微塑料对红树林生态系统的影响研究进展

陈威 王欣宇 吕宝强

摘要  红树林生态系统是沿海生态系统中独特且重要的环境组成部分。然而，微塑料作为新型环境污染物通过不同方式进入红树林系统中，已经成为红树林面临的一项严重挑战。分析了微塑料对红树林生态系统的影响，总结了红树林生态系统中微塑料分布特征、微塑料对红树林生态系统的影响、红树林生态系统中微塑料分布影响因素、微塑料在红树林生态系统中的归宿，最后对红树林生态系统中微塑料的研究方向进行了展望。提出确立微塑料监测方法和检测标准、评估红树林中微塑料生态风险、建立微塑料污染治理和管理措施、微塑料模型预测、探索修复与去除策略和研究微塑料与海洋生态系统碳循环的相互作用6个研究，可为未来红树林微塑料领域研究重点和污染控制提供借鉴。

关键词  红树林；微塑料；影响；碳汇

中图分类号  S718.55   文献标识码  A   文章编号  0517-6611（2024）07-0005-05

doi： 10.3969/j.issn.0517-6611.2024.07.002

Research Progress on the Effects of Microplastics on Mangrove Ecosystems

CHEN Wei1， WANG Xinyu2，3 ，L? Baoqiang3

（1.Bureau of Natural Resources and Planning of Pingyang，Pingyang，Zhejiang 325088；2.State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment， School of Environment， Harbin Institute of Technology， Harbin，Heilongjiang 150090；3.Wenzhou University，Wenzhou，Zhejiang 325035）

Abstract  The mangrove ecosystem is a unique and important component of coastal ecosystems.However， microplastics， as a new type of environmental pollutant， enter the mangrove system through various pathways and have become a serious challenge for mangroves.This article analyzes the impact of microplastics on the mangrove ecosystem， including the distribution characteristics of microplastics in the mangrove ecosystem， the effects of microplastics on the mangrove ecosystem， the influencing factors of microplastic distribution in the mangrove ecosystem， and the fate of microplastics in the mangrove ecosystem.Finally， the research directions for microplastics in the mangrove ecosystem are discussed.Six studies were proposed to establish microplastic monitoring methods and detection standards， evaluate the ecological risks of microplastics in mangroves， establish measures for microplastic pollution control and management， predict microplastic models， explore remediation and removal strategies， and study the interaction between microplastics and carbon cycling in marine ecosystems.This study provides references for future research priorities and pollution control in the field of microplastics in mangroves.

Key words  Mangrove；Microplastics；Effects；Carbon sink

紅树林主要生长在亚热带和热带海岸的潮间带，被广泛认为是陆地和海洋之间污染物的重要缓冲区［1-2］。是碳封存、食物和水供应、海岸保护和海洋生物栖息地、环境净化和气候调节等重要生态服务的主要提供者［3］。由于过度开发，红树林栖息地转变为农业、定居点和工业用途，红树林面临着不同程度的威胁［4］。微塑料（microplastics，MP）作为一种新兴的、鲜为人知的污染物，引起了世界各地研究人员的关注［5］。这种污染很普遍，而且可能在未来有增无减［6］。自1950年代以来，中国红树林中的微塑料丰度呈指数级增长，预计2030年微塑料存量将增加2.38～9.54倍［7］。微塑料通过陆地或海源来源汇集到红树林地区［1］，其携带的用来改善性能和耐用性的各种添加剂可能被释放出来，对红树林系统产生毒性［8］。而微塑料吸收的有机物污染物产生的危害更大［9］。红树林中微塑料还能富集抗生素抗性基因和潜在的致病菌［10］。红树林可能是细菌抗生素耐药性和多重耐药性出现和传播的潜在风险之一，而微塑料生物膜可能是细菌抗生素耐药性的促进者［11］。微塑料的存在改变了沉积物微生物群落结构和氮循环过程［12］。在全球塑料产量和塑料污染剧增的背景下，关于微塑料对红树林生态系统影响研究也迅速增加，然而微塑料对红树林生态系统影响仍然很有限，对于该领域研究的现状、热点等问题需要进一步探索。

