寧波市水體中微塑料的賦存特征及影響因素*

商衛(wèi)純 鄭 吉 盧璽丹 陳胤再

(寧波市生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，浙江 寧波 315012)

近年來，塑料產(chǎn)量大幅增加，年產(chǎn)量超過3.3億t[1]。塑料中超過10%最終進(jìn)入河流、湖泊和海洋等水體環(huán)境，并在水體中不斷堆積，這就使得微塑料污染問題日益嚴(yán)峻。微塑料會(huì)對(duì)水生物種、生態(tài)系統(tǒng)和人類健康產(chǎn)生不利影響[2]。研究證實(shí)，微塑料對(duì)水體中的細(xì)菌、藻類、輪蟲、軟體動(dòng)物和節(jié)肢動(dòng)物等均會(huì)產(chǎn)生不良影響[3]。它們會(huì)通過食物鏈轉(zhuǎn)移到人體中，在人體中積累，損傷不同組織，引起慢性炎癥[4-5]。另外，微塑料具有較高的比表面積，因此具有較強(qiáng)的吸附能力，可以作為重金屬、有機(jī)物等不同的水體中污染物的載體[6]，同時(shí)，還可以作為不同生物體的載體[7-8]。此外，微塑料本身是由各種單體及化學(xué)添加劑組成的，內(nèi)部添加劑的釋放也會(huì)造成潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[9]。

迄今為止，水體微塑料的研究主要集中在海洋[10],[11]418,[12]18，且主要集中在微塑料污染的程度(積累、來源、豐度)和對(duì)海洋生物的影響兩個(gè)方面。表層水體、深海、沉積物中均檢測(cè)到了微塑料[13]1557,[14]，此外，不僅是人口密集的地區(qū)，而且在相對(duì)原始和偏遠(yuǎn)的地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了微塑料的蹤跡[13]1557,[15]884。同時(shí)，微塑料會(huì)對(duì)生物體造成不良的影響也已被證實(shí)[16-18]。

與海洋系統(tǒng)相比，淡水系統(tǒng)中的微塑料研究要少得多[11]418。盡管如此，有足夠的證據(jù)表明，微塑料在淡水中廣泛存在，在世界上每個(gè)大陸的河流或湖泊中都發(fā)現(xiàn)了微塑料[12]18,[19]129,[20]。研究表明，在許多河流的不同深度的水體及沉積物中都發(fā)現(xiàn)了微塑料。研究證實(shí)，河流中這種微塑料污染的主要來源是城市徑流，特別是在高降雨量期間[15]874、來自城市地區(qū)的灰水[21]和污水處理廠的流出[22-23]。但是，目前城市水體微塑料的數(shù)據(jù)依然缺乏，這使得全面評(píng)估它們對(duì)水體生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響變得困難。因此，有必要針對(duì)城市水體中微塑料的賦存特征進(jìn)行研究，并分析城市水體中微塑料的影響因素。

本研究選取寧波市的部分干流和支流水體為研究對(duì)象，考察了寧波市城市水體中微塑料的豐度水平，分析了水體中微塑料的類型及形貌特征，探討了城市水體微塑料的影響因素，提供了河網(wǎng)密布的沿海港口城市水體微塑料污染的基本數(shù)據(jù)，對(duì)城市水體中微塑料的管控具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域及樣品采集

寧波市是中國(guó)東南沿海的一個(gè)大型港口城市，物流及電子商務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，制造業(yè)也發(fā)達(dá)，尤其是塑料加工及紡織業(yè)。全市河網(wǎng)密布，大小河流總計(jì)173條，河道長(zhǎng)度超過180 km，水域面積達(dá)400萬m2。

