塑料垃圾在南極生物體內(nèi)的污染現(xiàn)狀研究進(jìn)展

陳宗正 方超 妙星 王芮 薄軍 鄭榕輝 李淵 林龍山 張靜

(1 集美大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院, 福建 廈門(mén) 361021;2 自然資源部第三海洋研究所, 福建 廈門(mén) 361005)

0 引言

塑料因其價(jià)格低廉、重量輕、堅(jiān)固耐用、耐腐蝕, 并且具有很高的隔熱和絕緣性能, 長(zhǎng)期受到人們青睞[1]。塑料消費(fèi)的不斷增加也不可避免地導(dǎo)致了塑料垃圾的增加, 其中大部分通過(guò)工業(yè)排放、垃圾和陸地徑流進(jìn)入海洋環(huán)境[2]。塑料在海洋垃圾中占比高達(dá)80%～85%[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì), 2020年全球塑料產(chǎn)量高達(dá)3.67 億噸[4], 但僅小于5%的塑料材料被回收[5], 由于其不易降解的特征和人類(lèi)持續(xù)排放等原因, 導(dǎo)致塑料在海洋環(huán)境中得以積累。其中, 微塑料指粒徑小于5 mm 的塑料碎片、細(xì)線、纖維、微球或薄膜[6], 該概念由Thompson 等[7]于2004 年首次提出, 并在2008 年由美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局(NOAA)主辦的首屆關(guān)于海洋微塑料碎片國(guó)際研討會(huì)上確定了微塑料粒徑5 mm 的尺寸上限[8]。

目前有關(guān)微塑料的研究區(qū)域主要集中在近岸海域并涵蓋太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋[6,9-10],但涉及南極地區(qū)的研究相對(duì)匱乏。南極由于其偏僻的地理位置和極端的氣候條件, 一直以來(lái)被認(rèn)為是遭受人類(lèi)活動(dòng)負(fù)面影響最少的區(qū)域, 但是隨著極地旅游業(yè)的興起和漁業(yè)捕撈的迅猛發(fā)展, 以及日益增多的南極各類(lèi)科考活動(dòng), 南極海洋生態(tài)系統(tǒng)面臨著外來(lái)物種引入、過(guò)度捕撈和環(huán)境污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn), 其中微塑料污染問(wèn)題愈發(fā)受到人們關(guān)注。微塑料主要可以通過(guò)3 種不同的途徑到達(dá)南極地區(qū): (1)來(lái)自當(dāng)?shù)氐娜祟?lèi)活動(dòng), 例如旅游業(yè)的發(fā)展、科考活動(dòng)的增多, 以及生活廢水處理不當(dāng)或隨意排放等; (2)來(lái)自南極地區(qū)以外的大氣、海洋環(huán)流或生物運(yùn)輸; (3)來(lái)自更北的水域, 由風(fēng)暴驅(qū)動(dòng)的擴(kuò)散和全球變暖引起[11]。

對(duì)南極地區(qū)的微塑料研究最早可追溯到20世紀(jì)80 年代, 研究人員發(fā)現(xiàn)南極毛皮海獅(Arctocephalus gazella)被纏死在廢棄的塑料垃圾中[12]。2017 年,Munari 等[13]首次在羅斯海區(qū)域不同深度的沉積物中發(fā)現(xiàn)高濃度的微塑料, 在海岸線位置則出現(xiàn)大量的橡膠和尼龍。2018 年, Reed 等[14]檢測(cè)了南極羅瑟拉研究站附近沉積物中的微塑料濃度, 最高達(dá)5 個(gè)·(10 mL)-1。2019 年, Lacerda 等[15]報(bào)道了南極半島海洋表面的塑料碎片濃度為1794 件·km-2,其中微塑料濃度達(dá)54%。2020 年, Kelly 等[16]研究發(fā)現(xiàn)南極東部海冰中的微塑料濃度約為11.71 個(gè)·L-1,且成分與大多數(shù)海洋中一致。Cunningham 等[12]還發(fā)現(xiàn)在南極半島、南桑威奇群島、南喬治亞的陸上沉積物微塑料平均濃度(濕重)分別為1.3±0.51、1.09±0.22 和1.04±0.39 個(gè)·g-1。

