江蘇省近岸海域表層海水微塑料的組成與賦存特征

張曉昱，張夢亦，魏愛泓, 鄭江鵬, 付丹, 周超凡, 李海燕, 韓照祥

(1.江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心, 江蘇 南京 210019; 2.江蘇海洋大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院, 江蘇 連云港 222005; 3.江蘇省連云港環(huán)境監(jiān)測中心, 江蘇 連云港 222000)

微塑料(MP,Micro Plastics)一詞由Thompson等人在2004年首次提出[1]，其造成的污染目前已成為世界最受關(guān)注的生態(tài)環(huán)境問題之一。學(xué)術(shù)界相對比較公認(rèn)的是美國海洋大氣局(NOAA，National Oceanic and Atmospheric Administration) 對微塑料的定義，即粒徑<5 mm的塑料微粒的統(tǒng)稱。經(jīng)過科學(xué)驗(yàn)證，通過食物鏈的傳播，微塑料會對人體產(chǎn)生不良后果[2]。同時，海洋及海洋資源對于每個臨海國家來說都是提升國家實(shí)力的重要因素。因此，在海洋生態(tài)環(huán)境維護(hù)方面，各國都在積極開展行動。我國于2016年啟動了對近海海洋微塑料的監(jiān)測，2017年7月海洋微塑料的監(jiān)測首次成為北極科考隊(duì)的監(jiān)測項(xiàng)目之一。

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，海洋微塑料污染進(jìn)展迅猛，我國作為全世界最大的塑料生產(chǎn)和消費(fèi)國[3]，微塑料污染問題不可小覷。此前，國內(nèi)對微塑料的研究區(qū)域主要集中于珠江口、長江口等受人類活動影響較大的河口和沙灘[4]。現(xiàn)對江蘇省近岸海域表層海水樣品進(jìn)行分析研究，了解微塑料的粒徑、豐度和組分的分布情況，以期為近岸海域微塑料的污染防治提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。

1 研究方法

1.1 采樣站位

采樣站位位于江蘇省東部連云港、南通和鹽城3市的近岸海域，該區(qū)域?qū)儆诤Ｖ轂?、輻射沙脊群等典型海域。按照由近及遠(yuǎn)的布點(diǎn)原則，分別于沿岸、近岸共布設(shè)6個站位，開展表層海水中的微塑料監(jiān)測分析。采樣站位位置見圖1，其中15、24、26站位為連云港海域，36、37站位為鹽城海域，59站位為南通海域。

1.2 采樣時間

于2019年10月，對連云港、鹽城和南通3市的近岸海域共6個站位進(jìn)行1個航次的采樣。

1.3 采樣與分析方法

樣品采集和分析方法均參照國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心編制的《海洋微塑料監(jiān)測技術(shù)規(guī)程(試行)》進(jìn)行。樣品現(xiàn)場采樣并固定，保存帶回實(shí)驗(yàn)室分析。

1.4 儀器設(shè)備

拖網(wǎng)采樣設(shè)備為市場購買定制(網(wǎng)口尺寸1 m×0.5 m，網(wǎng)衣3 m，網(wǎng)孔徑330 μm)；數(shù)字生物網(wǎng)口流量計(jì)(德國HYDRO-BIOS公司)；SMZ800N目檢體視顯微鏡(Nikon公司)；YSI 6920V2多參數(shù)水質(zhì)測定儀(美國YSI公司)；輔助儀器有GPS、激光測距儀、干濕溫度計(jì)、指南針等。

圖1 江蘇省近岸海域微塑料采樣站位

1.5 數(shù)據(jù)處理與質(zhì)量控制

實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用Origin 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。參考 NOAA 有關(guān)技術(shù)規(guī)范[5]，在采樣和實(shí)驗(yàn)室分析過程中強(qiáng)化質(zhì)量控制，以盡可能減少誤差。在海面采樣時，要始終保持網(wǎng)具處于半潛狀態(tài)，以確保采集到海水表面的漂浮垃圾，一旦發(fā)現(xiàn)網(wǎng)具頂部沉入海面以下應(yīng)立即終止采樣，并停止計(jì)時。采樣過程中，保持船速相對穩(wěn)定，并通過及時調(diào)整船速確保網(wǎng)具始終保持在不受船航行影響的狀態(tài)。對于樣品的預(yù)處理，過篩時經(jīng)過去離子水沖洗，并在受控的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 表層海水MP粒徑分布