该研究通过web of science检索2019—2023年微塑料污染对红树林生态系统影响的相关文章，总结了目前微塑料对红树林系统的研究动态、热点和发展趋势等，进而为微塑料对红树林生态系统的影响及其应对策略等研究提供参考。

1 红树林生态系统中微塑料的分布特征

红树林可作为海洋垃圾的陷阱［13］，对微塑料具有生态拦截作用［14］。大多数研究关注红树林中微塑料的分布特征。研究红树林中微塑料的分布特征可以指导采取相应的控制污染措施。研究表明，微塑料在红树林中分布特征复杂多样，可在红树林系统的各个组成部分中被发现，包括水体、沉积物和生物体中。

1.1 水体中

红树林水体中的微塑料含量可能来自附近陆地和海洋。微塑料颗粒可以随着河流流入红树林水体，也可以通过海洋漂流或潮汐运动进入红树林水域。厦门西溪红树林地表水中含有微塑料 丰度为620 ～ 13 100 个/m3［14］。牙买加金斯敦港地表水中微塑料浓度范围为 0～5.73个/m3， 这对在该地区产卵的海洋生物具有潜在威胁，也威胁现有红树林生态系统的寿命［15］。孙德尔本斯（Sundarbans）是世界上最大的红树林，其水体中微塑料丰度2.66×103 个/L［16］。水体中的微塑料可能对红树林中的水生生物产生直接影响。

1.2 沉积物中

微塑料在红树林的沉积物中广泛存在。它们可以通过水流、风力和潮汐运动等方式从陆地或海洋中输入红树林的沉积物中。微塑料颗粒大小不一，从纳米级到毫米级都可能存在。它们可能集中在沉积物表面或深入沉积物内部。我国华南沿海红树林沉积物（涨潮线）中微塑料丰度为47～35 000个/kg，时空分布与风向、河流径流、旅游和渔业活动有关［17］。人工红树林中MP丰度范围在（67±21）～（203±25）个/kg［18］。伊朗的红树林沉降物中共鉴定出2 657种不同大小、颜色、形状的塑料颗粒，主要为聚苯乙烯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯［19］，这也引发了人们对红树林微塑料污染的担忧。另一研究结果显示，印度尼西亚Muara Angke野生动物保护区红树林沉积物样本中都含有微塑料颗粒［20］。雷州半岛红树林中沉积物中微塑料丰度为6.40～255.57个/kg［21］。

1.3 生物体中

微塑料也可以被红树林植物吸收或附着在其表面。通过根系吸收，微塑料可能进入红树林植物的组织中。此外，微塑料颗粒也可以黏附在植物的叶片、枝干和树皮等表面[4，22］。此外，一些动物也可能因为在红树林中寻找食物时与微塑料接触而受到影响［23］。红树林生态系统是Periophthalmus waltoni最重要的栖息地之一，伊朗南部红树林中Periophthalmus waltoni魚体内分离出15种微塑料［19］。北部湾红树林中底栖生物Ellobium chinense中微塑料的含量为（95.6±5.0）个/kg［24］。孟加拉国孙德尔本斯红树林中20种鱼类和贝类的肌肉和胃肠道中均发现了微塑料［25］，其中底栖和底栖物种受到的污染更严重。我国华南最大的红树林湛江红树林湿地中，32种鱼类中有30种存在微塑料，这项研究表明微塑料在红树林鱼类中的广泛存在［26］。

2 微塑料对红树林生态系统的影响

微塑料对红树林生态系统的影响是一个复杂且多方面的问题。了解和评估微塑料对红树林的影响对于保护红树林生态系统的健康和可持续发展至关重要，可以为制定相应的管理和保护策略提供科学依据，有助于减少微塑料对红树林生物多样性、生态功能和生态系统稳定性的潜在影响。

