微塑料對海洋環(huán)境和漁業(yè)生產(chǎn)的影響研究現(xiàn)狀及防控措施

汪 新

(福建省水產(chǎn)研究所，福建 廈門 361013)

塑料是一種重量輕、強度高且用途廣泛的材料，主要種類有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等，近年來全球每年對塑料的需求都在持續(xù)增長，而作為最終受納體的海洋，其塑料垃圾量也在逐年增長，據(jù)科研人員預(yù)測：到2025年全球海洋中塑料垃圾量將高達(dá)2.5億t[1]。進入海洋中個體較大的廢棄塑料，在經(jīng)過太陽輻射和波浪等長期的物理、化學(xué)作用下會分解成為更微小的塑料碎片或顆粒，這就是“微塑料”。早在1972年，科研人員就在《科學(xué)》雜志上報道了在佛羅里達(dá)半島以東的馬尾藻海表層海域發(fā)現(xiàn)了微塑料的存在痕跡[2]。Thompson等最早在2004年的《科學(xué)》雜志中提出Microplastics(微塑料)的定義，并將其描述為直徑<20 μm的塑料碎片和纖維[3]?，F(xiàn)在，相關(guān)領(lǐng)域的研究者將粒徑<5 mm的塑料稱為微塑料[4]，被形象地稱之為海洋中的“PM2.5”。在2015年召開的第二屆聯(lián)合國環(huán)境大會上，海洋塑料污染被列入與全球氣候變化、臭氧耗竭、海洋酸化并列的重大全球環(huán)境問題，至此，微塑料越來越受到科學(xué)界的關(guān)注。

水產(chǎn)品是人類獲取優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)的重要來源，富含優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素和礦物質(zhì)等。我國是水產(chǎn)養(yǎng)殖大國，水產(chǎn)品產(chǎn)量一直在世界上居于前列，在保障國家糧食安全方面起到了重要作用。海洋環(huán)境是海洋漁業(yè)資源賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，為海洋生物的生長和繁殖提供了必要的生存空間和適宜的環(huán)境條件，對水產(chǎn)養(yǎng)殖等漁業(yè)生產(chǎn)活動起著決定性的作用。長期以來，我國海洋環(huán)境污染關(guān)注較多的是富營養(yǎng)化[5-7]、赤潮[8-10]、溢油[11-13]等問題，微塑料污染問題沒有得到足夠的重視。根據(jù)有關(guān)研究報道，2015年中國海洋塑料垃圾數(shù)量為(1.32～3.53)×106t/a，對全球海洋塑料垃圾的貢獻率高達(dá)27.7%[1]。近幾年，我國生態(tài)環(huán)境部門開始重點關(guān)注海洋微塑料污染問題，從2018年開始在海洋生態(tài)環(huán)境狀況公報中公布我國海洋微塑料污染情況。從監(jiān)測結(jié)果來看，渤海、黃海、東海和南海微塑料的平均密度均不是很高，最低值為0.18 ind/m3，最高值為0.82 ind/m3，主要形狀為碎片、纖維和線，主要成分為PP、PE和PET[14-15]。

目前已在全球233種海洋生物的消化道內(nèi)發(fā)現(xiàn)了微塑料[16]，表明海洋生物已經(jīng)普遍受到了微塑料的污染。本文擬通過歸納和總結(jié)國內(nèi)外微塑料與海洋漁業(yè)方面的研究成果，分析海洋環(huán)境和漁業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中微塑料的主要來源以及對海洋漁業(yè)環(huán)境影響的機制，并提出相應(yīng)的防控措施。

1 微塑料的主要來源

海洋漁業(yè)環(huán)境中的微塑料來源廣泛，既有來自陸域的輸入，也有來自海上的活動。主要包含陸地來源和海上來源兩個方面。

1.1 陸地來源

陸源輸入是海洋漁業(yè)環(huán)境中微塑料最主要的一個來源，來自陸地上人類丟棄的塑料袋、纖維和泡沫等塑料垃圾在風(fēng)力、地下滲透和雨水沖刷的作用下通過地表徑流最終匯入海洋；另外在人口活動密集的沙灘上被游客隨意丟棄的塑料袋和礦泉水瓶等塑料垃圾在海浪的作用下也會進入到海洋環(huán)境中，引起海洋微塑料污染。相關(guān)的研究也報道海洋中來自陸地上(包括沙灘)的塑料垃圾高達(dá)80%[17]。

1.2 海上來源

隨著海洋開發(fā)熱潮的興起，近年來人類在海上的活動越來越頻繁，同樣給海洋造成了污染。主要有海上船舶運輸、海上旅游客運、海洋工程船舶作業(yè)、海洋漁船捕撈、海洋傾廢等，這些人類海上活動都或多或少地導(dǎo)致塑料垃圾進入海洋。

