北部灣海洋魚類微塑料污染特征及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

李文菁，黃月群*，黃亮亮，李向通，蘇瓊源，孫揚(yáng)言

1. 廣西環(huán)境污染控制理論與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004；2. 桂林理工大學(xué)喀斯特區(qū)域水污染控制和水安全合作創(chuàng)新中心，廣西 桂林 541004；3. 桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣西 桂林 541004

MPs 是一種新型污染物，其分布及其廣泛，河流（Jin et al.，2022；Samandra et al.，2022）、海洋（Joshy et al.，2022）、土壤（Yang et al.，2022；Zhao et al.，2022）、空氣（Ding et al.，2022）、動(dòng)植物，甚至人類食物中均檢測(cè)出MPs 成分，MPs在水生、陸地和大氣環(huán)境中的進(jìn)行循環(huán)運(yùn)移，并轉(zhuǎn)移至動(dòng)植物和人體當(dāng)中。目前，對(duì)于MPs 的研究主要側(cè)重于海洋、河流、湖泊等區(qū)域水體、沉積物和土壤中的MPs 分布特征。如朱曉桐等（2018）和龍籍藝等（2021）分別對(duì)長江口湖灘和潮間帶的表層沉積物中MPs 的分布特征研究得到，長江口潮間帶植被分布區(qū)沉積物微塑料平均豐度為(0.015±0.002) n·g-1，微塑料平均粒徑分布范圍為（204.4—546.4 μm）；尹詩琪等（2021）對(duì)青島近岸表層海水中MPs 的分布特征進(jìn)行的研究，得到青島近岸小粒徑微塑料（＜1 mm）的含量最多，白色是青島近岸微塑料的主要顏色，纖維在海水和潮灘沉積物中的含量最高；Yaranal et al.（2021）研究了印度Karnataka 海岸沉積物中MPs 的分布特征，得到海灘沉積物中的微塑料濃度為[(264±62)—(1 002±174) n·kg-1]，5 個(gè)海灘的平均豐度為 (664±114) n·kg-1。魚類作為水生環(huán)境中的指示生物，能夠反映水體環(huán)境中MPs 的污染狀況及其分布特征（黃月群等，2022）。Jaafar et al.（2021）通過對(duì)馬來西亞商業(yè)海洋魚中MPs 的豐度及其特征進(jìn)行研究，有的學(xué)者通過魚類棲息地、體長體質(zhì)量、飲食習(xí)慣和胃腸道豐度的不同對(duì)區(qū)域MPs 的污染狀況及其相關(guān)性進(jìn)行分析（Courtene et al.，2017；Devries et al.，2020；Wang et al.，2020；Cimmaruta et al.，2022）。通過魚類對(duì)水生環(huán)境MPs 的污染狀況及其分布特征進(jìn)行分析，能夠更加準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)水生環(huán)境MPs 分布特征及其變化規(guī)律，有助于了解塑料在水生環(huán)境的富集狀態(tài)和遷移過程及其相關(guān)因素。

本文以北部灣周邊6 個(gè)采樣點(diǎn)為研究區(qū)域，通過提取海洋魚類胃腸道和鰓組織中的MPs 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，對(duì)北部灣海洋流域中魚類鰓和胃腸道MPs數(shù)量及其分布特征進(jìn)行研究內(nèi)容。通過MPs 風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（H）和污染負(fù)荷指數(shù)（PLI），對(duì)北部灣MPs污染狀況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為北部灣開展MPs 污染防治提供參考依據(jù)。

1 研究方法

1.1 樣品采集

實(shí)驗(yàn)于2021 年9 月從北部灣6 個(gè)區(qū)域采集144尾海魚樣本，采樣點(diǎn)分別為北海（S1）、江洪（S2）、企水（S3）、海口（S4）、白馬井（S5）、崖州（S6）（圖1），每個(gè)采樣點(diǎn)均選取了藍(lán)圓鲹（Decapterus maruadsi）、褐籃子魚（Siganusfuscessens）、大吻斜齒鯊（Scoliodonmacrorhychos）和南海帶魚（TrichiurusNanhaiensis）各24 條作為樣本。所有樣品均來自漁民當(dāng)天用拖網(wǎng)捕撈上來的野生魚，用去離子水清洗魚類樣品表面污漬，進(jìn)行分類標(biāo)記后保存于低溫環(huán)境中，用于后期分析實(shí)驗(yàn)。