微塑料含有不同種類(lèi)的化學(xué)物質(zhì), 如在塑料生產(chǎn)過(guò)程中往往會(huì)添加穩(wěn)定劑和染料, 一旦進(jìn)入環(huán)境, 微塑料就可以釋放這些物質(zhì), 或從環(huán)境中吸收或吸附一些疏水性的有機(jī)化合物和重金屬[17]。目前攝入微塑料對(duì)低營(yíng)養(yǎng)級(jí)的消費(fèi)者所造成的負(fù)面影響已經(jīng)逐漸明朗, 例如, 微塑料會(huì)在魚(yú)類(lèi)的鰓、肝臟和腸道中積累并且擾亂脂質(zhì)和能量的代謝[18], 造成乙酰膽堿酯酶活性降低[19], 吸附了污染物的微塑料對(duì)器官的危害更大等[20]。南極生物適應(yīng)極端的環(huán)境條件, 具有獨(dú)特的表型特征, 與不同緯度的物種相比它們更容易受到環(huán)境變化和污染物的影響[21]。本文總結(jié)了有關(guān)南極生物攝入塑料的相關(guān)研究并進(jìn)行歸類(lèi), 按營(yíng)養(yǎng)級(jí)由低到高的順序(無(wú)脊椎動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)、海洋哺乳類(lèi))來(lái)評(píng)述目前南極生物攝入塑料制品的研究現(xiàn)狀,探討今后重點(diǎn)研究的方向, 可為國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展南極微塑料研究提供參考。

1 南極各營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物攝入塑料制品現(xiàn)狀

1.1 無(wú)脊椎動(dòng)物

微塑料因其尺寸大小與浮游生物近似, 故可以被海洋無(wú)脊椎動(dòng)物以不同的方式攝食, 此前已在貽貝、蚯蚓和海參體內(nèi)發(fā)現(xiàn)微塑料[22]。南極底棲生物群落主要依靠水體和沉積物中的碎屑來(lái)獲取能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì), 因此存在攝入微塑料的風(fēng)險(xiǎn)。2020 年, Sfriso 等[22]首次對(duì)南極底棲生物進(jìn)行微塑料污染研究, 選擇羅斯海12 種具有不同捕食習(xí)性的大型底棲生物(表1), 發(fā)現(xiàn)約83%的生物樣本含有微塑料, 微塑料平均豐度為0.7 個(gè)·mg-1(濕軟組織)和1 個(gè)·個(gè)體-1, 粒徑范圍為33～1000 μm。經(jīng)鑒定其中86%為尼龍, 5%為聚乙烯(Polyethylene,PE), 其余聚合物為聚甲醛(Polyformaldehyde,POM)、聚苯乙烯(Polystyrene)、聚丙烯(Polypropylene,PP)、酚醛樹(shù)脂等。雙殼類(lèi)中微塑料豐度最高, 其次是腹足類(lèi)、多毛類(lèi)、端足類(lèi)和腔腸動(dòng)物。

表1 12 種不同捕食習(xí)性的大型底棲生物體內(nèi)微塑料豐度[22]Table 1. Microplastic content per individual in twelve macrobenthic species of different feeding strategies[22]

棘皮動(dòng)物既可以直接吸收來(lái)自環(huán)境中的微塑料, 也可以通過(guò)營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)移間接吸收來(lái)自餌料生物中的微塑料[23]。其中海星隸屬于棘皮動(dòng)物門(mén)海星綱(Asteroidea), 是底棲生物群落中的頂級(jí)捕食者。2021 年, Cossi 等[17]在兩種海星Henriciaobesa和Odontasterpenicillatus體內(nèi)發(fā)現(xiàn)微塑料, 其中,H.obesa中平均豐度為3.34±4.13 個(gè)·g-1(濕軟組織)和1.00±1.03 個(gè)·個(gè)體-1,O.penicillatus中平均豐度為1.94±2.09 個(gè)·g-1(濕軟組織)和2.70±2.91 個(gè)·個(gè)體-1。微塑料以纖維狀和碎片狀為主, 所有微塑料呈藍(lán)色, 其粒徑范圍為24～1340 μm, 且大多數(shù)小于1 mm, 經(jīng)鑒定多為半合成纖維, 且在有色纖維和碎片中都附著有塑料工業(yè)中常見(jiàn)的酞菁顏料。兩種海星體內(nèi)微塑料豐度差異或許與生活習(xí)性有關(guān),Henricia屬通常攝食環(huán)境中的懸浮顆粒[24], 而Odontaster屬則多為食肉動(dòng)物, 通常以海豹肉、魚(yú)類(lèi)和其他棘皮動(dòng)物為食[25]。目前, 攝食方式對(duì)水生生物攝入微塑料豐度的影響尚不確定, 有的學(xué)者認(rèn)為攝食方式和攝入微塑料數(shù)量之間沒(méi)有關(guān)系[26], 也有學(xué)者認(rèn)為濾食性動(dòng)物與雜食性和肉食性動(dòng)物相比能攝入更多的微塑料[22,27], 但也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)肉食性動(dòng)物體內(nèi)的微塑料豐度要高于濾食性動(dòng)物[28-29]。

