海院科研动态（127） | 深海沉积物微塑料的空间分布模式与沉积路径取得新进展

课题背景、研究意义与现存问题

塑料污染已成为全球环境治理的重大挑战，微塑料（粒径小于5毫米的塑料颗粒）作为塑料污染的主要次级产物，广泛分布于海洋环境中，甚至深入到地球最偏远的深海沉积物中。这些微小颗粒因其化学稳定性与易迁移性，不仅威胁海洋生态系统的健康，还可能通过食物链传递，影响人类健康。然而，目前对深海环境中微塑料的垂直分布特征、环境控制因素及沉积路径的研究仍显不足，尤其是在菲律宾海这样受黑潮等复杂洋流系统影响的深海区域。现存研究多聚焦于表层水体和近岸沉积物，对深海沉积物中微塑料的分布规律、迁移机制及其长期归宿知之甚少，限制了我们对海洋塑料污染全貌的理解和有效管理策略的制定。因此，深入探究微塑料在深海沉积物中的行为特性，不仅有助于揭示其环境归宿和生态风险，还为全球海洋污染治理提供了关键科学依据。

研究工作与主要结论

针对上述科学问题，我院深水沉积过程与资源效应研究团队在菲律宾海11个站位（水深4020–6879 m）采集了0–20 cm深的沉积物芯样，结合微塑料分离与显微红外鉴定技术、地球化学分析及垂直通量计算，系统研究了微塑料的分布特征、环境控制因素及沉积路径，取得了以下四项重要结论：

（1）微塑料普遍存在且呈现显著分层特征。所有站位和沉积层均检测到微塑料，平均丰度为218.4 ± 303.0 items/kg（干重）。小尺寸纤维（<1毫米）占主导，形态以纤维和碎片为主，聚合物类型主要为聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）（图1）。这与太平洋其他海域的研究结果一致，表明合成纺织品的废水排放可能是微塑料的重要来源之一。

图1: 菲律宾海深海沉积物中微塑料的形态、丰度和尺寸分布特征

（2）环境因素显著调控微塑料垂直迁移：相关性分析显示，微塑料丰度与沉积物氧化还原电位（Eh, r = 0.577, p < 0.001）、pH值（r = 0.476, p = 0.001）及伊利石–蒙脱石混合物含量（r = 0.319, p = 0.017）呈显著正相关（图2）。高pH和高Eh促进微塑料滞留和吸附；伊利石–蒙脱石的高表面积增强吸附。高岭石（r = -0.371, p = 0.007）和硅质沉积物（r = -0.258, p = 0.045）呈显著负相关，表明低吸附能力限制滞留。这些揭示了地球化学和矿物学因素的关键作用。

图2: 菲律宾深海区域中微塑料丰度与沉积物特征之间的关联

（3）微塑料沉积路径遵循“快速沉降–表层累积–局部再分配”模式：垂直通量计算显示，表层（D1）通量最高（最高达267.7 items/m²/year，站位S1），反映快速沉降过程（图3A）。中间层（D2, D3）通量较低且均匀；深层（D4）在某些站位升高（如S2: 174.2 items/m²/year），提示局部再分配（如底流、生物扰动）（图3E）。受黑潮影响的站位S1形成沉积热点，提升表层和深层通量（图4A）。这一模式受洋流动力、沉积物性质及局部扰动调控。

图3: 菲律宾海深海沉积物中微塑料的水平和垂直分布模式

图4: 菲律宾海深海沉积物中微塑料的水平和垂直分布模式

（4）深海沉积物可以作为微塑料的长期汇：研究发现菲律宾海深海沉积物是微塑料的重要长期汇。表层高通量反映了近期输入，而深层高值可能源于历史沉积事件或生物扰动导致的垂直迁移（图4B-E）。微塑料以小尺寸纤维和PP/PE为主，结合其与细粒沉积物的强吸附特性，表明深海环境不仅是微塑料的最终归宿，还可能通过长期埋藏影响深海生态系统。这些发现为评估微塑料的生态风险和制定深海环境保护策略提供了重要数据支持。

该研究首次系统揭示了菲律宾海深海沉积物中微塑料的垂直分布模式与沉积路径，为评估微塑料的生态风险和制定深海环境保护策略提供了科学依据，对实现深海生态保护与资源开发的可持续发展具有重要意义。

上述研究成果以题为“Stratification and deposition pathways of microplastics in the abyssal sediments of the Philippine Sea”的论文发表在中科院一区Top期刊《Water Research》（Nature Index，IF=12.4）。我院邓化博士后为论文第一作者，苏明教授和广州海洋地质调查局邓义楠教授级高工为共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究重大项目和中国地质调查局项目等联合资助。

相关论文信息

Hua Deng, Yutao Fu, Ming Su, Daohua Chen, Huiqiang Yao, Yufang Tan, Lixue Zhang, Jinlian Wang, Yinan Deng, Stratification and deposition pathways of microplastics in the abyssal sediments of the Philippine Sea, Water Research, 2025,124425.

文章链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135425013302