近海網(wǎng)箱和筏式養(yǎng)殖中所使用的漁業(yè)設(shè)施大多是用塑料制成的漁網(wǎng)、漁繩和泡沫浮球，這些材料在太陽照射以及海浪的長期作用下會發(fā)生老化、破損、分解，最終造成大量的微塑料進入海洋。Xue等研究發(fā)現(xiàn)，北部灣沉積物中微塑料的主要成分是PE和PP，且主要來源于漁業(yè)設(shè)施塑料分解后沉降[18]。

2 微塑料對海洋環(huán)境影響的主要機制

2.1 漁業(yè)活動產(chǎn)生的塑料廢棄物

目前的漁業(yè)生產(chǎn)活動主要是養(yǎng)殖和捕撈。塑料工業(yè)的發(fā)展極大地影響了漁業(yè)，合成纖維比天然纖維具有更高的強度和耐用性，同時也減輕了漁網(wǎng)的重量[19]。大多數(shù)的漁業(yè)設(shè)施使用繩索、籠或網(wǎng)懸掛在泡沫浮體結(jié)構(gòu)上，世界糧農(nóng)組織(FAO)認(rèn)為遺棄、丟失或以其他方式丟棄的漁具是進入海洋環(huán)境的塑料廢物的主要來源[20]，而這些漁業(yè)塑料廢棄物將會不斷破碎形成魚線、泡沫顆粒等并最終分解為微塑料。

2.2 漁業(yè)區(qū)微塑料的污染特征

通過查閱國內(nèi)外關(guān)于漁業(yè)區(qū)微塑料監(jiān)測的相關(guān)文獻，歸納出全球不同漁業(yè)水域微塑料的污染特征，包括微塑料的粒徑、豐度、主要形狀、主要顏色、主要成分等，詳見表1。

由表1可以總結(jié)出全球不同漁業(yè)水域微塑料的污染特征。

1)粒徑，不同漁業(yè)水域微塑料的粒徑差異較大，但均<5 mm。

2)豐度，不同漁業(yè)水域微塑料的空間分布非常不均勻。其中，韓國南部海域微塑料豐度較高，達(dá)到(103 000±59 000)ind/m3，而葡萄牙海岸海域、白令海峽東南部海域和美國加利福尼亞州南部海域微塑料豐度較低，分別為(0.002～0.036)ind/m3、(0.017±0.010)～(0.072±0.041)ind/m3和(0.004±0.002)～(0.190±0.088)ind/m3，不同漁業(yè)水域微塑料豐度可相差8個數(shù)量級。

3)形狀，主要為纖維、碎片、薄膜和泡沫，其中，纖維狀微塑料是漁業(yè)水域中最常見的微塑料，這主要是由于養(yǎng)殖和捕撈等漁業(yè)生產(chǎn)活動中漁繩和漁網(wǎng)的磨損，導(dǎo)致纖維狀微塑料所占比例較高。

4)顏色，不同漁業(yè)水域微塑料的顏色大多以白色、藍(lán)色、黑色和透明色為主。

5)成分，主要以PE、PP、PS等成分為主，是塑料制品中產(chǎn)量最高的種類。這些成分的塑料常用于養(yǎng)殖和捕撈等漁業(yè)生產(chǎn)活動中，如PS常用來制作水產(chǎn)養(yǎng)殖中的泡沫浮體，PP和PE多用于制成養(yǎng)殖、捕撈用的漁繩、漁網(wǎng)和漁線等。

綜上所述，在海洋漁業(yè)水域中，由于全球各地海洋環(huán)境狀況和漁業(yè)生產(chǎn)活動方式和強度差異較大，導(dǎo)致微塑料的粒徑和豐度分布差異較大。但微塑料的形狀、顏色和成分差別不大，形狀以纖維、碎片、薄膜和泡沫狀為主，顏色主要為白色、藍(lán)色、黑色和透明色，主要成分為PE、PP和PS。

表1 全球不同漁業(yè)水域微塑料的污染特征

2.3 微塑料對海洋漁業(yè)生物的毒性效應(yīng)

由于微塑料在海洋環(huán)境中具有分布廣、粒徑小、難降解和持久性等特點，很容易被海洋漁業(yè)生物攝取并長期保存在體內(nèi)，從而對海洋漁業(yè)生物造成損害，產(chǎn)生一系列毒性效應(yīng)，主要包括生長遲緩、攝食率和繁殖能力下降等。

