深圳市全海岸線垃圾成分及其特性研究*

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）

1 引言

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，海洋垃圾對生物和人類健康是有害的，海洋垃圾會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和海洋環(huán)境的美學(xué)價值，進而產(chǎn)生負(fù)面的社會經(jīng)濟后果［5］。海洋垃圾還可以作為某些污染物的載體，增加了有機和無機污染物的運輸［6］。海洋垃圾最終會導(dǎo)致海岸線垃圾。

海岸線是海洋與陸地的分界線，是海水到達陸地的極限位置的連線，隨潮水漲落而變動。因此，實際的海岸線應(yīng)該是高低潮間無數(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垃圾處這個區(qū)域的固體廢物。海岸線垃圾是海洋垃圾的重要組成部分，我國有著約18 000 km 的大陸海岸線，海岸線附近聚集了我國40%以上的人口［8］。在海洋垃圾等污染威脅下，我國海岸線生態(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］通過在高潮線和低潮線之間設(shè)置采樣點，研究大連黑石礁海灘垃圾的累積速率；Alshawafi等［11］選擇100 m長的潮汐區(qū)，寬度從低潮線到海岸線，評估馬蒂爾濱海濕地的垃圾；Lee 等［12］監(jiān)測了韓國20 個沙灘的塑料垃圾存量，通過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100 m 長的測量線（后海、中線和水邊） 進行采樣。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 個海灘，在整個海岸沿線，共收集了7 597個海灘的垃圾，總重量達412 kg，垃圾平均豐度為2.9 個/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)濟中心城市，面臨著沿海城市發(fā)展過程中海岸線垃圾污染問題。本研究以深圳260.5 km 海岸線為基礎(chǔ)，通過對不同類型海岸線現(xiàn)場調(diào)研、采樣分析，監(jiān)測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)。

2 采樣及分析方法

2.1 采樣點的設(shè)置

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)測對深圳市海岸線先進行分層，然后再用隨機抽樣法確定最終樣點，一共設(shè)置22 個樣方點。表1 顯示了2015 年深圳各海岸線類型的長度。值得注意的是，隨著時間推移，不同類型海岸線長度會有一定變化。根據(jù)2018 年深圳市海岸線最新修測成果，全市海岸線總長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

圖1 徒步路線示意

2.2 采樣方法

本研究在2019 年6—8 月，對22 個采樣點進行了監(jiān)測，本次采樣總共有超過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垃圾處，垂直于海岸線。長度一般為100 m，當(dāng)某些地方垃圾比較多且長度較小時，長度可設(shè)置為50 m。將調(diào)查斷面均分為近部、中部和遠部3 部分，每部分均分成10 個樣方，每個樣方的長為10 m。在每部分隨機選擇2 個樣方進行垃圾組成監(jiān)測。同時，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 分析方法

2.3.1 海岸線垃圾密度計算

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）。對整個調(diào)查斷面內(nèi)的海岸線垃圾（＞2.5 cm） 進行計數(shù)、稱質(zhì)量，分別作為整個調(diào)查斷面海岸線垃圾的個數(shù)和質(zhì)量。

本次監(jiān)測結(jié)果為海岸線垃圾的瞬時存在量，其中，單位面積垃圾數(shù)量（D1，個/km2） 可以用以下方法進行計算：

式中：n 為被統(tǒng)計的目標(biāo)物體的總個數(shù)，個；S 為調(diào)查樣方的面積，km2。

單位面積的垃圾質(zhì)量（D2，kg/km2）計算公式如下：

式中：m 為被統(tǒng)計的目標(biāo)物體的總質(zhì)量，kg；S 為調(diào)查樣方的面積，km2。

2.3.2 海岸線垃圾來源分析

海岸線垃圾來源分析根據(jù)西北太平洋組織（NOWPAP） 的統(tǒng)計方法，按人類海岸活動、航運/漁業(yè)類活動、醫(yī)療/衛(wèi)生用品、吸煙用品、其他棄置物5 類對收集到的海岸線垃圾的來源進行統(tǒng)計，如表2 所示。

表2 海岸線垃圾來源分類

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） ℃進行干燥預(yù)處理，干燥完的樣品進行壓片處理，稱取壓片樣品0.15 g 左右（精確至0.000 1 g） 于IKA?C 3 000 等溫量熱儀進行熱值測定。

2.3.4 海岸線塑料垃圾氯離子的測定

取適量塑料垃圾樣品用自來水進行清洗，清洗液經(jīng)過0.45 μm 的濾膜過濾，過濾液用離子色譜儀（賽默飛公司） 對其氯離子含量進行測定，淋洗液為4.5 mmol 碳酸鈉和0.8 mmol 碳酸氫鈉。