諾伊邁爾堅(jiān)固海膽(Sterechinusneumayeri)是南極淺水區(qū)域最豐富的棘皮動(dòng)物門(mén)海膽綱動(dòng)物,分布在810 m 以淺水域[30]。它是一種雜食性動(dòng)物,主要以藻類(lèi)為食, 并在高初級(jí)生產(chǎn)力區(qū)域, 可將藻類(lèi)轉(zhuǎn)變成碎屑返還到生態(tài)系統(tǒng)中, 被食腐動(dòng)物吸收[31]。該種海膽具有代謝速率低、生長(zhǎng)速度緩慢[32]和遺傳多樣性低[33]的特點(diǎn), 很容易受到環(huán)境變化的影響, 且容易富集環(huán)境中的微塑料[34]。南極沿岸考察站附近存在大量的人類(lèi)活動(dòng), 這也加劇了其受微塑料污染的風(fēng)險(xiǎn)。2019 年, Bergami等[34]對(duì)喬治王島南極海膽的研究發(fā)現(xiàn), 納米級(jí)的微塑料被攝入后會(huì)造成南極海膽體內(nèi)吞噬細(xì)胞的吞噬功能受損, 且會(huì)干擾氧化應(yīng)激和凋亡通路相關(guān)基因的表達(dá), 從而破壞其免疫系統(tǒng)。

南極大磷蝦(Euphausiasuperba)作為南極生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵物種, 在南極食物網(wǎng)中發(fā)揮著重要作用, 其生物量極其豐富, 是南大洋眾多高營(yíng)養(yǎng)級(jí)捕食者的重要食物來(lái)源[35]。南極大磷蝦主要以浮游植物為食, 但也會(huì)捕食樽海鞘、橈足類(lèi)和磷蝦等其他浮游動(dòng)物[36]。南極大磷蝦為濾食性動(dòng)物, 這也導(dǎo)致其很容易攝入微塑料[37]。Dawson等[35]研究發(fā)現(xiàn), 在實(shí)驗(yàn)室條件下, 南極大磷蝦可以將攝入的31.5 μm 的微塑料粉碎成粒徑小于1 μm的碎片, 且在沒(méi)有藻類(lèi)的條件下存在直接攝入微塑料的現(xiàn)象。

1.2 魚(yú)類(lèi)

