王 倩,向靜雅,陳欽冬,徐期勇
(北京大學(xué)深圳研究生院環(huán)境與能源學(xué)院,廣東 深圳 518055)
近年海洋垃圾逐漸受到人們的關(guān)注。海洋垃圾是指海洋和海岸環(huán)境中具持久性的、人造的或經(jīng)加工的固體廢棄物[1,2]。眾所周知,海洋垃圾對(duì)生物和人類健康是有害的,海洋垃圾會(huì)纏繞海洋生物或者被其攝入而影響海洋生物的健康[3,4]。海洋垃圾也影響了航運(yùn)和海洋環(huán)境的美學(xué)價(jià)值,進(jìn)而產(chǎn)生負(fù)面的社會(huì)經(jīng)濟(jì)后果[5]。海洋垃圾還可以作為某些污染物的載體,增加了有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物的運(yùn)輸[6]。海洋垃圾最終會(huì)導(dǎo)致海岸線垃圾。
海岸線是海洋與陸地的分界線,是海水到達(dá)陸地的極限位置的連線,隨潮水漲落而變動(dòng)。因此,實(shí)際的海岸線應(yīng)該是高低潮間無(wú)數(shù)條海陸分界線的集合,在空間上是一條帶[7]。本研究的海岸線垃圾主要是指低潮線到海岸線基本無(wú)垃圾處這個(gè)區(qū)域的固體廢物。海岸線垃圾是海洋垃圾的重要組成部分,我國(guó)有著約18 000 km 的大陸海岸線,海岸線附近聚集了我國(guó)40%以上的人口[8]。在海洋垃圾等污染威脅下,我國(guó)海岸線生態(tài)壓力重重,然而目前關(guān)于海岸線垃圾的研究較少。
已有的海岸線垃圾研究主要集中在沙灘,趙肖等[9]收集水邊或濕泥灘的邊緣至植被覆蓋區(qū)域的垃圾,研究沙灘垃圾的存量;韓孟迪等[10]通過(guò)在高潮線和低潮線之間設(shè)置采樣點(diǎn),研究大連黑石礁海灘垃圾的累積速率;Alshawafi等[11]選擇100 m長(zhǎng)的潮汐區(qū),寬度從低潮線到海岸線,評(píng)估馬蒂爾濱海濕地的垃圾;Lee 等[12]監(jiān)測(cè)了韓國(guó)20 個(gè)沙灘的塑料垃圾存量,通過(guò)在后岸的植被或人工結(jié)構(gòu)線與水邊緣之間設(shè)置了3 個(gè)100 m 長(zhǎng)的測(cè)量線(后海、中線和水邊) 進(jìn)行采樣。Rangel-Buitrago等[13]調(diào)查了哥倫比亞加勒比海沿岸亞特蘭提克省的26 個(gè)海灘,在整個(gè)海岸沿線,共收集了7 597個(gè)海灘的垃圾,總重量達(dá)412 kg,垃圾平均豐度為2.9 個(gè)/m。Konecny 等[14]分析了加拿大海岸線清理(GCSC) 組織沿著不列顛哥倫比亞省海岸的自愿清理(2013—2016),發(fā)現(xiàn)在隔離區(qū)和有裸露海岸線的地區(qū),每公里海岸線的垃圾產(chǎn)生量較高,回收的垃圾大部分是塑料垃圾。但海岸線組成類型復(fù)雜,各類型之間的垃圾組成和分布存在差異,目前對(duì)海灘垃圾的研究未考慮到垃圾集中的植被區(qū),并不能完全代表整個(gè)海岸線垃圾的污染情況。
深圳是位于南海之濱的超大經(jīng)濟(jì)中心城市,面臨著沿海城市發(fā)展過(guò)程中海岸線垃圾污染問(wèn)題。本研究以深圳260.5 km 海岸線為基礎(chǔ),通過(guò)對(duì)不同類型海岸線現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、采樣分析,監(jiān)測(cè)深圳市海岸線的整體垃圾分布情況,分析深圳市不同類型海岸線垃圾的數(shù)量、組成、來(lái)源以及分布特性,完善深圳海岸線垃圾的調(diào)研方法,明晰深圳海岸線垃圾的現(xiàn)狀,為深圳海岸線垃圾的管理提供科學(xué)依據(jù)。