本研究在對(duì)寧波市水系進(jìn)行實(shí)地踏勘的基礎(chǔ)上，結(jié)合水體類型、下墊面土地利用情況、地理分布等，選定干流監(jiān)測(cè)斷面6個(gè)，支流監(jiān)測(cè)點(diǎn)19個(gè)。干流的6個(gè)監(jiān)測(cè)斷面選擇連續(xù)的水體，采樣點(diǎn)編號(hào)為M1～M6,M1和M2位于剡江，M3和M4位于奉化江，M5和M6位于甬江。依據(jù)地表水監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)原則對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面左側(cè)、中部、右側(cè)設(shè)置3處采樣(受環(huán)境因素的制約，M6只設(shè)置了中部1處采樣)，每處用不銹鋼采樣器采集3次水體樣品。19個(gè)支流監(jiān)測(cè)點(diǎn)遍布整個(gè)寧波市，包含所有的市轄區(qū)及下墊面。采樣點(diǎn)編號(hào)為T1～T19,每個(gè)采樣點(diǎn)處用不銹鋼采樣器采集3次水體樣品。采樣點(diǎn)位置見圖1。

圖1 采樣點(diǎn)位置

1.2 微塑料檢測(cè)

將水樣用NaOH在避光條件下消解12 h，以去除表面的部分有機(jī)污染物，減少對(duì)后續(xù)操作的干擾。采用真空泵將水樣中的微塑料富集到濾膜上，再將濾膜放置在顯微鏡下，通過目檢的方法檢出所有疑似的微塑料樣品，并記錄其粒徑、形狀和顏色等基本形貌特征。疑似的微塑料樣品通過傅立葉紅外顯微成像光譜儀(Nicolet In10 MX)進(jìn)行紅外鑒定，判斷其是否為微塑料以及微塑料的類型。

1.3 質(zhì)量控制

在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)整個(gè)操作流程進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)控，以減少操作流程對(duì)結(jié)果的影響。在采樣過程中，用不銹鋼采樣器采集水樣，用玻璃瓶存放樣品。實(shí)驗(yàn)室分析過程全程在無塵室中進(jìn)行，同時(shí)在消解及其他操作過程中用錫箔紙覆蓋，以避免空氣中微塑料的影響。從采樣開始到實(shí)驗(yàn)結(jié)束整個(gè)流程進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)，空白樣品中未檢出微塑料。

2 結(jié)果與討論

2.1 寧波市水體中微塑料的豐度

寧波市水體微塑料豐度為0.81～69.92個(gè)/L，與其他地表水體相比，其微塑料豐度整體處于較高的水平，這可能與當(dāng)?shù)丶徔棙I(yè)較發(fā)達(dá)有關(guān)，同樣以紡織業(yè)為主的紹興市水體中微塑料的豐度(2.1～71.0個(gè)/L)也處于該水平[24]。另外，寧波市電子商務(wù)和快遞業(yè)務(wù)發(fā)展迅速[25]，電子商務(wù)和快遞服務(wù)相關(guān)的塑料包裝也可能是水體中微塑料的重要來源。由圖2和圖3可見，寧波市干流中微塑料的豐度顯著高于支流中微塑料的豐度，干流微塑料平均豐度為(38.08±18.75)個(gè)/L，支流微塑料平均豐度為(3.25±2.62)個(gè)/L，這一結(jié)果與上海市的黃浦江與蘇州河中微塑料分布情況一致[26]4，城市各個(gè)支流都向干流匯集，因此導(dǎo)致干流成為城市水體中微塑料重要的匯。

圖2 干流各采樣點(diǎn)微塑料豐度

圖3 支流各采樣點(diǎn)微塑料豐度

干流中微塑料的豐度從上游到下游呈現(xiàn)出逐漸增高的趨勢(shì)。位于上游的M2豐度最低，為(15.55±5.03)個(gè)/L，該采樣點(diǎn)位于剡江，周邊人類活動(dòng)較少，同時(shí)周邊匯集進(jìn)入的水體也較少，從而減少了水體中微塑料的潛在來源。M6處豐度最高，為(69.92±17.04)個(gè)/L，該采樣點(diǎn)位于甬江的下游并最終匯入出海口，水體中的微塑料會(huì)在水力的作用下在該處匯集，同時(shí)海水倒灌也會(huì)導(dǎo)致此處微塑料豐度增加。

與干流相比，寧波市支流的微塑料豐度處于較低水平。但是，T1處豐度為(12.51±3.41)個(gè)/L，顯著高于支流微塑料豐度的平均值。T1采樣點(diǎn)是水庫，水庫中水體動(dòng)能較低，流動(dòng)性差，為微塑料的聚集創(chuàng)造了有利條件，隨著時(shí)間的推移微塑料不斷地累積[27]。因此，靜止水體中微塑料污染問題可能更為嚴(yán)重，比如金澤水庫和三峽水庫[26]4,[28]。寧波市水體與其他地表水體中微塑料豐度比較見表1。