參照《海洋微塑料監(jiān)測技術(shù)規(guī)程(試行)》中對MP的分類方法，將MP細(xì)分為毫米級，粒徑≥1 mm，且≤5 mm；微米級，粒徑≥1 μm，且<1 mm；納米級，粒徑<1 μm。本研究受采樣網(wǎng)衣孔徑及儀器檢測性能的限制，僅對收集到的塑料類污染物中毫米級和微米級MP進(jìn)行系統(tǒng)分析。

江蘇省近岸海域6個站位的MP檢出率為100%，不同粒徑等級MP的數(shù)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1，不同粒徑MP占比見圖2(a)(b)。由表1和圖2可見，MP粒徑分布為0.02～4.80 mm，15，24，36，37站位毫米級MP占比較高，26和59站位微米級MP占比最高。江蘇省近岸海域表層海水中粒徑較小的MP占比最高，其中<1 mm的微米級MP占比最多，總體粒徑占比高達(dá)83.4%。主要是由于大塊塑料垃圾具有較高的回收利用價(jià)值，因此在海面中的特大塊垃圾中塑料占比較少。與此同時，不同站位粒徑大小數(shù)量存在差異，主要由于有的位點(diǎn)離岸較遠(yuǎn)，農(nóng)業(yè)與人類活動影響偏??；有的站位離岸較近，周邊人類活動頻繁，工農(nóng)業(yè)污染排放量大，氣象、水文以及海域擴(kuò)散條件所致。

表1 江蘇省近岸海域6個站位不同粒徑微塑料數(shù)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖2 江蘇省近岸海域不同粒徑微塑料占比

由此可見，MP是江蘇省近岸海域表層水塑料類污染的首要污染物，這與國內(nèi)外眾多研究結(jié)果大體一致[4, 6- 7]。隨著垃圾尺寸的減小，塑料垃圾的回收利用價(jià)值逐步降低，且相比其他海面垃圾類型，塑料垃圾在太陽輻射、海水腐蝕和生物降解等物理、化學(xué)和生物作用下更易碎裂細(xì)化，產(chǎn)生粒徑更小的塑料顆粒。因此，隨著海面垃圾尺寸的減小，塑料垃圾的占比成冪指數(shù)增加，其危害性卻顯著增大[8]。特別是粒徑<5 mm 的微塑料垃圾，易于被海鳥、仔魚[9]和樽海鞘[10]等海洋生物攝取，其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。因此，應(yīng)更為關(guān)注海洋中尺寸較小的微塑料垃圾。

2.2 表層海水MP數(shù)量分布

江蘇省近岸表層海水中6個站位監(jiān)測的MP豐度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2和圖3。由表2和圖3可見，江蘇省近岸海域表層海水中MP豐度為0.06～1.18 個/m3，平均值為0.33 個/m3，6個站位的MP豐度排序?yàn)椋?6站位<26站位<37站位<24站位<15站位<59站位。分析59站位MP豐度最高的原因可能是：(1)59站位于輻射沙脊群中，該海域水動力及地質(zhì)地貌復(fù)雜，海底溝槽縱橫交錯，且水深較淺，導(dǎo)致MP顆粒難以隨潮汐或海流向外海輸送，易聚集于各溝槽間的局部海域；(2)該海域人類生產(chǎn)活動密集，存在漁業(yè)捕撈、貝類養(yǎng)殖和紫菜養(yǎng)殖等多種類型的海洋漁業(yè)生產(chǎn)活動，生產(chǎn)過程中使用的網(wǎng)具、浮漂等均是海洋塑料垃圾的來源。