南極海洋魚(yú)類(lèi)約有300 余種, 分屬49 個(gè)科,僅占全球魚(yú)類(lèi)的1.3%[38-39]。1972 年, Carpenter等[40]首次在輻鰭魚(yú)類(lèi)的腸道和水體中發(fā)現(xiàn)了平均粒徑1 mm 的聚苯乙烯小球。此后, 關(guān)于此類(lèi)研究大多數(shù)集中于北半球, 而關(guān)于南半球甚至南大洋魚(yú)類(lèi)的微塑料研究則相對(duì)匱乏[41]。莫氏犬牙南極魚(yú)(Dissostichusmawsoni)是南大洋深水區(qū)的魚(yú)類(lèi), 通常生活在2200 m 水深處。2016 年, Cannon 等[41]在莫氏犬牙南極魚(yú)胃腸道中發(fā)現(xiàn)了綠棕色、堅(jiān)硬的塑料碎片, 經(jīng)鑒定為丙烯酸樹(shù)脂, 這表明南大洋的深水區(qū)也存在塑料污染。上述研究中發(fā)現(xiàn)的塑料都是通過(guò)肉眼識(shí)別出來(lái)的, 或許其體內(nèi)還包含更小的微塑料和纖維。2022 年, Zhang等[42]首次對(duì)南極羅斯海和阿蒙森海的鱸形目魚(yú)類(lèi)的胃腸道進(jìn)行微塑料研究, 發(fā)現(xiàn)羅斯海的鱸形目微塑料檢出率和豐度(50%和1.286 個(gè)·個(gè)體-1)均高于阿蒙森海(36%和1.227 個(gè)·個(gè)體-1), 且羅斯海鱸形目胃腸道微塑料成分多為聚丙烯酰胺(Polyacrylamide, PAM), 粒徑為100～200 μm, 阿蒙森海鱸形目胃腸道微塑料成分多為人造纖維(rayon), 粒徑為500～1000 μm。兩個(gè)海域鱸形目魚(yú)類(lèi)體內(nèi)微塑料豐度出現(xiàn)差異的原因可能是不同的考察站、廢水處理設(shè)施和漁業(yè)活動(dòng)的排放, 以及洋流和局部環(huán)流等因素。鱸形目魚(yú)類(lèi)體內(nèi)所含微塑料可能通過(guò)食物網(wǎng)傳播對(duì)其他南極生物和人類(lèi)健康產(chǎn)生不利影響[42]。

1.3 鳥(niǎo)類(lèi)

自20 世紀(jì)70 年代初人們認(rèn)識(shí)到海洋塑料污染問(wèn)題以來(lái), 海鳥(niǎo)吞食塑料顆粒的報(bào)告一直在穩(wěn)步增加[43]。由于海鳥(niǎo)習(xí)慣接近海面和船舶后覓食,因此特別容易攝入塑料, 據(jù)統(tǒng)計(jì), 約有78%的海鳥(niǎo)攝入過(guò)塑料制品[44]。在南極海洋生物中, 海鳥(niǎo)被認(rèn)為是監(jiān)測(cè)生態(tài)環(huán)境變化的最方便的生物指標(biāo)之一, 也被建議作為許多海洋環(huán)境中塑料污染的指標(biāo)[45], 這與其獨(dú)特的生理結(jié)構(gòu)有關(guān), 以鹱形目(Procellariiformes)的海鳥(niǎo)為例, 它們的幽門(mén)括約肌狹窄且有一定的角度, 可以將難消化的物質(zhì)保留在胃腸道中[46]。關(guān)于南極區(qū)域鳥(niǎo)類(lèi)攝入微塑料的研究最早可以追溯到20 世紀(jì)80 年代, 有研究發(fā)現(xiàn)來(lái)自南極的候鳥(niǎo)鴿鋸鹱(Pachyptiladesolata)前胃和砂囊中存在塑料碎片[43]。1984—1987 年,van Franeker 和Bell[47]通過(guò)調(diào)查南極洲阿德里島的海燕, 發(fā)現(xiàn)黃蹼洋海燕(Oceaniresoceanicus)的胃含物中塑料濃度較高, 平均每只有4.4 個(gè)塑料顆粒, 且雛鳥(niǎo)體內(nèi)的塑料濃度要大于成鳥(niǎo)。1996—2018 年, Perold 等[48]持續(xù)調(diào)查了亞南極區(qū)域的馬里恩島的鳥(niǎo)類(lèi)巢穴, 獲得了共計(jì)1486 件筑巢污染物, 大多數(shù)是硬質(zhì)塑料和與漁業(yè)相關(guān)的塑料制品, 少量的食品包裝及塑料袋等。1994—2019 年, Phillips 和Waluda[49]通過(guò)調(diào)查南喬治亞的鳥(niǎo)類(lèi)棲息地和巢穴, 在漂泊信天翁(Diomedea exulans)、灰頭信天翁(Thalassarchechrysostoma)和黑眉信天翁(Thalassarchemelanophris)的巢穴中分別收集到541、548 和124 件筑巢污染物, 其中漂泊信天翁攝入并帶回的大多數(shù)是塑料袋(44.9%)、食品包裝(23.0%)和手套(5.3%)等, 而灰頭信天翁和黑眉信天翁攝入的大多數(shù)是各種類(lèi)型的塑料(61.9%和62.1%)、瓶蓋(25.3%和17.4%),其次是塑料袋(5.2%和9.1%)。此外還調(diào)查了它們雛鳥(niǎo)反芻的胃含物, 發(fā)現(xiàn)漂泊信天翁的塑料攝入率比黑眉信天翁高5.7 倍, 灰頭信天翁的比黑眉信天翁的高1.4 倍。