表1 地表水體中微塑料豐度

2.2 微塑料的類型及形貌特征

寧波市水體中微塑料類型的數(shù)量占比依次為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET，62.04%)、聚酰胺 (PA，18.25%)、聚丙烯腈(PAN，5.11%)、聚乙烯(PE，2.92%)、聚氯乙烯(PVC，2.92%)、聚乙烯醇(PVA，2.19%)和聚丙烯(PP，2.19%)等(見圖4(a))。類型占比最大的是PET，與大部分城市水體中微塑料主要類型一致，如武漢[29]1373等。PET通常用于紡織品的生產(chǎn)，如衣服、毛毯等[29]1373。生活污水中的PET纖維可能是研究水域中纖維微塑料的重要來源。干流水體與支流水體中占比最大微塑料的類型一致，解釋了微塑料來源的一致性，進(jìn)一步說明了干流是支流中微塑料的匯。

由圖4(b)、4(c)、4(d)可見，寧波市水體中微塑料的形狀以線狀為主，其次為片狀和顆粒狀，數(shù)量占比依次為91.99%、6.16%和1.85%；粒徑的數(shù)量占比為：≤500 μm占40.81%，500～1 000 μm占32.95%，1 000～3 000 μm占22.72%，3 000～5 000 μm占3.52%；顏色以無色透明為主，數(shù)量占比為60.39%，其次為黑色，數(shù)量占比為32.93%，藍(lán)色和紅色的數(shù)量占比分別為3.00%和2.28%。

圖4 寧波市水體中微塑料類型、形狀、粒徑和顏色數(shù)量占比

已有的研究表明，不管是遙遠(yuǎn)的海床還是偏遠(yuǎn)的內(nèi)陸水體[46]，其中的微塑料都以線狀為主，也與我國(guó)以往的研究結(jié)果一致[32]882,[47],[48]7-9。線狀的微塑料可能來自于城市污水、廢織物和漁業(yè)活動(dòng)[49-50]。城市污水是水體中線狀微塑料的重要來源[51]，尤其是生活污水。家用洗衣機(jī)廢水的研究結(jié)果表明，洗滌一件衣服可產(chǎn)生數(shù)千個(gè)線狀微塑料[52]，而目前城市中陽臺(tái)洗衣廢水直排的現(xiàn)象非常普遍，同時(shí)，郊區(qū)居民生活污水直排現(xiàn)象也十分嚴(yán)重，這些都會(huì)導(dǎo)致水體中線狀微塑料增加。寧波市眾多的服裝加工廠可能是水體中線狀微塑料的潛在來源。此外，經(jīng)污水處理廠處理后，依然有40%左右的微塑料進(jìn)入到自然水體中[53]。

水體中的微塑料以小粒徑的為主，通常≤500 μm的微塑料數(shù)量占比最大。中國(guó)淡水流域中的微塑料粒徑大部分小于1 mm[48]12,[54]，珠江口及其城市段地表水中粒徑小于2 mm的微塑料占80%以上[32]881。小尺寸微塑料具有較高的生物利用度，這可能會(huì)增加生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[55]。

顏色方面，無論是在中國(guó)淡水環(huán)境的地表水還是沉積物中，微塑料均以無色透明為主[56]707。這些無色透明的微塑料可能是塑料袋、水杯、塑料瓶等包裝產(chǎn)品破碎產(chǎn)生的。而淡水生物群中檢測(cè)到的微塑料除了無色透明的外，還有大量藍(lán)色的微塑料，這可能是由于誤食浮游生物造成的[56]706。微塑料的顏色會(huì)增加攝食的可能性，因?yàn)樗鼈兣c食物十分相似，尤其是對(duì)視覺捕食者的影響更大，如魚和幼蟲等[57]。

2.3 城市水體微塑料的影響因素

城市水體中微塑料的賦存特征受到多重因素的影響，如國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、人口密度、距離城市中心的距離和下墊面等[26]8,[29]1369,[58]862,[59]448。本研究的結(jié)果表明，城市水體中微塑料的賦存特征主要受到人類活動(dòng)及垃圾管理策略的影響。

