发布时间：2026-03-28
题目：合成生物膜用于绿色膜过滤：低能耗过滤系统的设计开发
第一作者：韩一石
通讯作者：马文超 (mawc916@tju.edu.cn)、温宗国 教授(wenzg@tsinghua.edu.cn)
通讯单位：天津大学
DOI: 10.1021/acs.est.5c15230期刊：Environmental Science & Technology
基本内容
海洋塑料污染已成为全球海洋环境治理中的突出问题，而沿海地区作为陆源塑料直接进入海洋的关键界面，长期以来相较于河流输入研究仍关注不足。针对这一问题，该研究基于3468个沿海采样点、25892条观测数据，构建了融合社会经济因素、塑料部门与种类特征以及海岸地貌和潮汐条件的机器学习评估框架，对全球沿海塑料排放开展高分辨率测算，并提出沿海塑料污染指数（CPPI），将沿海地区划分为四级污染风险类型。结果表明，2019年全球沿海塑料排放量为15.32—59.18 Kt，中值为37.25 Kt；管理不善塑料废弃物、塑料垃圾产生量，以及消费品、包装和PET、PP等塑料种类，是驱动沿海排放的关键因素，为全球沿海塑料污染热点识别和差异化治理提供了科学支撑。
图文摘要
文章亮点
建立了全球沿海塑料排放高分辨率数据库，实现了沿海尺度塑料排放信息的精细化刻画，为识别全球沿海塑料污染空间差异与热点分布提供了数据基础。
揭示了沿海塑料排放的关键驱动机制，从来源结构、部门贡献和种类特征等多个维度解释了沿海塑料污染的形成过程，深化了对沿海排放内在规律的认识。
提出了沿海塑料污染分级识别方法，能够对不同沿海区域的污染风险进行分类判别，为全球沿海塑料污染热点筛查、风险预警和差异化治理提供科学支撑。
图文总结
整体上看，全球沿海塑料输入表现出显著的洲际不均衡特征。其中，亚洲处于绝对主导地位，是全球沿海塑料输入最集中的区域；非洲位居第二；欧洲、南美和北美处于中间水平；大洋洲贡献最低。饼图结果进一步说明，亚洲占据了全球最大份额，表明当前全球沿海塑料污染具有很强的区域集聚性。
在空间分布上，全球高值区域主要沿东南亚群岛、南亚近岸、西太平洋沿海以及部分非洲、欧洲和美洲海岸分布，整体呈现沿岸带状集聚与局部热点并存的特征。局部放大图显示，菲律宾等群岛国家的沿海输入斑块密集、空间破碎度高，反映出复杂海岸线条件下塑料输入的高度异质性。
污染等级结构同样表现出明显差异。亚洲不仅总量高，而且中高等级污染区占比也较为突出；非洲和南美呈现多等级并存的复合特征；欧洲和北美虽然整体输入水平相对较低，但部分沿海区域仍分布有一定比例的较高等级污染区；大洋洲则总体以低等级和中等级为主。说明不同洲际区域在污染规模和风险结构上并不一致，治理策略也应有所区分。
图1 沿海排放空间分布
图（a）反映的是国家沿海塑料排放总量分布。高排放国家主要集中在亚洲、拉丁美洲和部分非洲沿海地区，其中东亚、南亚和东南亚国家尤为突出，说明全球沿海塑料排放在国家尺度上具有明显的集中性，少数高排放国家构成了全球总量的主体。相比之下，欧洲多数国家、北美部分国家以及大洋洲国家整体排放总量相对较低。结合下方表格可以看出，不同洲际的高排放国家在污染贡献和污染等级构成上存在明显差异，高排放国家往往伴随着较高比例的III级和IV级污染区域，说明排放规模与高风险沿海区分布之间具有较强关联。
图（b）进一步揭示了人均沿海塑料排放的国家差异。与总量分布相比，人均指标更加突出国家内部人口规模与排放压力之间的关系。一些总量并不处于全球最高水平的国家，在人均维度上却表现出更高排放强度，尤其是部分岛屿国家、沿海人口规模相对较小但塑料消费或管理压力较大的国家更为突出。这说明，人均排放指标能够弥补总量分析对人口规模效应的掩盖，更好识别单位人口对应的沿海塑料环境压力。
两幅图对比表明，国家总量高并不意味着人均水平一定高，而人均排放高的国家也未必是全球总量贡献最大的国家。前者更反映国家对全球沿海塑料排放总规模的贡献，后者则更体现单个人口单元对应的排放负担和治理压力。因此，在全球沿海塑料污染治理中，既需要关注高总量国家对全球减排的关键作用，也需要重视高人均国家在消费模式、废弃物管理和沿海环境风险方面的特殊性。
从污染等级分布看，不同国家在I—IV级污染区占比上也表现出显著分异。部分国家虽然总量不高，但高等级污染区占比偏高，说明其沿海污染具有更强的局部集聚性；而部分排放大国则呈现多等级并存格局，反映出沿海塑料污染在空间上具有显著的内部异质性。这种“总量差异—强度差异—等级差异”并存的格局，为识别重点国家、划分治理优先序和制定差异化管理策略提供了重要依据。
图2 沿海排放国家贡献
图（a）左侧的聚类结果表明，全球沿海样点可划分为4种典型类型，不同类型在二维特征空间中具有较好的分离度，说明各类沿海区域在塑料排放组成和影响因素上存在显著差异。不同颜色样点形成相对独立的分布区域，反映出全球沿海塑料污染并非单一模式，而是呈现出多类型并存的格局。