深圳海岸線主要包括砂質(zhì)、淤泥、生物、巖基和人工海岸線5 種類型。砂質(zhì)海岸線主要是所有的沙灘以及碎石灘組成的區(qū)域。淤泥海岸線主要指深圳灣、西灣紅樹林公園、寶安區(qū)域以及大鵬的少量淤泥區(qū)域。生物海岸線主要指紅樹林植被區(qū)或者岸線上生長(zhǎng)茂盛植被的海岸線。巖基海岸線為礁石區(qū),其包含直立區(qū)域與大的礁石分布區(qū),礁石區(qū)域中間可能有少量沙灘、石灘并未剔除。人工海岸線主要是人為影響很大的海岸線區(qū)域,包括港口碼頭和堤壩等海岸基本直立的區(qū)域。本次監(jiān)測(cè)對(duì)深圳市海岸線先進(jìn)行分層,然后再用隨機(jī)抽樣法確定最終樣點(diǎn),一共設(shè)置22 個(gè)樣方點(diǎn)。表1 顯示了2015 年深圳各海岸線類型的長(zhǎng)度。值得注意的是,隨著時(shí)間推移,不同類型海岸線長(zhǎng)度會(huì)有一定變化。根據(jù)2018 年深圳市海岸線最新修測(cè)成果,全市海岸線總長(zhǎng)260.5 km,其中人工海岸線為160.1 km,自然海岸線(砂質(zhì)、淤泥、生物和巖基海岸線) 100.4 km,占比分別為61.5%、38.5%。本研究沿深圳海岸線的徒步路線如圖1 所示。
表1 2015 年深圳海岸線類型統(tǒng)計(jì)
圖1 徒步路線示意
本研究在2019 年6—8 月,對(duì)22 個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行了監(jiān)測(cè),本次采樣總共有超過(guò)600 名志愿者參與。根據(jù)各類海岸線的具體情況,砂質(zhì)海岸線、淤泥海岸線以及生物海岸線垃圾調(diào)查方法一致,巖基海岸線和人工海岸線的調(diào)查方法一致。
砂質(zhì)海岸線、淤泥海岸線和生物海岸線垃圾監(jiān)測(cè)方法如圖2(a) 所示,在選擇的采樣區(qū)域內(nèi)設(shè)置調(diào)查斷面。調(diào)查斷面寬從低潮線到幾乎無(wú)垃圾處,垂直于海岸線。長(zhǎng)度一般為100 m,當(dāng)某些地方垃圾比較多且長(zhǎng)度較小時(shí),長(zhǎng)度可設(shè)置為50 m。將調(diào)查斷面均分為近部、中部和遠(yuǎn)部3 部分,每部分均分成10 個(gè)樣方,每個(gè)樣方的長(zhǎng)為10 m。在每部分隨機(jī)選擇2 個(gè)樣方進(jìn)行垃圾組成監(jiān)測(cè)。同時(shí),收集各部分樣方外的垃圾碎片,分析垃圾碎片(>2.5 cm) 的總質(zhì)量和總數(shù)量。
巖基海岸線和人工海岸線一般比較窄且垃圾相對(duì)集中,所以在該區(qū)域只設(shè)置調(diào)查斷面,如圖2(b)。調(diào)查斷面寬度和長(zhǎng)度的設(shè)置與砂質(zhì)、淤泥和生物海岸線調(diào)查斷面的設(shè)置方法相同。收集調(diào)查斷面內(nèi)所有>2.5 cm 的垃圾碎片,進(jìn)行垃圾組成、數(shù)量和質(zhì)量分析。
圖2 海岸線垃圾采樣方法
2.3.1 海岸線垃圾密度計(jì)算
按垃圾的組成成分將海岸線垃圾分為77 小類共9 大類(塑料、泡沫塑料、紡織、玻璃陶瓷、金屬、紙類、橡膠、木制品和其他垃圾)。對(duì)整個(gè)調(diào)查斷面內(nèi)的海岸線垃圾(>2.5 cm) 進(jìn)行計(jì)數(shù)、稱質(zhì)量,分別作為整個(gè)調(diào)查斷面海岸線垃圾的個(gè)數(shù)和質(zhì)量。
本次監(jiān)測(cè)結(jié)果為海岸線垃圾的瞬時(shí)存在量,其中,單位面積垃圾數(shù)量(D1,個(gè)/km2) 可以用以下方法進(jìn)行計(jì)算:
式中:n 為被統(tǒng)計(jì)的目標(biāo)物體的總個(gè)數(shù),個(gè);S 為調(diào)查樣方的面積,km2。
