磁湖水體中微塑料的豐度及其分布特征

何嘉慶，李怡欣，馬天躍，汪東亮,b*，李于曉,b，張家泉,b，蔡 葦,b，李海笑,b

(湖北理工學(xué)院 a.環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，b.礦區(qū)環(huán)境污染控制與修復(fù)湖北省重點實驗室，湖北 黃石 435003)

0 引言

微塑料(Microplastics，MPs)是一種新型環(huán)境污染物，通常指粒徑小于5 mm的塑料，廣泛存在于水體、沉積物以及水生生物體內(nèi)[1]。微塑料具有尺寸小和高比表面積的特征，能被活生物體攝入，有毒化學(xué)物質(zhì)在水中或活生物體組織內(nèi)被吸附的風(fēng)險增加。水生系統(tǒng)的微塑料往往會吸附污染物，并將有害成分轉(zhuǎn)移到生物體中，造成腸道系統(tǒng)阻塞、細胞損傷等。微塑料甚至?xí)ㄟ^食物鏈在高級營養(yǎng)生物體內(nèi)富集，造成嚴重的生態(tài)風(fēng)險。湖泊、河流被認為是微塑料的重要匯入場所。有數(shù)據(jù)表明北美五大湖地區(qū)[2]、加拿大溫尼伯湖[3]、意大利博爾塞納湖[4]、洞庭湖[5]、鄱陽湖[6]、烏梁素海[7]等湖泊中都發(fā)現(xiàn)了微塑料，且人口密集、城市化程度高的內(nèi)陸淡水水域的微塑料污染更嚴重[8]。

磁湖是黃石市最大的城市內(nèi)湖，具有納污、蓄水、生態(tài)景觀等多重功能。磁湖是通江湖泊，保護磁湖、改善磁湖水質(zhì)是黃石市生態(tài)環(huán)境規(guī)劃中的長期戰(zhàn)略任務(wù)[9]。本研究以磁湖水體為對象，調(diào)查磁湖水體中微塑料的豐度與賦存特征，為保護磁湖的生態(tài)環(huán)境積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 實驗方法

1.1 取樣點分布

參照《水質(zhì)：湖泊和水庫采樣技術(shù)指導(dǎo)》(GB/T 14581—1993)，根據(jù)磁湖近岸的城市分布及歷年水質(zhì)檢測資料，考慮湖泊水體的水動力條件、污染物在水體中的循環(huán)和遷移轉(zhuǎn)化等因素，通過實地考察布設(shè)如下采樣點：磁湖北湖設(shè)置5個近岸采樣點(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，F(xiàn)5)及1個湖心采樣點(F6)，磁湖南湖設(shè)置1個近岸取樣點(F7)。采樣點分布如圖1所示。

圖1 采樣點分布

1.2 取樣方法及樣品處理

使用不銹鋼水質(zhì)采樣器在每個取樣點采集30 L深度為0～20 cm的表層水樣和深度為20～80 cm的中層水樣，并通過45 μm不銹鋼篩過濾。用超純水將篩網(wǎng)上殘留的微塑料沖洗入干凈的100 mL錐形瓶中，每個取樣點取2個平行樣，于實驗室4 ℃條件下避光冷藏保存。

每個水樣在避光條件下加30%的過氧化氫消解24 h，以溶解水樣中天然存在的有機質(zhì)[10]。消解后，使用真空泵將水樣通過0.45 μm玻璃纖維濾膜(GF/F，47 mm，Whatman)過濾，將濾膜放在干凈的培養(yǎng)皿中于室溫下干燥，隨后在體視顯微鏡下目視檢查。

根據(jù)文獻[11]確定樣品中微塑料的形態(tài)特征，統(tǒng)計其數(shù)量、顏色、形狀和大小。根據(jù)粒徑大小將微塑料分為6組：組1(粒徑<0.05 mm)、組2(0.05 mm≤粒徑<0.10 mm)、組3(0.10 mm≤粒徑<0.50 mm)、組4(0.50 mm≤粒徑<1.00 mm)、組5(1.00 mm≤粒徑<3.00 mm)、組6(3.00 mm≤粒徑<5.00 mm)。

2 結(jié)果和討論

2.1 微塑料的豐度分布特征

各采樣點微塑料的豐度(用每升水中所含微塑料的個數(shù)來表示)如圖2所示。

圖2 各采樣點微塑料的豐度

由圖2可知，微塑料的最大豐度出現(xiàn)在F7采樣點的表層，為9.6個/L；最小豐度出現(xiàn)在F6采樣點的中層，為3.5個/L。表層水體的微塑料豐度(4.7～9.6個/L，平均豐度7個/L)普遍高于中層水體的微塑料豐度(3.5～7.8個/L，平均豐度5.5個/L)，前者約為后者的1.3倍。在7個采樣點中，F(xiàn)7采樣點處微塑料的豐度在表層和中層均較大。這是由于該采樣點位于黃石市科技館和招商中心附近，且不遠處有酒店、醫(yī)院等公共人口較多的建筑，人流量較其他采樣點更大，因而湖岸周圍的生活垃圾與廢水較多，水體中的微塑料累積量更大。F1采樣點表層水體的微塑料豐度為7.9個/L，中層水體的微塑料豐度為7.8個/L；F4采樣點表層水體的微塑料豐度為8.6個/L，中層水體的微塑料豐度為5.8個/L。這是因為采樣點F1位于學(xué)校和桂林北路附近，人員活動相對密集，使微塑料累積相對較大；F4位于明珠花園宏維小區(qū)附近，而且磁湖東路公路干線和湖岸比較近，人口流動頻繁，對微塑料的豐度值貢獻較大。而采樣點F6位于磁湖中心，距湖岸較遠，且附近少有居民區(qū)，人口密度相對較小，因此微塑料的豐度相對于其他采樣點明顯減少。這表明磁湖水體中微塑料的豐度與周圍人口密度和人類活動有關(guān)，人口密度越大，人類活動越密集的地區(qū)，微塑料的豐度越大。