南極企鵝, 如金圖企鵝(Pygoscelispapua), 一直被認(rèn)為是監(jiān)測(cè)南極海洋生態(tài)系統(tǒng)污染程度的指示生物, 它們幾乎全年都在自己的棲息地活動(dòng)[45],和習(xí)慣遷徙的候鳥(niǎo)相比, 更能反映南極當(dāng)?shù)氐奈⑺芰衔廴緺顩r。2019 年, Bessa 等[45]在南喬治亞島和南奧克尼群島上總共采集了80 個(gè)金圖企鵝的糞便樣本, 通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)其中約20%含有微塑料,大部分呈纖維狀, 平均長(zhǎng)度為1266±1378 μm, 最小長(zhǎng)度僅為76 μm, 主要成分為聚乙烯、聚丙烯和半合成纖維素等。近年來(lái)相關(guān)研究和分析發(fā)現(xiàn)[12-16],金圖企鵝體內(nèi)的微塑料可能來(lái)自3 種途徑: (1)一些顏色鮮艷的塑料碎片被誤認(rèn)為食物直接攝食;(2)通過(guò)餌料生物間接攝食; (3)通過(guò)受污染的水或沉積物偶然攝入, 已有研究證明南極區(qū)域的水體和沉積物中存在微塑料[13-16]。

王企鵝(Aptenodytespatagonicus)在整個(gè)南大洋的亞南極島嶼繁殖, 是最重要的鳥(niǎo)類(lèi)消費(fèi)者之一[50], 它們能下潛到400 m 的深度, 并主要以中上層魚(yú)類(lèi)為食[51]。Le Guen 等[51]通過(guò)研究2017年在南喬治亞采集的3 種不同生活史的王企鵝糞便(育雛期、孵化期、未繁殖期), 發(fā)現(xiàn)其中84.7%為纖維素, 3%為動(dòng)物絨毛, 12.3%為人工合成纖維,所呈現(xiàn)的都是纖維狀的微塑料污染物, 并且孵化期王企鵝糞便中微纖維量比育雛期王企鵝高, 推測(cè)可能是育雛期王企鵝反芻食物給幼鳥(niǎo)從而導(dǎo)致自身微纖維含量低, 或是由于孵化期王企鵝的覓食行程比育雛期更長(zhǎng), 更容易接觸到微纖維。

Frag?o 等[52]通過(guò)研究南極半島和斯科舍海域的帽帶企鵝(Pygoscelisantarcticus)、阿德利企鵝(Pygoscelisadeliae)和金圖企鵝的糞便, 在317 個(gè)糞便樣品中發(fā)現(xiàn)了92 個(gè)人造塑料顆粒, 在所有提取的顆粒中有35%被鑒定為微塑料, 主要是聚乙烯和聚酯合成物。Panasiuk 等[53]通過(guò)研究喬治王島上的阿德利企鵝的胃含物, 發(fā)現(xiàn)其中99.9%為南極大磷蝦, 也發(fā)現(xiàn)了一些粒徑大于1 cm 的塑料碎片, 其形狀扁平疑似漁網(wǎng)碎片, 顏色多樣, 這意味著有不同的來(lái)源, 但對(duì)塑料成分并未深究?？傊? 不同物種企鵝的覓食策略不同, 比如非洲企鵝(Spheniscusdemersus)捕食上層魚(yú)類(lèi), 王企鵝捕食中層魚(yú)類(lèi), 金圖企鵝在靠近海床的地方覓食。通過(guò)研究這些企鵝, 可以確定哪種覓食策略受微塑料污染的影響最大, 這反過(guò)來(lái)又有助于確定未來(lái)微塑料污染風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高和較低的物種。