單位面積的垃圾質(zhì)量(D2,kg/km2)計(jì)算公式如下:
式中:m 為被統(tǒng)計(jì)的目標(biāo)物體的總質(zhì)量,kg;S 為調(diào)查樣方的面積,km2。
2.3.2 海岸線垃圾來(lái)源分析
海岸線垃圾來(lái)源分析根據(jù)西北太平洋組織(NOWPAP) 的統(tǒng)計(jì)方法,按人類海岸活動(dòng)、航運(yùn)/漁業(yè)類活動(dòng)、醫(yī)療/衛(wèi)生用品、吸煙用品、其他棄置物5 類對(duì)收集到的海岸線垃圾的來(lái)源進(jìn)行統(tǒng)計(jì),如表2 所示。
表2 海岸線垃圾來(lái)源分類
2.3.3 海岸線塑料垃圾熱值分析
取適量塑料垃圾樣品于烘箱中(60±2) ℃進(jìn)行干燥預(yù)處理,干燥完的樣品進(jìn)行壓片處理,稱取壓片樣品0.15 g 左右(精確至0.000 1 g) 于IKA?C 3 000 等溫量熱儀進(jìn)行熱值測(cè)定。
2.3.4 海岸線塑料垃圾氯離子的測(cè)定
取適量塑料垃圾樣品用自來(lái)水進(jìn)行清洗,清洗液經(jīng)過(guò)0.45 μm 的濾膜過(guò)濾,過(guò)濾液用離子色譜儀(賽默飛公司) 對(duì)其氯離子含量進(jìn)行測(cè)定,淋洗液為4.5 mmol 碳酸鈉和0.8 mmol 碳酸氫鈉。
本研究以徒步的形式對(duì)深圳市260.5 km 海岸線上的垃圾分布進(jìn)行了初步的整體考察,發(fā)現(xiàn)5個(gè)砂質(zhì)海岸線總共收集了1.27×104個(gè)垃圾碎片,總質(zhì)量為386.22 kg(海岸線垃圾實(shí)物如圖3 所示)。莫妮珍等對(duì)廣西沿海3 處海灘的海洋垃圾進(jìn)行監(jiān)測(cè),測(cè)得的平均質(zhì)量密度為151.78 kg/km2[15]。山東省海灘垃圾質(zhì)量密度為1 255.52 kg/km2[16]。如表3 所示,深圳砂質(zhì)海灘垃圾的平均質(zhì)量密度為3.46×104kg/km2,遠(yuǎn)大于上述結(jié)果。
圖3 海岸線垃圾實(shí)物
淤泥海岸線共收集到垃圾碎片4 648 個(gè),總質(zhì)量為172.79 kg。由表3 可知,淤泥海岸線垃圾的平均數(shù)量密度為1.43×106個(gè)/km2,平均質(zhì)量密度為5.98×104kg/km2。
生物海岸線主要為紅樹林區(qū),樹枝密布,且基本都為淤泥,監(jiān)測(cè)點(diǎn)共有2 個(gè),分別為深圳灣日出劇場(chǎng)和福永紅樹林(位于西灣紅樹西端),其垃圾數(shù)量密度分別為7.29×105、4.33×106個(gè)/km2,質(zhì)量密度分別為5.64×103、3.52×104kg/km2(表3)。生物海岸線共采集到塑料碎片3 937 個(gè),總質(zhì)量為31.33 kg。
巖基海岸線垃圾的平均數(shù)量密度為6.16×106個(gè)/km2,質(zhì)量密度為9.54×104kg/km2(表3)。其中東涌巖基的數(shù)量和質(zhì)量密度最大,分別為1.98×107個(gè)/km2和2.20×105kg/km2,遠(yuǎn)高于其他幾個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),主要是因?yàn)闁|涌巖基監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括了一個(gè)長(zhǎng)期無(wú)人清理的回水區(qū),導(dǎo)致垃圾在此區(qū)域累積。
人工海岸線共采集到垃圾碎片3 507 個(gè),總質(zhì)量為90.61 kg。人工海岸線的第4 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(南澳月亮灣) 特別干凈,所以其垃圾的數(shù)量和質(zhì)量密度均為0(表3)。