相較于國內(nèi)外其他湖泊，磁湖水體中微塑料的豐度處于中等水平。例如，南四湖(獨山湖、南陽湖、昭陽湖、微山湖)表層水體中的微塑料豐度為1.2～10.1個/L[12]；太湖表層水體中的微塑料豐度為3.4～25.8個/L[13]；烏梁素海水體中的微塑料豐度為4.7～16.8個/L[7]；洞庭湖表層水體中的微塑料豐度為0.9～2.8個/L；洪湖表層水體中微塑料豐度為1.3～4.7個/L[14]；北美五大湖中微塑料的平均豐度為43 000個/km2，約3.4×10-3個/L[2]；加拿大溫尼伯湖中微塑料平均豐度為748 000個/km2，約為8.8×10-3個/L[3]。

2.2 微塑料的粒徑分布特征

各采樣點微塑料的粒徑分布如圖3所示。

(a) 表層水體

(b) 中層水體圖3 各采樣點微塑料的粒徑分布

由圖3可知，磁湖水體中大部分微塑料的粒徑小于1 mm(95.9%)，其中粒徑小于0.05 mm的微塑料占比最高(45.5%)，粒徑為3～5 mm的微塑料占比最低(0.7%)。此外，不同水深處的微塑料粒徑分布也有所不同，表層水體中微塑料不同粒徑占比分別為47.8%，29.8%，14.5%，3.6%，3.5%和0.8%，相應(yīng)地在中層體中的占比分別為42.6%，30.9%，18.2%，4.6%，3.2%和0.5%。這主要與微塑料的沉降和遷移有關(guān)。

相關(guān)研究表明，微塑料的生物累積潛力隨體積減小而增大，可能對水生生態(tài)系統(tǒng)造成巨大危害[15]。除此之外，某些微塑料可通過吸附作用，對無脊椎動物的過濾附肢造成物理損傷，影響其正常的生理活動[16]。在本研究中，磁湖水體中大部分微塑料的粒徑小于1 mm，潛在風(fēng)險較高。

2.3 微塑料的顏色分布特征

各采樣點微塑料的顏色分布如圖4所示。

(a) 表層水體

(b) 中層水體圖4 各采樣點微塑料的顏色分布

由圖4可知，磁湖水體中的微塑料呈綠色、黃色、紅色、白色和黑色，主要為黑色(占比69.7%)和白色(占比14%)，其中表層水體中各顏色微塑料的數(shù)量占比分別為1.5%，3.1%，13.6%，11.3%和70.6%，相應(yīng)地中層水體中的占比分別為0.4%，2.4%，11.3%，17.3%和68.6%。

2.4 微塑料的形狀分布特征

各采樣點微塑料的形狀分布如圖5所示。

(a) 表層水體

(b) 中層水體圖5 各采樣點微塑料的形狀分布

由圖5可知，磁湖水體中微塑料的形狀主要包括顆粒、碎片、纖維和薄膜4種，相應(yīng)的數(shù)量占比分別為7.4%，66.6%，12.9%和13.2%。其中碎片類的微塑料的數(shù)量占比最大，在表層和中層中分別達到66.1%和67%，其次是薄膜類和纖維類的微塑料，薄膜類微塑料在表層和中層中的數(shù)量分別占比13.2%和13.1%，纖維類微塑料在表層和中層分別占比13.9%，11.6%，而顆粒類微塑料占比較小。

洞庭湖和洪湖表層水體中的微塑料主要為纖維狀[15]，烏梁素海水體中的微塑料主要為碎片狀[12]，太湖水體中的微塑料主要為纖維狀[13]，與磁湖水體中微塑料主要為碎片狀類似。碎片狀和薄膜狀微塑料可能來源于生活垃圾里的塑料制品，尤其是一次性塑料制品；纖維狀微塑料主要來源于附近漁民的垂釣、捕撈工具，以及生活污水中的衣物纖維[17-18]。

3 結(jié)論

1)磁湖近岸水樣中微塑料的豐度最大為9.6個/L，平均豐度為6.98個/L，粒徑多小于0.05 mm，占總數(shù)的45.5%，主要分為碎片狀、纖維狀、薄膜狀和顆粒狀，其中碎片狀占比最高，約為總數(shù)的66.6%。與其他湖泊相比，磁湖的微塑料污染處于中等水平。

2)磁湖水體中微塑料的分布與人類活動密切相關(guān)。磁湖近岸水體中微塑料主要來源于生活污水中的衣物纖維、垂釣、捕撈工具以及生活垃圾中的一次性塑料制品等。因此，建議加強對磁湖周圍，甚至整個黃石市區(qū)生活垃圾的治理，從源頭上減少微塑料污染。