浙江舟山養(yǎng)殖海域沉積物微塑料污染特征

王洪燕 趙晟

關(guān)鍵詞：舟山;養(yǎng)殖海域;沉積物;微塑料;海洋垃圾

全球塑料每年消耗量超過(guò)3億t且產(chǎn)量逐年增加[1]，塑料產(chǎn)品大多數(shù)是一次性用品（例如包裝袋、薄膜等）。機(jī)械因素、化學(xué)因素和生物因素等會(huì)造成塑性碎片碎裂，在此過(guò)程中產(chǎn)生的塑料碎片被認(rèn)為是微塑料的主要來(lái)源[2]。據(jù)報(bào)道，微塑料會(huì)引起海洋環(huán)境污染，進(jìn)而產(chǎn)生不利影響[2-3]。因此，對(duì)海洋環(huán)境（水、沙/沉積物、動(dòng)物）中微塑料水平的評(píng)估一直是科學(xué)家在過(guò)去十幾年關(guān)注的熱點(diǎn)[3-4]。已有研究發(fā)現(xiàn)，微塑料廣泛存在于海洋沉積物和水體中，如河口沉積物和水體[5]、海灘沉積物[6-8]、大洋水體[9]和深海沉積物[10]中相繼發(fā)現(xiàn)了微塑料的存在，而且不同海域微塑料的豐度也有很大的差異。隨著海洋塑料碎片表面附著生物的增多，其密度逐漸增大，一旦其密度超過(guò)海水的密度，微塑料將下沉至水體或沉積物中。因此，沉積物被認(rèn)為是海洋生態(tài)系統(tǒng)污染的主要匯集地[11]。

舟山作為重要的海洋養(yǎng)殖區(qū)，海洋環(huán)境污染的檢測(cè)也非常有必要，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)如何保護(hù)環(huán)污染物-海洋微塑料問(wèn)題，是舟山海域生態(tài)環(huán)境保護(hù)中迫切需要開(kāi)展的工作。本研究以舟山養(yǎng)殖海域?yàn)楣ぷ鲄^(qū)，選擇若干典型海灘以及沉積物，從微塑料的豐度、類(lèi)型、粒徑、表面特征等角度，綜合分析微塑料的污染特征，以期為養(yǎng)殖區(qū)域的海洋微塑料污染防治和監(jiān)管提供科學(xué)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)

在舟山養(yǎng)殖海域7個(gè)站位設(shè)置了24個(gè)采樣點(diǎn)，探討舟山養(yǎng)殖海域沉積物附近潮灘中的微塑料污染水平（圖1）。7個(gè)沉積物采樣點(diǎn)包括定海區(qū)、普陀區(qū)、岱山縣、嵊泗縣的枸杞島、綠華島、壁下島以及東極島。定海區(qū)設(shè)置4個(gè)采樣點(diǎn)，養(yǎng)殖方式為沿海池塘養(yǎng)殖且其中2個(gè)為廢棄養(yǎng)殖區(qū);普陀區(qū)設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn)，2個(gè)為圍網(wǎng)養(yǎng)殖，1個(gè)為沿海池塘養(yǎng)殖;岱山縣設(shè)置2個(gè)采樣點(diǎn)，均為沿海池塘養(yǎng)殖;嵊泗縣以貽貝養(yǎng)殖為主，其中枸杞島設(shè)置4個(gè)采樣點(diǎn)，綠華島設(shè)置2個(gè)采樣點(diǎn)，壁下島設(shè)置2個(gè)采樣點(diǎn);東極島設(shè)置4個(gè)采樣點(diǎn)。對(duì)普陀區(qū)、岱山縣、枸杞島、綠華島以及壁下島的采樣點(diǎn)附近的潮間帶沉積物進(jìn)行了采樣。由于定海區(qū)與東極島海岸以礁石灘或者陡峭石壁為主，微塑料采集難度大，故未采集沙灘沉積物。

1.2 樣品采集與預(yù)處理

樣品收集是在靠近養(yǎng)殖區(qū)的潮間帶泥灘上，選擇漲潮或者是周?chē)鷽](méi)有泥灘的養(yǎng)殖區(qū)，使用取芯器對(duì)表面沉積物（20 cm深度）進(jìn)行取樣。對(duì)于其他沉積物采樣點(diǎn)，在退潮時(shí)用隨機(jī)選擇但距離至少為 20 m 的3個(gè)邊長(zhǎng)為50 cm的正方形，用刮刀收集表面沉積物（0～5 cm 深度）。將所有樣品匯集在玻璃盒中，然后在冷藏室中帶回實(shí)驗(yàn)室。試驗(yàn)中均使用丁腈手套。在實(shí)驗(yàn)室中，將沉淀物保存在-20 ℃的冰箱中待用。