3 結(jié)果與討論

3.1 海岸線垃圾組成特性分析

本研究以徒步的形式對深圳市260.5 km 海岸線上的垃圾分布進行了初步的整體考察，發(fā)現(xiàn)5個砂質(zhì)海岸線總共收集了1.27×104個垃圾碎片，總質(zhì)量為386.22 kg（海岸線垃圾實物如圖3 所示）。莫妮珍等對廣西沿海3 處海灘的海洋垃圾進行監(jiān)測，測得的平均質(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，遠大于上述結(jié)果。

圖3 海岸線垃圾實物

淤泥海岸線共收集到垃圾碎片4 648 個，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/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)測點共有2 個，分別為深圳灣日出劇場和福永紅樹林（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/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，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/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/km2和2.20×105kg/km2，遠高于其他幾個監(jiān)測點，主要是因為東涌巖基監(jiān)測點包括了一個長期無人清理的回水區(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，總質(zhì)量為90.61 kg。人工海岸線的第4 個監(jiān)測點（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

總的來看，砂質(zhì)海岸線垃圾的平均數(shù)量密度（1.21×106個/km2） 在5 種類型中最小，但大于東中國海（ESC） 海灘垃圾的密度（31 001個/km2）［17］，也均大于上海海灘垃圾的平均密度（140 000 個/km2）［18］。巖基海岸線垃圾的平均數(shù)量密度（6.16×106個/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，長期無人清理，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。可見巖基海岸線垃圾污染情況嚴(yán)重，對海岸線環(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，有必要進一步對各個海岸線垃圾的來源和組成進行分析，對海岸線垃圾的空間分布進行研究，明晰每種海岸線類型垃圾的來源、垃圾集中的區(qū)域及垃圾的組成特性。

3.2 海岸線垃圾的來源及空間分布

首先對深圳海岸線垃圾的來源情況進行了分析（見圖4～5）。在5 種類型海岸線的監(jiān)測點，大部分海岸線垃圾來源于人類海岸活動，約占82.67%，其中生物和巖基海岸線的人類海岸活動來源所占比例較大，分別為95.02%和92.82%，可能是因為人們游玩過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/漁業(yè)活動，約占7.03%，有大約2.85%的海岸線垃圾來源于其他棄置物，吸煙用品約占深圳海岸線垃圾來源的2.02%，來自醫(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的影響，人類海岸活動在海岸線垃圾的形成中起重要作用。

圖4 海岸線垃圾來源的平均占比

圖5 各類型海岸線垃圾的來源分析

在本次海岸線垃圾檢測中，對砂質(zhì)、淤泥和生物3 種海岸線垃圾的空間分布進行了研究，由圖6（a） 可知，砂質(zhì)海岸線垃圾的空間分布，基本是遠部的數(shù)量密度最大，說明砂質(zhì)海岸線的垃圾主要集中在遠部，一部分原因可能是大部分沙灘的遠部都有植被，部分海岸線垃圾在臺風(fēng)等自然災(zāi)害的作用下被帶到植被區(qū)，因長期無人清理，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部＞中部＞近部，可能是因為淤泥海岸線遠部有很多人類活動產(chǎn)生的垃圾，平時難以清理。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

3.3 海岸線垃圾組成和特性表征

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%），主要是因為實際采樣中，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較少，主要對除人工海岸線外的其他4 種類型的海岸線的塑料垃圾進行相關(guān)特性研究。

已有研究者測得PS、HDPE、LDPE、聚丙烯（PP）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（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，與上述研究者測得的生活中幾種常見塑料的熱值相近，這也說明深圳海岸線垃圾主要來源于人類海岸活動。由圖8 可以發(fā)現(xiàn)，無論是砂質(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＞遠部，可能是因為近部靠近海水，所以其塑料垃圾的氯離子含量比中部和遠部均大。I?iguez 等［24］通過在海水中浸泡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） 的遠大于此值，而氯離子含量和塑料熱解時氯苯（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

4 結(jié)論

通過對深圳260.5 km 海岸線進行現(xiàn)場調(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） 通過對深圳海岸線垃圾的監(jiān)測，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源于人類海岸活動（82.67%），航運/漁業(yè)活動占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；砂質(zhì)和淤泥海岸線垃圾的空間分布為遠部＞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，而遠部最小，分別為1.42、1.56 mg/g。