將采樣點(diǎn)依據(jù)行政區(qū)劃分，對(duì)比各個(gè)行政區(qū)內(nèi)自然水體微塑料污染的基本情況，微塑料豐度從大到小為：海曙區(qū)>北侖區(qū)>鄞州區(qū)>奉化區(qū)>鎮(zhèn)海區(qū)>江北區(qū)(見圖5)。該順序與各區(qū)的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值及人口密度均不一致。社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)微塑料的賦存有重要的影響，并有研究證實(shí)水體中微塑料的豐度與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值或人口密度呈正相關(guān)[58]865,[59]453。此次結(jié)果表明，在城市尺度上，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值和人口密度并不是影響城市水體中微塑料分布的決定性因素。

圖5 各行政區(qū)微塑料豐度

淡水水體中的微塑料污染與人類活動(dòng)及垃圾管理政策存在密切聯(lián)系。將采樣點(diǎn)依據(jù)不同城市功能區(qū)劃分，微塑料豐度從大到小為：居民與農(nóng)業(yè)混合區(qū)>居民區(qū)(郊區(qū))>居民區(qū)(城區(qū))>農(nóng)業(yè)區(qū)(見圖6)。居民與農(nóng)業(yè)混合區(qū)微塑料的類型最為豐富，居民區(qū)(城區(qū))微塑料的類型僅有PET和PA。該結(jié)果證實(shí)了城市土地覆蓋與微塑料分布存在顯著的相關(guān)性[60]可能是人類活動(dòng)及垃圾管理策略問題共同造成的[61-62]。農(nóng)業(yè)區(qū)水體微塑料豐度最低，是因?yàn)榕c其他下墊面相比，農(nóng)業(yè)區(qū)人類活動(dòng)最弱。但是，人類活動(dòng)只能影響微塑料的產(chǎn)生量，并不是水體微塑料污染程度的決定因素。城區(qū)會(huì)產(chǎn)生更多的微塑料，同時(shí)也有更為成熟和完善的垃圾管理策略及治理設(shè)施，這能極大地減少進(jìn)入環(huán)境中微塑料的量。居民與農(nóng)業(yè)混合區(qū)的垃圾管理策略要弱于居民區(qū)，從而導(dǎo)致居民與農(nóng)業(yè)混合區(qū)的水體中微塑料豐度最高。由于對(duì)塑料垃圾(如城鎮(zhèn)、旅游、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等)、船舶運(yùn)輸、漁業(yè)活動(dòng)等過程的管理不當(dāng)，微塑料很可能直接進(jìn)入水環(huán)境，造成一定程度的微塑料污染[63]。垃圾填埋場(chǎng)管理不善也會(huì)導(dǎo)致水體中微塑料的增加[64]。污水處理廠的污泥也是微塑料污染的主要來源[65]。暴雨或洪水過后，垃圾填埋場(chǎng)的徑流會(huì)將這些微塑料帶到附近的環(huán)境中，同時(shí)，降雨可能導(dǎo)致微塑料在地表水中的再懸浮[19]135。大氣沉降也是水環(huán)境中微塑料污染的重要來源[66]。

圖6 不同城市功能區(qū)微塑料的豐度

3 結(jié) 論

(1) 寧波市水體微塑料豐度為0.81～69.92個(gè)/L，干流微塑料平均豐度為(38.08±18.75)個(gè)/L，支流微塑料平均豐度為(3.25±2.62)個(gè)/L，干流水體微塑料污染較為嚴(yán)重，可能是受當(dāng)?shù)氐募徔棙I(yè)、電子商務(wù)和快遞服務(wù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的影響。

(2) 微塑料的類型以PET(62.04%)為主；形狀以線狀(91.99%)為主，粒徑越小占比越大，≤500 μm占40.81%，500～1 000 μm占32.95%；顏色以無色透明為主，占比為60.39%，其次為黑色，占比為32.93%。

(3) 城市水體中微塑料的分布受到多重因素的影響，其中，人類活動(dòng)及垃圾管理策略是主要的影響因素。