2.1 对红树林生长的影响

微塑料对红树林生态系统的影响包括直接影响和潜在影响，例如土壤质量的下降、水体污染和植物生长受限等。微塑料直接影响为植物部位积累并阻碍养分吸收［22］。微塑料的存在会改变土壤的物理和化学性质，可能会影响植物群落组成。微塑料能够导致红树林海水和沉积物的物理化学组成发生变化，破坏土壤的结构［27］。微塑料还能抑制植物的光合作用从而影响红树林植物生长［28］。红树林在全球范围内被大量塑料垃圾污染，微塑料所形成的塑料际（plasticsphere）是新的生态位，微塑料与根际微生物之间的相互作用可能会影响红树林植物的生长和健康［29］。此外，红树林中微塑料了携带Cr、Zn、Pb、Cd等重金属，成为重金属的载体［30］。微塑料的释放和降解还可能导致水体污染，危及红树林生长。

2.2 对生物多样性的影响

微塑料对生物群落丰度和红树林生产有负面影响［31］。它们可以被红树林动植物误食，导致消化道堵塞、毒素释放和能量摄取减少。微塑料的存在还可能改变物种的行为和生态位，对红树林中的生态平衡造成影响。红树林中草食性蜗牛与叶片总的中塑料和微塑料丰度和具有相同的特征的比例呈显著正相关，并抑制蜗牛替体内细胞转导［32］。红树林的微塑料威胁着鱼类和软体动物的生存［33］。孙德尔本斯在水、沉积物和鱼体中受到微塑料的污染，其数量比任何其他研究描述的都要多，对生态和野生动物构成了更大的风险［16］。对湛江红树林沉积物微生物群落结构分析发现，微塑料可能会影响沉积物中微生物的多样性和丰富度［34］。

2.3 对碳汇的影响

红树林是重要的碳汇，具有显著的碳吸收和储存能力。然而，红树林中微塑料的存在可能对其作为碳汇的功能产生一定的影响。这是一个新型的研究领域，目前缺乏全面的了解，微塑料的污染可能对红树林生态系统的健康和碳吸收能力产生负面影响。首先，微塑料的存在可能对红树林植物的生长和生理过程产生负面影响。微塑料颗粒的积聚可能阻塞植物的气孔，影响气体交换和光合作用，从而降低植物的生长和碳吸收能力。其次，微塑料的存在可能对红树林土壤的碳循环产生影响。微塑料颗粒可以在土壤中积聚，并影响土壤微生物的活动和土壤有机质的分解速率。这可能导致土壤碳的释放或减少，从而影响红树林作为碳汇的能力。沉积物中微塑料通过改变碳通量和碳封存影响全球海洋碳汇变化［35］。香港沿海沉积物中微塑料对不同深度的沉积物碳库的贡献估计值为0.001%～1.197%，为沿海沉积物的碳储量做出了隐藏的贡献［9］。对于总的沿海蓝碳系统来说，微塑料数量的增加有可能影响有机碳封存，微塑料的高丰度和毒性增加了沿海蓝碳系统的健康和可持续发展［36］。此外，微塑料颗粒在红树林湿地中的沉积可能导致底栖生物受影响。底栖生物是红树林生态系统中重要的环节，它们参与有机质的分解和碳循环过程。微塑料对底栖生物的影响可能影响其生态功能，进而影响红树林湿地的碳循环和碳汇能力。

3 红树林生态系统中微塑料分布影响因素

3.1 物理因素

红树林环境具有独特的水动力学、潮汐和盐度等物理特征，这可能对微塑料的命运产生影响。研究这些环境因素对微塑料行为和分布的影响，有助于更好地理解微塑料在红树林中的迁移和积累规律。例如，河流的流速和潮汐的涨落可以影响微塑料在水体中的輸运和沉降，从而影响其在红树林中的分布。北部湾的红树林中表层沉积物样本中微塑料丰度从低潮带向高潮带逐渐增加，且丰度与颗粒有机碳显著相关［37-38］。在红树林的不同区域，涨潮和退潮期间潮汐流速度和微塑料含量之间具有很强的线性关系，此研究结果强调在探索红树林生态系统中微塑料分布的机制时，应考虑潮汐流速度和潮汐范围［39］。赤道地区（新加坡）海岸微塑料分布受季风和集水区特征影响，沉积物的MP和降雨量存在反比关系［40］。