值得注意的是, 在所有企鵝的糞便研究中,纖維狀的微塑料污染物占了很大的比重[45,51-52]。有研究表明, 到目前為止在海洋表層水中最豐富的微塑料是微纖維[54], 微纖維通常被認(rèn)為是由合成材料制成, 如聚酯或聚酰胺(Polyamide, PA)等。此外, 在海洋中也發(fā)現(xiàn)了一些自然纖維如羊毛和棉花等。De Falco 等[55]發(fā)現(xiàn), 5 kg 的聚酯纖維紡織物的洗滌廢水能釋放超過(guò)600 萬(wàn)個(gè)微纖維。Gr?ndahl 等[56]調(diào)查發(fā)現(xiàn)在南極洲的71 個(gè)考察站中, 約有52%沒(méi)有廢水處理系統(tǒng)。假設(shè)每個(gè)人在南極考察站每周洗1 次衣服或被褥, 每周清洗3～11 件人工合成織物, 那將會(huì)有介于5～255 億個(gè)的塑料纖維釋放到南大洋, 假設(shè)90%的纖維在廢水處理過(guò)程中被去除, 那么在10 年內(nèi)釋放到南大洋的塑料纖維將達(dá)到250 億個(gè)[57]。洗衣廢水中釋放的微纖維可能是重要的微塑料污染源。現(xiàn)階段關(guān)于在南極的水體或沉積物中微纖維的報(bào)告很少,盡管在廢水排放源附近可能會(huì)較容易檢測(cè)到微纖維, 但是由于稀釋效應(yīng), 在開(kāi)闊海域中檢測(cè)會(huì)更加困難。據(jù)統(tǒng)計(jì), 2017 年, 全球共生產(chǎn)了100 萬(wàn)噸纖維產(chǎn)品, 其中人工合成纖維占70%[51], 且紡織纖維生產(chǎn)數(shù)量逐年增加, 但目前沒(méi)有建立對(duì)污染廢水排放入海的全球監(jiān)管體系, 故迫切需要在南極海洋生態(tài)系統(tǒng)中, 監(jiān)測(cè)和評(píng)估自然和人工合成的微纖維的賦存特征和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 海洋哺乳動(dòng)物

海洋哺乳動(dòng)物尤其是鰭腳類(lèi)動(dòng)物, 它們能直接攝食含有微塑料的整個(gè)獵物, 故其攝入微塑料往往與獵物本身有關(guān)。1991 年和1997 年, Eriksson和Burton[58]在麥夸里島收集了共計(jì)145 份南極毛皮海獅的糞便, 共檢測(cè)出164 個(gè)塑料碎片, 均小于10 mm, 且與在海灘上發(fā)現(xiàn)的塑料漂浮物成分一致, 這些漂浮物的本體被沖上岸并在海岸線上分解后再次流入海里, 其中一些顆粒被魚(yú)類(lèi)攝食,這些魚(yú)類(lèi)后來(lái)被海豹攝食, 從而導(dǎo)致塑料碎片的生物積累。1999 年, McMahon 等[59]在麥夸里島上收集了51 份新西蘭海獅(Phocarctoshookeri)的糞便, 其中塑料碎片出現(xiàn)率為 11.5%, 粒徑約為1 mm, 且有塑料出現(xiàn)的糞便中都檢測(cè)出了大眼電燈魚(yú)的耳石。1990—2001 年間, van den Hoff 等[60]在麥夸里島的海豹繁殖地共收集了332 份幅北毛皮海獅(Arctocephalustropicalis)糞便, 檢測(cè)出47個(gè)塑料碎片, 平均粒徑為4.1 mm, 且糞便中存在大量的大眼電燈魚(yú)(Electronasubaspera)耳石。研究發(fā)現(xiàn), 處于繁殖期的成年海豹在為幼崽提供食物時(shí), 會(huì)進(jìn)行短距離覓食, 而以燈籠魚(yú)科為首的中上層魚(yú)類(lèi)則是它們主要攝食對(duì)象, 約95%的海豹會(huì)在夜間潛至10 m 深水處覓食, 而燈籠魚(yú)會(huì)在夜間垂直遷移至上層水域攝食浮游生物[60]。但是目前沒(méi)有相關(guān)研究能夠證明燈籠魚(yú)體內(nèi)含有微塑料, 具體情況有待后續(xù)的進(jìn)一步研究。