表3 海岸線垃圾數(shù)量和質(zhì)量密度
總的來(lái)看,砂質(zhì)海岸線垃圾的平均數(shù)量密度(1.21×106個(gè)/km2) 在5 種類型中最小,但大于東中國(guó)海(ESC) 海灘垃圾的密度(31 001個(gè)/km2)[17],也均大于上海海灘垃圾的平均密度(140 000 個(gè)/km2)[18]。巖基海岸線垃圾的平均數(shù)量密度(6.16×106個(gè)/km2)和平均質(zhì)量密度(9.54×104kg/km2) 在5 種海岸線類型中最大,推測(cè)原因可能是巖基海岸線的回水區(qū)地形特殊,積累了大量垃圾,長(zhǎng)期無(wú)人清理,一些易破碎的垃圾在環(huán)境的作用下破碎成大量碎片,導(dǎo)致其數(shù)量和質(zhì)量密度較大??梢妿r基海岸線垃圾污染情況嚴(yán)重,對(duì)海岸線環(huán)境有很大的潛在影響,但是目前關(guān)于巖基海岸線垃圾的研究很少。所以,有必要進(jìn)一步對(duì)各個(gè)海岸線垃圾的來(lái)源和組成進(jìn)行分析,對(duì)海岸線垃圾的空間分布進(jìn)行研究,明晰每種海岸線類型垃圾的來(lái)源、垃圾集中的區(qū)域及垃圾的組成特性。
首先對(duì)深圳海岸線垃圾的來(lái)源情況進(jìn)行了分析(見圖4~5)。在5 種類型海岸線的監(jiān)測(cè)點(diǎn),大部分海岸線垃圾來(lái)源于人類海岸活動(dòng),約占82.67%,其中生物和巖基海岸線的人類海岸活動(dòng)來(lái)源所占比例較大,分別為95.02%和92.82%,可能是因?yàn)槿藗冇瓮孢^(guò)程中丟棄或生活中沿海傾倒的垃圾,在洋流等條件作用下,被帶到植被密布的生物海岸線或巖基海岸線的回水區(qū),導(dǎo)致垃圾在這些區(qū)域的累積。其次是航運(yùn)/漁業(yè)活動(dòng),約占7.03%,有大約2.85%的海岸線垃圾來(lái)源于其他棄置物,吸煙用品約占深圳海岸線垃圾來(lái)源的2.02%,來(lái)自醫(yī)療/衛(wèi)生用品的海岸線垃圾所占比例最小,為0.43%。由此可見深圳海岸線垃圾主要受人類海岸活動(dòng)的影響,人類海岸活動(dòng)在海岸線垃圾的形成中起重要作用。
圖4 海岸線垃圾來(lái)源的平均占比
圖5 各類型海岸線垃圾的來(lái)源分析
在本次海岸線垃圾檢測(cè)中,對(duì)砂質(zhì)、淤泥和生物3 種海岸線垃圾的空間分布進(jìn)行了研究,由圖6(a) 可知,砂質(zhì)海岸線垃圾的空間分布,基本是遠(yuǎn)部的數(shù)量密度最大,說(shuō)明砂質(zhì)海岸線的垃圾主要集中在遠(yuǎn)部,一部分原因可能是大部分沙灘的遠(yuǎn)部都有植被,部分海岸線垃圾在臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害的作用下被帶到植被區(qū),因長(zhǎng)期無(wú)人清理,導(dǎo)致垃圾的積累。
從圖6(b) 可以發(fā)現(xiàn),淤泥海岸線垃圾的空間分布差異明顯,遠(yuǎn)部的數(shù)量密度最大,淤泥海岸線垃圾的空間分布基本為遠(yuǎn)部>中部>近部,可能是因?yàn)橛倌嗪0毒€遠(yuǎn)部有很多人類活動(dòng)產(chǎn)生的垃圾,平時(shí)難以清理。然而,生物海岸線垃圾的空間分布差異相比砂質(zhì)和淤泥海岸線較小,如圖6(c)。
圖6 海岸線垃圾的空間分布