1.3 樣品制備與微塑料提取

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，將樣品取出后放入通風(fēng)櫥內(nèi)解凍，并將每個(gè)站位采集的3個(gè)平行樣品徹底混勻。將樣品置于燒杯中，并覆以鋁箔紙，置于60 ℃烘箱里內(nèi)干燥至恒質(zhì)量。

微塑料分離采用較為常用的飽和氯化鈉密度浮選分離法[12]，收集上層清液通過(guò)硝酸纖維素濾膜過(guò)濾器（5 μm孔徑，47 mm直徑），利用超純水充分沖洗抽濾裝置。將濾膜放到干凈的玻璃培養(yǎng)皿中，用烘箱烘干加蓋，放置在通風(fēng)櫥中備用。

1.4 微塑料鑒定

將烘干后的濾膜先進(jìn)行目視分離。作為識(shí)別微塑料的常用方法，目視分離的工具是體視顯微鏡，通過(guò)調(diào)節(jié)倍數(shù)來(lái)計(jì)數(shù)視野中濾膜上的微塑料數(shù)量，微塑料的鑒定主要使用探針-鑷子和微塑料的物理化學(xué)特征（即顏色、不透明度、硬度、比彈性和結(jié)構(gòu)）[13]來(lái)完成，并通過(guò)掃描電鏡進(jìn)一步觀察微塑料的表面特征。

1.5 質(zhì)量控制

在整個(gè)研究期間，穿著100%純棉服裝（包括實(shí)驗(yàn)室外套以及穿在下面的日常服裝）。所有解剖都在流動(dòng)柜中進(jìn)行，以確保不會(huì)發(fā)生空氣污染。在將生物樣品放入層流柜中之前，將其全部沖洗干凈，以降低外部存在的顆粒污染的風(fēng)險(xiǎn)[14]。

1.6 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)結(jié)果采用統(tǒng)計(jì)軟件Excel 2007和SPSS 190進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 質(zhì)量控制結(jié)果

在顯微鏡下觀測(cè)試驗(yàn)組濾膜時(shí)，同時(shí)對(duì)空白對(duì)照組的濾膜進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)濾膜上幾乎沒(méi)有微塑料。空白對(duì)照偶爾出現(xiàn)紅色纖維，但在同一組試驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)紅色纖維。在處理樣品時(shí)采取了嚴(yán)格的預(yù)防措施，成功地防止了微塑料的污染（尤其是空氣傳播的）。

2.2 微塑料豐度

本試驗(yàn)以5 mm作為微塑料粒徑的上限閾值，所采集樣品中分離鑒定出的塑料粒徑小于5 mm的數(shù)量占塑料總數(shù)量的絕大部分（>96%），普通大尺寸塑料占比很小。區(qū)域微塑料污染程度的高低主要通過(guò)豐度指標(biāo)衡量。

舟山養(yǎng)殖海域7個(gè)站位沉積物的微塑料豐度數(shù)據(jù)如圖2所示，其中普陀區(qū)沙灘沉積物微塑料豐度最高，為（74.25±25.52）個(gè)/100 g[干質(zhì)量（DW），下同]，壁下島最低，為（27.90±13.2）個(gè)/100 g。定海區(qū)沉積物中微塑料豐度最高，為（2046±10.32）個(gè)/100 g，枸杞島最低，為（5.90±1.60）個(gè)/100 g。

總體來(lái)看，養(yǎng)殖區(qū)附近沙灘沉積物的微塑料平均豐度為（46.37±17.96）個(gè)/100 g，養(yǎng)殖區(qū)沉積物的微塑料平均豐度為（10.00±4.47）個(gè)/100 g。

2.3 微塑料類(lèi)型、顏色與粒徑

根據(jù)微塑料的形態(tài)差異，本研究中將所檢出的微塑料分為碎片類(lèi)微塑料、發(fā)泡類(lèi)微塑料、薄膜類(lèi)微塑料和纖維類(lèi)微塑料（以下分別簡(jiǎn)稱(chēng)為碎片類(lèi)、發(fā)泡類(lèi)、薄膜類(lèi)和纖維類(lèi)）4種類(lèi)型（圖3）。

本研究中將微塑料的粒徑分為4個(gè)等級(jí)：20 μm≤粒徑<50 μm、50 μm≤粒徑<100 μm、100 μm≤粒徑<1 mm、1 mm≤粒徑<5 mm。微塑料的粒徑大部分集中于1 mm以下，比例為7464%，但沙灘沉積物中纖維的粒徑普遍大于 1 mm，粒徑>1 mm的微塑料比例為25.36%。全部提取的微塑料中纖維的比例最高，為72.05%，且纖維的顏色以透明或者灰白等淺色為主。其次是碎片類(lèi)，比例為15.22%，顏色以彩色為主。