低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物對(duì)微塑料的攝取可能是微塑料進(jìn)入海洋食物鏈的一個(gè)潛在途徑。許多中上層魚(yú)類(lèi)存在晝夜垂直遷移的習(xí)性[61], 它們白天停留在較深的水層以躲避捕食者, 夜間遷徙至上層捕食浮游動(dòng)物, 這種遷移特性可能導(dǎo)致微塑料從表層轉(zhuǎn)移到海洋深處。高營(yíng)養(yǎng)級(jí)消費(fèi)者通過(guò)捕食低營(yíng)養(yǎng)級(jí)消費(fèi)者而生存, 低營(yíng)養(yǎng)級(jí)消費(fèi)者攝入微塑料造成的諸如堵塞或損害消化道, 虛假的食物滿足感, 抑或是有毒化合物的轉(zhuǎn)移等[61], 這些因素會(huì)直接影響它們的種群數(shù)量動(dòng)態(tài), 進(jìn)而影響到高級(jí)消費(fèi)者, 使得食物鏈生態(tài)失衡, 進(jìn)而影響南極原本就簡(jiǎn)單的生態(tài)系統(tǒng)。

微塑料在鯨類(lèi)動(dòng)物中的研究目前十分匱乏,主要受限于倫理道德、法律和物流運(yùn)輸方面的限制, 現(xiàn)有的少數(shù)研究都是依靠機(jī)會(huì)性的接觸已死亡的擱淺鯨魚(yú)[62-63]。有關(guān)南極和南大洋的鯨類(lèi)微塑料研究有待進(jìn)一步開(kāi)展。

2 南極各類(lèi)營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物微塑料污染程度與其他區(qū)域比較

2.1 南極無(wú)脊椎動(dòng)物微塑料污染程度與其他地區(qū)比較

為了更好地展現(xiàn)微塑料在南極生物體內(nèi)污染程度, 本文將來(lái)自各大洋和近岸已發(fā)布的各類(lèi)營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物攝入微塑料資料進(jìn)行比較分析。

從全球范圍來(lái)看, 南極無(wú)脊椎動(dòng)物體內(nèi)微塑料污染程度呈中等水平(表2), 無(wú)脊椎動(dòng)物會(huì)直接攝入環(huán)境中存在的微塑料, 不同區(qū)域無(wú)脊椎動(dòng)物體內(nèi)微塑料豐度存在差異或許與攝食方式和棲息地環(huán)境不同有關(guān)。肉食性動(dòng)物、草食性動(dòng)物和濾食性動(dòng)物體內(nèi)微塑料豐度均存在一定差異, 沉積物中的微塑料往往也會(huì)影響一些底棲無(wú)脊椎動(dòng)物。例如, Hennicke 等[64]在調(diào)查區(qū)域的沉積物中發(fā)現(xiàn)微塑料平均豐度范圍為70～430 個(gè)·kg-1, 且沉積物中出現(xiàn)的微塑料顏色類(lèi)型與生物樣中一致,人口稠密地區(qū)的沉積物污染程度比偏遠(yuǎn)地區(qū)更嚴(yán)重。此外, 南極無(wú)脊椎動(dòng)物體內(nèi)出現(xiàn)的微塑料主要類(lèi)型為聚酰胺和聚乙烯, 與其他地區(qū)報(bào)道一致,這些聚合物常用于漁具、繩索、食品包裝和服裝材料, 易通過(guò)陸地和海洋的人為活動(dòng)輸入海洋。

表2 不同地區(qū)無(wú)脊椎動(dòng)物體內(nèi)微塑料豐度Table 2. Microplastic abundances in invertebrates from different regions

續(xù)表

2.2 南極魚(yú)類(lèi)微塑料污染程度與其他地區(qū)比較

南極魚(yú)類(lèi)體內(nèi)微塑料污染程度在全球范圍內(nèi)處于中等水平(表3), 不同區(qū)域魚(yú)類(lèi)體內(nèi)微塑料豐度差異或與棲息深度和環(huán)境有關(guān)。南極魚(yú)類(lèi)主要是底棲魚(yú)類(lèi), 底棲魚(yú)類(lèi)是底棲生物的主要消費(fèi)者,也以浮游動(dòng)物為食[71], 可能會(huì)間接攝入來(lái)自獵物中的微塑料。南極羅斯海以及阿蒙森海存在頻繁的科學(xué)調(diào)查活動(dòng), 廢水處理廠、航運(yùn)和洋流等都會(huì)促進(jìn)微塑料的釋放和傳播, 這也一定程度上加劇南極魚(yú)類(lèi)對(duì)微塑料攝入量[42]。此外, 南極魚(yú)類(lèi)體內(nèi)微塑料主要成分來(lái)自紡織工業(yè), 包裝和漁具, 這與大洋和近岸的報(bào)道一致[10,72-77], 這表明海洋魚(yú)類(lèi)體內(nèi)存在的微塑料與人類(lèi)活動(dòng)息息相關(guān)。