右侧4个子图进一步揭示了各聚类类型的主导驱动因素。Cluster 1主要受管理不善塑料废弃物、塑料垃圾产生量以及PET、PP等种类影响，体现出“高废弃物累积—高塑料种类贡献”的特征；Cluster 2中，塑料垃圾产生量和PET的重要性更加突出，说明该类区域更受塑料消费与废弃规模驱动；Cluster 3除管理不善塑料废弃物和塑料垃圾产生量外，还表现出HDI等发展水平变量的影响，说明该类区域的排放过程同时受到社会发展阶段和废弃物管理能力共同制约；Cluster 4则以塑料垃圾产生量、管理不善塑料废弃物、PP和纺织相关因素为主，表明其排放来源结构具有更强的消费品和轻工制品属性。
图（b）展示了4类沿海样点的全球空间分布。可以看出，不同聚类类型具有较强的区域集聚特征，而非随机分散分布。例如，欧洲沿海区域以Cluster 4大面积集中分布为主，说明其沿海塑料污染形成机制具有较高同质性；东亚和部分北美沿海更多分布Cluster 1和Cluster 2，表明这些区域受到较强的塑料消费和废弃压力影响；东南亚群岛、南亚和部分发展中沿海区域则更多呈现Cluster 3与其他类型交错分布，显示出发展水平、废弃物管理能力和塑料来源结构交织作用下的复杂特征。
全球沿海塑料排放具有显著的类型分异，不同区域不仅排放水平不同，其主导驱动机制也存在本质差别。因而，沿海塑料污染治理不能采用单一模式，而应依据聚类类型特征，从废弃物管理、塑料消费控制和重点种类减排等方面实施更有针对性的分类治理。
图3 聚类分析及驱动机制解析
研究结论与环境意义
从全球尺度看，沿海塑料排放呈现出显著的空间非均衡性和类型分异特征。研究建立了全球沿海塑料排放高分辨率数据库，识别出不同国家和沿海区域在排放总量、强度水平、污染等级及空间集聚格局上的系统差异，并进一步揭示了其背后的关键驱动机制。结果表明，全球沿海塑料污染并不是单一来源或单一过程主导的结果，而是管理不善塑料废弃物、塑料垃圾产生量、重点部门贡献及主要塑料种类共同作用下形成的复合型排放过程。不同聚类类型在驱动因素组合和空间分布上均存在明显差异，说明全球沿海塑料排放具有较强的区域异质性和分类治理需求。
相较于传统侧重河流输送或宏观社会经济代理变量的研究视角，本研究更强调沿海界面本身在陆源塑料入海过程中的关键作用，为理解海洋塑料污染的形成机制提供了更直接的证据支撑。研究提出的污染分级识别方法和聚类驱动分析框架，可为全球沿海塑料污染热点筛查、风险预警和治理优先序划分提供科学依据，也有助于推动沿海塑料污染治理从粗放式总量控制转向分区、分类和分层施策。对于支撑国际塑料污染治理合作、优化沿海区域减排路径以及提升海洋生态环境保护的精准性和有效性，均具有重要的环境意义。
作者介绍
第一作者：韩一石 博士研究生，现就读于天津大学环境科学与工程学院。主要研究方向为全球塑料污染排放核算与环境过程建模，关注塑料废弃物在陆海界面的迁移转化机制及其治理路径。以第一作者在 Environmental Science & Technology、Environmental Impact Assessment Review 等国际高水平期刊发表学术论文 3 篇，相关研究成果为全球塑料污染评估与环境治理提供了数据与方法学支撑。
通讯作者：马文超 博士生导师，国家重大人才工程青年学者，海南省三八红旗手。现任天津大学环境科学与工程学院教授，海南省热带岛屿环境污染防治国际联合研究中心主任，兼任国际固废能源化委员会中国地区委员、国家科技部“十四五”环境科技创新专项规划专家、教育部高等学校中长期科技发展规划工作组成员等。主持国家级和省部级科研项目二十余项；以第一完成人获海南省技术发明一等奖等多项奖励；以第一或通讯作者在 Nature Communications、Environmental Science & Technology 等期刊发表 SCI 论文 70 余篇，并担任 Science of the Total Environment、Waste and Biomass Valorization 等期刊编委。
通讯作者：温宗国 博士生导师，清华大学环境学院长聘教授，循环经济产业研究中心主任、国家工业节能与绿色发展评价中心主任，国家杰出青年科学基金获得者，国家中青年科技创新领军人才及“万人计划”科技创新领军人才入选者。主要从事城市固体废物处置与资源化、循环经济与环境系统工程、跨介质污染协同治理、行业节能减排系统分析以及环境大数据与智能模型等方向的科研与教学工作。在 Nature Sustainability、Nature Communications、Environmental Science & Technology、Resources, Conservation & Recycling 等国际高水平期刊发表系列研究成果，为资源化管理、政策分析与工程决策提供了重要方法学支撑。