2.4 化學(xué)組分

對(duì)舟山養(yǎng)殖海域沉積物中檢出的碎片類(lèi)、發(fā)泡類(lèi)、薄膜類(lèi)和纖維類(lèi)這4類(lèi)微塑料進(jìn)行紅外光譜分析，以確定各類(lèi)型的微塑料組成成分。典型微塑料樣品紅外光譜如圖4所示。對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)圖譜及峰值數(shù)據(jù)，確認(rèn)碎片類(lèi)和纖維類(lèi)微塑料的主要成分是聚酯類(lèi)、聚酰胺和聚乙烯，發(fā)泡類(lèi)和薄膜類(lèi)微塑料的主要成分是聚苯乙烯。

2.5 微塑料表面特征

采用掃描電鏡研究了沉積物中提取的微塑料的表面形貌，圖5顯示了不同碎片的不同微觀形狀和表面粗糙度。

3 討論

本試驗(yàn)設(shè)置7個(gè)沉積物采樣站位，沉積物微塑料豐度排序?yàn)槎ê^(qū)>普陀區(qū)>岱山縣>壁下島>綠華島>東極島>枸杞島，沙灘沉積物塑料豐度排序?yàn)槠胀訁^(qū)>岱山縣>枸杞 島> 綠華島>壁下島。從各站點(diǎn)所處位置考慮，養(yǎng)殖器具的磨損產(chǎn)生的微塑料以及廢棄養(yǎng)殖器具的隨意丟棄、各類(lèi)陸源垃圾的排放、雨水沖刷、陸源排污口或河流的輸入與海流、潮汐的聯(lián)合作用是造成微塑料地域分布差異的主要原因。廢棄養(yǎng)殖區(qū)的微塑料并未減少，可能由于這些廢棄區(qū)域是相對(duì)封閉的池塘。定海區(qū)、普陀區(qū)與岱山縣人口密集，產(chǎn)生了較多的陸源垃圾，例如洗滌衣物產(chǎn)生的大量纖維，以及生活污水中含有的大量來(lái)自化妝品的塑料顆粒。其中普陀區(qū)、岱山縣以及枸杞島作為旅游區(qū)在吸引游客的同時(shí)也在沙灘上留下了更多的垃圾，這些垃圾通過(guò)海水的沖刷直接進(jìn)入海洋環(huán)境中。而東極島、綠華島與壁下島則臨近外海，水域較為開(kāi)闊。較為清潔的外海水體對(duì)海灘的不斷沖刷，使得海灘微塑料豐度相對(duì)較低。而且從獲取的衛(wèi)星圖（本研究未列出）中可以看出，定海與普陀海域的水體呈現(xiàn)出黃色，水體顏色較深，而在枸杞島水體呈現(xiàn)出綠色，顏色較淺。根據(jù)目前對(duì)海水水面顏色的分析來(lái)看，顏色較深的海域污染程度大于顏色較淺的海域[15-16]。

在本試驗(yàn)中，沉積物范圍為（5.90±1.60）～（74.25±25.52）個(gè)/100 g。微塑料豐度最大值位于普陀區(qū)，最小值位于遠(yuǎn)離人口稠密區(qū)的枸杞島。本試驗(yàn)所提取微塑料中纖維的比重最大，這與許多研究結(jié)果[5，10，17-18]一致。沉積物中微塑料的類(lèi)型與養(yǎng)殖區(qū)的養(yǎng)殖方式相關(guān)。定海區(qū)、岱山縣以池塘養(yǎng)殖為主，由于養(yǎng)殖用水主要來(lái)源于周邊海洋，因而沉積物中微塑料類(lèi)型基本與周邊海洋一致。普陀區(qū)以及東極島以網(wǎng)箱養(yǎng)殖為主，網(wǎng)箱在使用中產(chǎn)生大量纖維，這些纖維增大了養(yǎng)殖區(qū)附近的沉積物的豐度。嵊泗的枸杞島、壁下島以及綠華島則以筏式養(yǎng)殖為主，筏式養(yǎng)殖使用大量的發(fā)泡塑料增加懸浮力，因而沉積物中發(fā)泡類(lèi)微塑料的數(shù)量比其他點(diǎn)位高。洗1件衣服可以釋放多達(dá)1 900種纖維到環(huán)境中，故而Alomer等在2016年的研究中指出，造成人口稠密區(qū)微塑料污染的主要原因是生活污水排放，而不是大型塑料破碎[17]。由于目前纖維并未被列為污水處理的對(duì)象，故而這些纖維被排入到海洋環(huán)境中。此外，碎片類(lèi)（圓形、不規(guī)則形狀）的微塑料是由大型塑料破碎產(chǎn)生的。在本試驗(yàn)和其他研究的采樣過(guò)程中，多次發(fā)現(xiàn)在東海的近海面上漂浮著許多大型塑料，在海浪和風(fēng)的推動(dòng)下，這些塑料能夠被帶到更遠(yuǎn)的地方，而且類(lèi)似港灣等地貌復(fù)雜且避風(fēng)的地方更加容易堆積這些密度較小的垃圾[19]。經(jīng)過(guò)光、熱、化學(xué)或物理過(guò)程，大塑料被分解成更小的顆粒沉到海底，使密度較小的塑料的比重變大。