1)微塑料會導(dǎo)致海洋漁業(yè)生物生長遲緩。Kaposi等研究發(fā)現(xiàn)微塑料會抑制海膽(Tripneustesgratilla)的攝食與生長[41]。Ziajahromi等通過將底棲生物暴露于微塑料中發(fā)現(xiàn)，底棲生物的生長受到明顯的影響[42]。Détrée等研究發(fā)現(xiàn)暴露于微塑料的紫貽貝(Mytilusgalloprovincialis)的生長速率明顯低于對照組，主要體現(xiàn)在長度的減少和體重的減輕[43]。

2)微塑料會導(dǎo)致海洋漁業(yè)生物攝食率降低。Cedervall等研究顯示暴露在微塑料中的魚消耗95%食物所花的時間是對照組的兩倍多[44]。Cole等研究發(fā)現(xiàn)微塑料附著在浮游動物的外甲殼和附屬物上可以顯著降低其活動和攝食能力[45]。Madelyn等研究發(fā)現(xiàn)暴露于微塑料中的貽貝(Mytilusedulis)的濾水率大大降低[46]。Yin等研究表明微塑料會顯著降低許氏平魚由(Sebastesschlegelii)的攝食和游泳能力，縮小其活動范圍[47]。

3)微塑料會導(dǎo)致海洋漁業(yè)生物繁殖能力下降。Sussarellu等研究表明暴露于微塑料2個月后，太平洋牡蠣(Pacific oyster)的卵細(xì)胞數(shù)量明顯減少，精子的游動速度也明顯降低，繁殖能力受到較大影響[48]。Wang等通過將青鳉魚(Oryziasmelastigma)暴露于微塑料60 d之后發(fā)現(xiàn)雌性血漿中的雌激素濃度明顯下降，進而對青鳉魚的繁殖產(chǎn)生不利影響[49]。Sarasamma等將斑馬魚(Zebra fish)暴露在微塑料中，經(jīng)過1個月的孵育后，熒光光譜結(jié)果顯示微塑料在斑馬魚生殖腺中積累和分布，并進一步影響其生殖功能[50]。

2.4 微塑料與其他污染物的復(fù)合效應(yīng)

微塑料由于具有較大的比表面積且具有較高的疏水性[51]，在海洋環(huán)境中很容易吸附重金屬和持久性有機污染物(POPs)，例如銅(Cu)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鉛(pb)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鈷(Co)、多氯聯(lián)苯(PCBs)、滴滴涕(DDTs)和多環(huán)芳烴(PAHs)等，成為海洋生態(tài)系統(tǒng)中重金屬和POPs的載體[52-57]。微塑料一旦被海洋漁業(yè)生物攝食，在一定條件下其會在生物體內(nèi)釋放出吸附的污染物。Lorena等在北太平洋環(huán)流采集到的微塑料中檢測到了PAHs和PCBs并且濃度要高于周邊海水[58]。Avio等研究發(fā)現(xiàn)PE和PS與PAHs的復(fù)合污染導(dǎo)致紫貽貝對PAHs的吸收率明顯提高[59]。Sun等通過對比實驗研究發(fā)現(xiàn)對管海馬生長造成影響的是由微塑料所吸附的重金屬[60]。Zhu等從牡蠣組織樣本中分離出的微塑料表面吸附有Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb等重金屬并且采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法檢測到牡蠣體內(nèi)重金屬超標(biāo)[61]。Akhbarizadeh等對在波斯灣東北部采集到的魚類肌肉中的微塑料和重金屬進行了調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)兩者之間存在著良好的線性關(guān)系[62]。因此，易于吸附持久性有機污染物和重金屬的微塑料一旦被海洋漁業(yè)生物攝食會產(chǎn)生更強的毒性效應(yīng)。

2.5 微塑料沿食物鏈的傳遞作用

與重金屬和POPs相類似，微塑料由于粒徑小、難降解等特點，很容易被海洋生物攝食并蓄積在體內(nèi)，并且通過食物鏈由低營養(yǎng)級生物向高營養(yǎng)級生物傳遞[63]。Setala等的熒光標(biāo)記實驗表明浮游生物體內(nèi)微塑料向大型浮游動物轉(zhuǎn)移的事實[64]。Annika等研究發(fā)現(xiàn)非常微小的塑料顆粒(1～20 μm)在鹵蟲幼蟲(Artemianauplii)中富集并轉(zhuǎn)移到斑馬魚中[65]。Zhang等通過調(diào)查中國東海舟山漁場周邊海域11種野生魚類和8種野生甲殼類中的微塑料污染情況發(fā)現(xiàn)，微塑料通過海洋食物鏈聚集在高營養(yǎng)級的魚類體內(nèi)[66]。低營養(yǎng)級的生物攝取的微塑料，隨著營養(yǎng)級的遞增和富集效應(yīng)，可以轉(zhuǎn)移到人類直接食用的水產(chǎn)品中，直接對人類的健康造成威脅[67-70]。