表2 江蘇近岸海域微塑料平均豐度統(tǒng)計(jì) 個/m3

圖3 江蘇近岸海域微塑料豐度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

本研究結(jié)果低于全球海洋表面漂浮MP豐度890 000 個/km2[11]，低于太平洋亞熱帶海洋環(huán)流垃圾聚集帶678 000 個/km2[12]和地中海MP豐度243 853 個/km2[13]；就單位體積MP數(shù)量而言，稍低于北極海域0.34 個/m3[14]，明顯低于北極冰川38～234 個/m3[15]，大西洋2.46 個/m3[16]和東北太平洋8～9180 個/m3[7]。我國海域的研究主要集中在東海近岸、南海海灘和渤海海灘，其中南海海岸0.5～5 mm塑料顆粒含量約為0.17 個/m3[17]，江蘇近岸海域MP數(shù)量略高于南海。

2.3 表層海水MP組分分布

江蘇省近岸海域表層海水不同粒徑MP的組分及占比見圖4(a)(b)。由圖4可見，6個站位中，59站位的MP組分最多。檢測的所有微米級MP樣品中共有16種塑料類型，其中乙烯醋酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate，EVA)占比最高，占總數(shù)量的49.0%。其次為聚氨基甲酸乙酯(Polyurethanes，PU)占24.3%。毫米級MP共有5種塑料類型，其中聚苯乙烯(Polystyrene，PS)占比最高，占43.3%。聚丙烯(Polypropylene，PP)其次，占39.6%。在所有檢出塑料類型中，聚丙烯在6個站位均有檢出，且占比較多。聚丙烯主要用于包裝業(yè)、電子器件和汽車零部件等領(lǐng)域，這與近年相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展相吻合[19]。因此，人類活動強(qiáng)度高的鄰近陸域，MP通過近岸輸入海洋中或由海上人類活動直接輸入，需要加強(qiáng)人類活動密集區(qū)的塑料垃圾的收集和管理，防止其通過海岸雨水徑流沖刷排入海洋。

圖4 江蘇近岸海域不同粒徑微塑料組分比例

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

(1)江蘇省近岸海域表層海水中MP污染廣泛存在，監(jiān)測站位檢出率為100%。MP粒徑為0.02～4.80 mm，其中15，24，36和37站位的毫米級MP占比較高，其余站位均為微米級MP占比最高。在江蘇近岸海域表層海水中，微米級MP占比最高，總體粒徑比為83.4%。

(2)江蘇省近岸海域表層海水中MP的豐度為0.06～1.18 個/m3，6個站位中MP平均豐度為0.33 個/ m3，排序?yàn)椋?6站位<26站位<37站位<24站位<15站位<59站位。該區(qū)域表層海水中MP的豐度低于全球海洋表面MP的漂浮豐度，略高于我國南海。

(3)微米級MP種類所占比例最大，6個站位中，59站位的MP組分最多。微米級MP共有16種塑料組分，其中EVA占49.0%，PU占24.3%；毫米級MP共有5種塑料組分，其中PS占比最高，為43.3%；在所有MP組分中，聚丙烯在6個站位均有檢出，這與近年相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展高度相關(guān)。

3.2 建議

(1)盡快制定我國塑料廢物監(jiān)管法規(guī)。借鑒美國、加拿大、新西蘭、荷蘭和愛爾蘭等發(fā)達(dá)國家關(guān)于禁止微珠法規(guī)的經(jīng)驗(yàn)，對有關(guān)MP進(jìn)行立法，積極推動并訴諸落地見效。

(2)鑒于目前有關(guān)MP研究還未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，建議研究制定與國際接軌的MP采集、分析和鑒定方法，便于對MP進(jìn)行定性和定量分析，有利于找到問題的根源，制定針對性的解決方案。

(3)制定精準(zhǔn)管控政策，實(shí)行規(guī)范化排放。對重點(diǎn)區(qū)域和行業(yè)制定差異化政策，提升城鎮(zhèn)污水處理廠生活污水和塑料加工企業(yè)污水的尾水排放管理。同時，加強(qiáng)日常MP排放檢測，包括MP的去除效率，確保達(dá)標(biāo)和減量排放。

(4)提高公眾對MP污染和危害的認(rèn)識，繼續(xù)推行“河長制” “湖長制” “灣長制”和“鏈長制”，加強(qiáng)對內(nèi)陸水域和塑料相關(guān)產(chǎn)業(yè)的過程管理，優(yōu)化污染物排放監(jiān)管體系。