在本試驗(yàn)收集到的微塑料中，白色（包括白色、透明和半透明色）微塑料占46.6%，若將顏色較淺的灰色列入白色塑料中，白色微塑料的比例達(dá)70%以上，這與其他研究結(jié)果基本一致。沉積物中微塑料的類(lèi)型與我國(guó)的塑料生產(chǎn)相關(guān)，2種主要聚合物[聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）]通常用于汽車(chē)、玩具、家庭用品和食品包裝且需求量很大。塑料的大量生產(chǎn)及使用壽命短，導(dǎo)致產(chǎn)生大量塑料垃圾。聚苯乙烯（PS）密度范圍很寬，在一些環(huán)境中可能會(huì)形成沉淀[20]，該聚合物絕緣性能高，主要用于飲用杯、包裝材料和電子產(chǎn)品。聚氯乙烯（PVC）的密度大于水，易發(fā)生沉降，可作為管道、電纜和食品包裝材料。聚酯類(lèi)聚合物，有聚丙烯酸酯、聚乙交酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET），尤其是PET主要用于紡織紗線。Song等在沉積物中發(fā)現(xiàn)75%聚酯類(lèi)微塑料可能來(lái)自紡織品脫落的纖維[18]。

纖維類(lèi)微塑料是從衣物、編織品以及漁繩索等物體上斷裂掉落下來(lái)的，并呈現(xiàn)出不同的斷裂狀態(tài)。斷裂后，纖維表面多呈現(xiàn)出分叉狀態(tài)、凹凸不平，原來(lái)平滑的表面完全改變。碎片類(lèi)微塑料用途來(lái)源廣泛，表面特征更加豐富，其邊緣斷裂呈現(xiàn)出不規(guī)則的形狀，斷裂面經(jīng)過(guò)腐蝕變脆、棱角突出，表面也出現(xiàn)一些孔洞。薄膜類(lèi)微塑料由于腐蝕變脆而脫落，脫落后的形狀有很多，故薄膜類(lèi)物質(zhì)更容易卷曲。發(fā)泡類(lèi)微塑料的化學(xué)成分主要是聚苯乙烯，具有多孔結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同用途，這些孔隙也存在很多的尺寸。發(fā)泡類(lèi)微塑料表面腐蝕表現(xiàn)多為多孔結(jié)構(gòu)周邊的斷裂變?yōu)椴灰?guī)則的孔隙，較多的孔隙斷裂后就形成了1個(gè)大型的凹陷[7]。

微塑料的表面相對(duì)新的塑料都產(chǎn)生了一定的變化，這些變化使得微塑料對(duì)于污染物（重金屬、有機(jī)氯農(nóng)藥等）的吸附能力變強(qiáng)。例如，新的樹(shù)脂顆粒表面吸附的痕量金屬元素遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于海灘中的樹(shù)脂顆粒[21]。

4 結(jié)論

微塑料普遍存在于舟山養(yǎng)殖海域的表層沉積物中。養(yǎng)殖區(qū)附近沙灘沉積物的微塑料平均豐度為（46.37±17.96）個(gè)/100 g，養(yǎng)殖區(qū)沉積物的微塑料平均豐度為（10.0±4.47）個(gè)/100 g。與其他相關(guān)研究結(jié)果[7，17]相比，舟山養(yǎng)殖海域沉積物中微塑料豐度處于中等偏下水平。微塑料中纖維的比例最高，顏色以白色為主。微塑料的化學(xué)組分中聚酯類(lèi)的比重最大。這些微塑料破損的表面大大增強(qiáng)了對(duì)于有毒污染物的承載能力，使微塑料對(duì)于海洋生物的危害加倍。

參考文獻(xiàn)：

[1]Anthony A L，Neal M A.Applications and societal benefits of plastics[J]. Philosophical Transactions of The Royal Society B Biological Sciences，2009，364（1526）：1977-1984.