由圖7 可知,砂質(zhì)海岸線的垃圾主要為塑料(54%),其次是泡沫塑料和玻璃陶瓷,橡膠和木制垃圾最少,為1%,與ESC 海灘垃圾的組成相似,其塑料類占49%[17]。淤泥海岸線中玻璃陶瓷占比最大(43%),塑料居第2(42%),主要是因?yàn)閷?shí)際采樣中,淤泥海岸線有很多玻璃酒瓶碎片。生物海岸線的垃圾數(shù)量組成中,塑料所占比例最大(66%),其次是泡沫塑料(23%)。巖基海岸線垃圾主要由泡沫塑料(54%)、塑料(26%) 和玻璃陶瓷(12%) 3 類組成。人工海岸線垃圾中塑料和泡沫塑料所占比例相當(dāng),分別是47%和45%,其他種類所占比例均很小。
圖7 海岸線垃圾數(shù)量組成
通過(guò)上述結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),塑料是深圳海岸線垃圾的重要組成部分,由于人工海岸線的垃圾相對(duì)較少,主要對(duì)除人工海岸線外的其他4 種類型的海岸線的塑料垃圾進(jìn)行相關(guān)特性研究。
已有研究者測(cè)得PS、HDPE、LDPE、聚丙烯(PP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、PVC 幾種常見塑料的高位熱值,其值分別為41.29[19]、46.36[20]、43.10[21]、45.77[22]、23.09[20]、21.68 MJ/kg[23]。本研究測(cè)得的砂質(zhì)、淤泥、生物和巖基海岸線塑料垃圾的熱值分別為43.78、31.90、35.39、42.82 MJ/kg,與上述研究者測(cè)得的生活中幾種常見塑料的熱值相近,這也說(shuō)明深圳海岸線垃圾主要來(lái)源于人類海岸活動(dòng)。由圖8 可以發(fā)現(xiàn),無(wú)論是砂質(zhì)海岸線還是淤泥海岸線,其塑料垃圾的氯離子含量均呈現(xiàn)近部>中部>遠(yuǎn)部,可能是因?yàn)榻靠拷K?,所以其塑料垃圾的氯離子含量比中部和遠(yuǎn)部均大。I?iguez 等[24]通過(guò)在海水中浸泡PP、聚乙烯(PE)、PET 和尼龍塑料樣品,發(fā)現(xiàn)浸泡12 個(gè)月后,PE 的氯離子含量最大,約為3.81 mg/g。本次調(diào)研的砂質(zhì)海岸線近部氯離子含量(3.65 mg/g) 和此值相近,淤泥海岸線近部(12.46 mg/g) 和中部(7.21 mg/g) 的遠(yuǎn)大于此值,而氯離子含量和塑料熱解時(shí)氯苯(ClBzs)、氯苯酚(ClPhs)、多氯聯(lián)苯(PCBs) 和二噁英(PCDD/Fs)的形成密切相關(guān)[25,26]。
圖8 海岸線垃圾的氯離子含量
通過(guò)對(duì)深圳260.5 km 海岸線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、采樣分析,發(fā)現(xiàn)深圳海岸線垃圾的整體情況較嚴(yán)峻,海岸線垃圾的數(shù)量、組成、來(lái)源、空間分布與海岸線類型密切相關(guān),研究的主要結(jié)果如下。
1) 通過(guò)對(duì)深圳海岸線垃圾的監(jiān)測(cè),表明5 種類型海岸線的垃圾數(shù)量密度和質(zhì)量密度均有較大差異,而且波動(dòng)較大;海岸線垃圾主要由塑料(47.05%) 和泡沫塑料(28.57%) 組成。
2) 深圳海岸線垃圾主要來(lái)源于人類海岸活動(dòng)(82.67%),航運(yùn)/漁業(yè)活動(dòng)占7.03%,居第2 位,而且以人為丟棄垃圾為主,因此海岸線垃圾的規(guī)范管理是源頭控制的重點(diǎn);砂質(zhì)和淤泥海岸線垃圾的空間分布為遠(yuǎn)部>中部>近部,生物海岸線垃圾的空間分布差異不大。
3) 深圳海岸線塑料垃圾的熱值普遍較高(31.90~43.78 MJ/kg),具有資源化利用的潛力,其砂質(zhì)和淤泥海岸線塑料垃圾氯離子含量在近部最大,分別為3.65、12.46 mg/g,而遠(yuǎn)部最小,分別為1.42、1.56 mg/g。