3.2 生物因素

红树林生物活动对微塑料的分布也可能起到重要作用。动物的活动，例如摄食，可以改变微塑料的沉积和分布方式。此外，生物的生理特征和行为习性也可能导致微塑料在红树林生物体内的富集和转移。红树林生物种类繁多，也可作为微塑料的储存库。红树林中定居的海洋生物捕获微塑料存储在体内［1］。原始红树林调查中发现海绵中MPs丰度（1 861～3 456个/kg），远高于沉积物和海水中［41］。红树林中植物在保留微塑料方面发挥着不可替代的作用，华南保护区红树林边缘的微塑料和纤维总量明显高于其内部和泥滩，而微塑料的丰度和Sonneratia spp.的气团密度之间存在显著的正相关性。Sonneratia caseolaris林分的森林内部发现的纤维和 PET 明显多于S.apetala林分［42］。

3.3 人类活动

红树林周边的污染源和人类活动会直接或间接地影响微塑料的分布，包括水产养殖、农业和居住生活等［37］。塑料垃圾的排放、塑料制品的使用和塑料生产过程中的漏损都可能导致微塑料进入红树林生态系统。印度城市红树林土壤、沉积物和水中发现了微塑料，且聚合物是那些几乎没有被回收的聚合物［43］。此外，旅游、渔业和沿海开发等人类活动也可能增加微塑料在红树林中的存在。微塑料丰度与人口密度及国内生产总值呈显著正相关［44］。乐清湾红树林沉积剖面中微塑料丰度随着深度的增加而降低，受工业水平提高的直接影响，主要来源是径流输入［45］。雷州半岛海岸红树林沉积物中微塑料丰度高的主要原因是人口稠密的城市居民和流动游客［21］。越南北部红树林沉积物岩心深度低于70 cm的样品中为观察到微塑料，这也反映了人类活动对微塑料污染的影响［46］。

综上所述，红树林中微塑料的分布特征受到多个因素的综合影响。理解这些影响因素对于评估微塑料在红树林生态系统中的风险和采取适当的管理措施至关重要。进一步的研究和监测工作有助于深入了解红树林中微塑料的分布规律和影响机制。

4 微塑料在红树林生态系统中的归宿

4.1 积累

红树林植被积累微塑料［47］，红树林沉积物对微塑料具有捕获作用［45］，根系和树干等结构可以捕集和积累微塑料颗粒。红树林的根系网络和纵向生长能力使其成为微塑料的陷阱。这种捕集和积累作用可以减少微塑料进入红树林水体和其他生态系统的可能性，起到一定程度的净化作用。微塑料颗粒倾向于在红树林水体中沉降，并富集在底泥和植物表面等区域。红树林的树根和树干结构可以拦截微塑料颗粒，并促使其在红树林中积累。粤港澳大湾区红树林微塑料分布调查中发现红树林森林边缘的微塑料丰度高于森林内部［48］。已有研究表明，红树林在微塑料从河流到海洋的运输中具有截留作用。红树林对河流微塑料的截留率旱季为12.86%～5600%，雨季为10.57%～42.00%。密度高、体积大、形状规则的微塑料更容易被截获。此外，生态指标、红树林特性和水动力因素的综合影响共同决定了微塑料的截留率［49］。

4.2 迁移

微塑料颗粒在红树林水体中可以通过水流、潮汐和海浪等因素发生迁移和转运。了解微塑料在红树林不同媒介中的迁移过程，有助于揭示其在红树林生态系统中的分布模式和传输途径。红树林一些生物可能会误食红树林中的微塑料颗粒，从而使微塑料进入食物链并传递到更高层级的生物中。在亚热带红树林生态系统中发现微塑料丰度随着营养级的增加而增加，微塑料已被证明在不同的营养级之间转移，在连续营养级中存在生物放大［50］。水分渗入和土壤动物活动可引起微塑料向下迁移［51］。微塑料可通过食物链进行迁移，微塑料进入植物或动物体内，被人摄入，排出体外完成微塑料的迁移过程［52-53］。

