球以及绳索等随海水输运至海滩,这种输入方式使得海滩均存在一定数量的渔业垃圾,具有普遍性。世界动物保护协会(WSPA)发布第二版《海洋“幽灵渔具”污染研究报告》显示,全球每年丢弃在海洋中的渔具碎片约有8×108kg,占海洋塑料污染总量的10%[32]。废旧渔网渔具等海洋垃圾材质大都为塑料成分,强度高韧性大,自然降解速度极慢,对海洋生物及生态环境危害巨大,会影响海洋生物的生存与海洋生态系统的稳定。

2.4 威海市海滩垃圾时空分布特征

根据本研究与《中国海洋环境状况公报(2009—2017)》《中国海洋生态环境状况公报(2018—2019)》《山东省海洋生态环境状况公报(2009—2019)》以及孙伟等[7]统计结果对比表明(图7和图8):威海市2009—2019年11 a间海滩垃圾平均数量密度低于同期中国以及山东省海滩垃圾平均水平,三者在2018年以后均有大幅增长;威海市多年海滩垃圾平均质量密度高于前两者,在2014年三者海滩垃圾质量皆达到峰值,之后均明显下降。威海市2009—2019年11 a间仅进行了第二国际海水浴场海滩垃圾监测[7,33],为本次调查岸滩其中之一。分析第二国际海水浴场样品数据表明该岸滩2009—2020年12 a间海滩垃圾同样表现出数量密度逐年增多,质量密度逐年下降趋势;数量密度增多、质量密度下降的原因与海滩功能的变化密切相关。根据《山东省海洋功能区划(2011—2020)》部分监测岸滩临近海域兼备海洋保护区、农渔业区、旅游娱乐区及港口航运区等多种功能区[34],涉及渔业养殖、旅游、航运、岸滩设施建设等多种人类活动。随着岸滩整治及旅游设施的完善,这些岸滩向单一的旅游功能转变,人为活动造成轻质类塑料垃圾增多,从而表现出海滩垃圾总体数量多、质量轻的特点。

图7 海滩垃圾数量年际变化特征[7,33,35-36]

图8 海滩垃圾质量年际变化特征[7,33,35-36]

3 结论与建议

(1)威海典型岸滩海滩垃圾调查数据分析结果表明,威海海滩垃圾平均数量密度为15.18万个/km2,质量密度为259.38 kg/km2。海滩垃圾中塑料类垃圾的数量和质量占比均为最高。威海典型岸滩海滩垃圾呈现数量多、质量轻的特点。威海市多年间海滩垃圾总体呈现数量逐年增长、质量逐年下降趋势,多年来威海市海滩垃圾种类和数量变化与海滩开发活动转变密切相关。

(2)断面3(威海国际浴场)、断面4(威海金海滩海水浴场)、断面6(威海海上公园)等采集样品中香烟过滤嘴等有毒有害垃圾赋存量较高,需要重点管控游客的吸烟行为。断面5(威海海上公园)采集样品中金属瓶盖赋存量较高,需重点管控饮酒等聚餐行为。渔业用具垃圾大量存在于威海海滩,需进一步规范渔业养殖行为。断面1(第二国际海水浴场)海滩垃圾质量较高,需重点管控建筑类垃圾的回收利用。塑料包装以及食品包装塑料多属于人为丢弃垃圾,应及时出台相应的管理制度,增强游客环保意识从而减少海滩垃圾。

(3)针对海滩垃圾影响海滩的旅游价值和生态环境这一问题,建议通过以下多种方式有效减少海滩垃圾的产生。

①加大吸烟监管力度,减少烟蒂乱丢行为:设立海滩无烟区以及吸烟专用场所,将烟蒂集中处理;在《公共场所控制吸烟条例》明确指出海滩为禁止吸烟场所,推行“禁烟令”,加强人员监督;设置禁烟标语以及广播,增强海滩游客的禁烟意识。

②对游客以及渔民进行宣传,加强废旧渔网渔具无害化处置与回收再利用:在海边酒店、沿海公交车等游客场所设置环保广播,提醒游客注意海滩环保;每年休渔期,开展船长培训课程,讲解海上环保措施。将废弃渔具渔网进行有效回收和循环利用,进而恢复再生成新的产品,将其危害降到最低程度。

③提高海滩垃圾回收效率:海滩垃圾的回收效率直接影响海滩旅游价值以及海洋环境,可以通过当地开展垃圾回收活动,例如组织志愿者进行海滩垃圾清理活动、社会公益组织开展定期的海滩环卫活动,减少海洋垃圾的产生。