表3 不同地區(qū)魚(yú)類(lèi)體內(nèi)微塑料豐度Table 3. Microplastic abundances in fish from different regions

2.3 南極鳥(niǎo)類(lèi)微塑料污染程度與其他地區(qū)比較

南極鳥(niǎo)類(lèi)體內(nèi)微塑料豐度在全球范圍內(nèi)處于中等水平(表4)。因其獨(dú)特的生理結(jié)構(gòu), 鳥(niǎo)類(lèi)攝入的微塑料會(huì)暫時(shí)儲(chǔ)存在砂囊和前胃中, 一段時(shí)間后才能通過(guò)腸道和泄殖腔排出體外[79], 這或許能解釋糞便樣中的微塑料豐度普遍低于胃腸道中微塑料豐度。南極企鵝糞便中的微塑料豐度較其他海鳥(niǎo)較低, 可能是企鵝的棲息地較為固定且移動(dòng)范圍較短, 而多數(shù)海鳥(niǎo)具有遷徙的習(xí)性, 能接觸更多微塑料。南極企鵝糞便中涉及的微塑料主要成分來(lái)自紡織工業(yè)與漁業(yè), 也出現(xiàn)在當(dāng)?shù)爻练e物、海水中[13,57], 和全球其他區(qū)域報(bào)道一致。

2.4 南極海洋哺乳動(dòng)物微塑料污染程度與其他地區(qū)比較

現(xiàn)有的研究表明, 全球范圍內(nèi)的海洋哺乳動(dòng)物都存在不同程度的微塑料污染(表5), 其中鯨豚類(lèi)體內(nèi)微塑料豐度較為顯著, Moore 等[62]在白鯨(Delphinapterusleucas)腸道中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何中大型塑料碎片, 推測(cè)白鯨并沒(méi)有直接或者刻意去攝入塑料, 體內(nèi)存在的微塑料更可能是來(lái)自于獵物。南極海洋哺乳動(dòng)物體內(nèi)微塑料污染程度在全球范圍內(nèi)處于低水平, 南極海豹糞便中發(fā)現(xiàn)的聚合物種類(lèi)與調(diào)查區(qū)域海上漂浮物成分相同[58], 表明海豹可能吞食來(lái)自海上的微塑料, 或通過(guò)獵物間接攝入, 其主要成分聚乙烯和聚丙烯主要來(lái)自紡織工業(yè)與漁業(yè), 也在全球眾多魚(yú)類(lèi)體內(nèi)發(fā)現(xiàn),與其他地區(qū)報(bào)道一致, 表明微塑料很可能通過(guò)食物鏈進(jìn)行傳遞。

表5 不同地區(qū)海洋哺乳類(lèi)體內(nèi)微塑料豐度Table5. microplastic abundances in marine mammals from different regions

3 總結(jié)與展望

關(guān)于南極生物攝入微塑料的研究表明, 從低營(yíng)養(yǎng)級(jí)的無(wú)脊椎動(dòng)物到高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的海洋哺乳動(dòng)物都存在微塑料富集現(xiàn)象, 其中南極無(wú)脊椎動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)和鳥(niǎo)類(lèi)體內(nèi)微塑料污染程度在全球范圍內(nèi)呈中等水平, 南極海洋哺乳類(lèi)動(dòng)物體內(nèi)微塑料污染程度普遍低于其他區(qū)域。低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物攝入微塑料可能是微塑料進(jìn)入海洋食物鏈的潛在途徑之一,像南極大磷蝦以及燈籠魚(yú)等關(guān)鍵物種是否攝入微塑料還有待學(xué)者進(jìn)一步探明。此外, 現(xiàn)階段的研究多為描述性研究, 更多深入而全面的評(píng)估有待今后持續(xù)開(kāi)展跟蹤監(jiān)測(cè)、測(cè)試分析和研究, 而且也應(yīng)該更加關(guān)注微塑料的長(zhǎng)期潛在影響。