3 漁業(yè)生產(chǎn)活動中微塑料的主要防控措施

通過以上歸納和總結(jié)國內(nèi)外關(guān)于海洋漁業(yè)環(huán)境中微塑料最新的研究成果，揭示了海洋環(huán)境和漁業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中微塑料的主要來源以及對海洋漁業(yè)環(huán)境影響的機制。目前我國沿海的水產(chǎn)養(yǎng)殖普遍存在養(yǎng)殖密度過大、養(yǎng)殖設(shè)施落后等問題，水體和沉積物中的微塑料進入到養(yǎng)殖生物體內(nèi)并最終影響人類的身體健康。為此，本文提出以下漁業(yè)生產(chǎn)活動中微塑料的防控措施。

3.1 做好陸源微塑料污染防控

由于海水中的微塑料約有80%來自于陸源輸入，來源途徑主要是河流徑流帶入和岸灘直接入海。要引導(dǎo)公民養(yǎng)成不隨地丟棄塑料垃圾的習(xí)慣，盡量少使用塑料垃圾袋，倡導(dǎo)使用更加環(huán)保的布袋；研發(fā)和推廣可降解塑料制品；做好海漂垃圾和岸灘垃圾的清理整治工作。

3.2 加強漁業(yè)廢棄物的管控

海洋漁業(yè)水域中微塑料最主要的來源是漁業(yè)廢棄物，主要包括廢棄的漁網(wǎng)、漁繩以及泡沫浮體材料等，因此做好漁業(yè)廢棄物的管控至關(guān)重要。要引導(dǎo)教育漁民及時將漁業(yè)廢棄物收集上岸并進行妥善處置，實現(xiàn)資源化利用，必要時可制定相關(guān)法律強制執(zhí)行，嚴(yán)禁將漁業(yè)廢棄物棄置海上。減少存量，遏制增量，實現(xiàn)海洋漁業(yè)水域微塑料的源頭控制。

3.3 加大對環(huán)保漁業(yè)設(shè)施裝備的研發(fā)

目前傳統(tǒng)的筏式和網(wǎng)箱養(yǎng)殖中大多數(shù)使用價格較為低廉的泡沫浮球作為浮體材料，使用由塑料制成的漁網(wǎng)和漁繩。這些傳統(tǒng)的漁業(yè)設(shè)施材料在太陽照射和海浪的作用下，特別是在遇到臺風(fēng)、風(fēng)暴潮等惡劣天氣的情況下會發(fā)生老化、破碎、分解，使其成為漁業(yè)生產(chǎn)活動中微塑料的主要來源。因此，需要加大對環(huán)保漁業(yè)設(shè)施裝備的研發(fā)，研發(fā)可降解的塑料漁業(yè)設(shè)施裝備或是可替代塑料的其他材質(zhì)的漁業(yè)設(shè)施裝備，以減少由漁業(yè)設(shè)施裝備所產(chǎn)生的微塑料。

3.4 積極拓展深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖

由于受自然條件和人為、技術(shù)等方面的限制，目前我國的水產(chǎn)養(yǎng)殖主要集中在近岸港灣內(nèi)，這是由于地表徑流營養(yǎng)鹽的輸入，水體中的有機質(zhì)和作為餌料生物的浮游動植物含量豐富，且受地形影響，風(fēng)浪較小，離岸較近也便于管理，因此其是發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖的首選區(qū)域。但是，港灣所在的海岸帶地區(qū)是人口最為密集、經(jīng)濟活動最為頻繁的地帶，微塑料豐度顯著高于外海。深遠(yuǎn)海海域水動力條件好，水交換率高，遠(yuǎn)離陸域微塑料豐度小，積極拓展深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖能有效減少微塑料等污染物在養(yǎng)殖生物體內(nèi)的富集，產(chǎn)出更加健康優(yōu)質(zhì)的水產(chǎn)品。

4 總結(jié)與展望

1)近年來，微塑料作為一種新型的海洋污染物越來越受到大家的高度關(guān)注。最新的研究表明，微塑料由于粒徑小、難降解等特點，很容易被海洋漁業(yè)生物攝取，且會引發(fā)生長遲緩、攝食率和繁殖能力下降等毒性效應(yīng)。

2)微塑料由于具有較大的比表面積和較高的疏水性，可以吸附重金屬和POPs等污染物并沿著食物鏈由低營養(yǎng)級生物傳遞到高營養(yǎng)級生物，產(chǎn)生生物富集和放大作用，并最終影響到水產(chǎn)品質(zhì)量安全和人類健康。

3)本文提出了做好陸源微塑料污染防控、加強漁業(yè)廢棄物的管控、加大對環(huán)保漁業(yè)設(shè)施裝備研發(fā)和積極拓展深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖的防控措施，以期為有效防控海洋漁業(yè)環(huán)境中微塑料污染提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。