4.3 降解

红树林环境中的物理、化学和生物过程可能促进微塑料的降解和转化。例如，风化［54］、紫外线［55］、热处理［56］和微生物［57］的作用可能导致微塑料颗粒的分解和降解，使其逐渐转化为较小的颗粒或化学物质。红树林中塑料碎片分解成微塑料，微塑料随后被生物降解，微塑料生物降解受微生物特性和环境因素的影响，且涉及多种生化反应［58］。红树林生态系统中微生物种类繁多，目前已发现降解PE的细菌和真菌［59-60］。原位培养试验证明，1个月培养后9种微塑料基质中3种发生了降解［29］。利用EPS富集到了具有相似群落结构降解聚集体，PS降解菌的有可能为氧化途径［61］。这些结果表明红树林根际微生物是微塑料生物降解的理想候选者之一。

4.4 长期积累和释放

微塑料在红树林湿地中可能长期积累，尤其是在沉积物中。这可能导致微塑料的长期存在和释放，影响红树林湿地的生态系统功能和物质循环。有研究发现，在红海和阿拉伯湾红树林陈年沉积物芯中提取到了微塑料，且<0.5 mm的微塑料在红树林沉积物中占主导地位，自1950年以来塑料掩埋率呈指数增长，证实了红树林沉积物是长期的汇［62］。对中国红树林中微塑料垂直分布调查发现最古老的微塑料可追溯到1955年左右［7］。沉积物中微塑料在受到扰动后会随着海底沉积物再悬浮，从而被释放到海水中［63］。

需要指出的是，微塑料在红树林中的具体命运还存在许多未解之谜，需要进一步研究。此外，微塑料的输入和管理策略也是减少微塑料在红树林中的存在和影响的关键。因此，加强微塑料在红树林中的监测、研究和管理非常重要，有助于保护红树林生态系统的健康和可持续发展。

5 研究展望

红树林中微塑料研究是一個新兴的领域，尽管已经取得了一些进展，但仍有许多方面需要进一步探索和研究：

（1）微塑料监测方法和检测标准的确立。发展更准确、高效的微塑料监测方法和技术及标准是关键。目前，微塑料的检测和鉴定仍面临挑战，没有统一的检测标准。进一步发展适用于红树林环境的现场监测工具和技术及检测标准，可以更全面地了解微塑料在红树林中的存在和分布。

（2）红树林中微塑料生态风险评估。进一步开展红树林中微塑料的生态风险评估是重要的研究方向。这涉及对微塑料的毒性和累积效应进行深入研究，以及微塑料对红树林生物多样性、生态功能和生态系统稳定性的潜在影响的评估，为制定有效的管理和保护策略提供科学依据。

（3）微塑料污染治理和管理措施建立。开展红树林微塑料污染治理和管理措施的研究也是关键。包括减少塑料和微塑料源的排放和输入，发展可持续的塑料替代品，以及改善废弃物管理和回收系统等。此外，开展公众意识提高活动，促进社会的塑料减量和可持续消费行为也是必要的。

（4）微塑料模型预测。建立数值模型来模拟和预测红树林中微塑料的迁移、转化和累积过程。这些模型可以结合环境因素、塑料特性和生态参数等，提供更准确的预测，为管理和决策提供科学依据。

（5）修复与去除策略探索。探索红树林中微塑料的修复和去除策略。研究红树林生态系统中的微塑料去除技术和废弃物管理方法，以及植物修复和生态恢复措施，为红树林中微塑料的去除提供科学依据。

（6）微塑料与海洋生态系统碳循环的相互作用。深入了解微塑料与海洋生态系统中关键生物和生态过程之间的相互作用，例如光合作用、呼吸作用和有机碳沉积等。研究微塑料如何干扰这些过程，以及对海洋碳循环的影响程度，揭示微塑料对海洋碳汇的潜在影响机制。

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作者簡介   陈威（1987—），男，浙江温州人，工程师，硕士，从事海洋生态保护研究。

通信作者，高级工程师，硕士，从事生态环境监测与评价研究。