圖1 中國北部灣采樣點(diǎn)分布圖Figure 1 Distribution map of sampling points in Beibu Gulf, China

1.2 樣品處理

測(cè)量魚類樣品全長和體質(zhì)量后，在潔凈臺(tái)上進(jìn)行魚類解剖，將GIT 和鰓組織整體解剖放入含有10% KOH 的250 mL 錐形瓶中（溶液體積與組織體積比為6∶1），用鋁箔紙進(jìn)行密封（Tang et al.，2021）。在溫度為60 ℃、轉(zhuǎn)速為90 r·min-1的恒溫水浴振蕩器中持續(xù)48 h 振蕩。采用超純水洗滌3 次后的循環(huán)水式多用真空泵過濾裝置，對(duì)消解樣品進(jìn)行過濾和真空抽濾，得到尺寸＞500 μm 和50—500 μm 的MPs，將濾膜轉(zhuǎn)移至無污染的培養(yǎng)皿中進(jìn)行烘干。使用MC-D200UVA（C）型號(hào)的體式顯微鏡觀察并記錄MPs 的顏色、形態(tài)、粒徑等特征，結(jié)合原位紅外光譜儀和激光拉曼光譜儀分析MPs 化學(xué)性質(zhì)。該實(shí)驗(yàn)得到了桂林理工大學(xué)動(dòng)物護(hù)理和使用倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用IBM SPSS、Origin 2018、Arcgis 和Excel完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和圖形輸出，對(duì)MPs 豐度和魚類特征性指標(biāo)（食性、棲息水層、體長和體質(zhì)量）的差異進(jìn)行顯著性分析（P＜0.05 表示顯著相關(guān)）。

將MPs 聚合物的化學(xué)毒性作為評(píng)價(jià)其生態(tài)危害的重要指標(biāo)，在東海南部沉積物和長江口地表水中都得到驗(yàn)證（Xu et al.，2018；Li et al.，2022）。本研究通過MPs 風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)、污染負(fù)荷指數(shù)來作為評(píng)估北部灣地區(qū)MPs 污染的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)（Lithner et al.，2011）。使用以下公式：

式中：

H——MPs 風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；

Pn——每個(gè)采樣點(diǎn)收集的MPs 類型的占比；

Sn——Lithner et al.（2011）對(duì)MPs 的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（H）和污染負(fù)荷指數(shù)（PLI）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，以微塑料聚合物簡稱、密度和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 微塑料聚合物簡稱、密度和評(píng)分Table 1 Microplastic polymer abbreviation, density,and scoring

式中：

Fi——每個(gè)站點(diǎn)的MPs 濃度因子；

其中：

Ci——每個(gè)站點(diǎn)的MPs 濃度；

Coi——最小MPs 濃度；

PLI——污染負(fù)荷指數(shù)。Coi定義為基于最小平均濃度，該值不影響PLI值，本文選取Coi為0.027 items·ind-1（Koongolla et al.，2020）。

1.4 質(zhì)量保障和控制

為避免樣品受到空氣中MPs 的污染，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程在超潔凈工作臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)格控制外界MPs 污染、實(shí)驗(yàn)儀器優(yōu)先選擇玻璃制品，所有容器和樣品用錫箔紙密封，且在使用前用去離子水或超純水洗滌3 次以上。為確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，每組實(shí)驗(yàn)設(shè)置一個(gè)空白組進(jìn)行比較，結(jié)果表明空白組中均未檢測(cè)出MPs。

2 結(jié)果與分析

2.1 魚類形態(tài)指標(biāo)及食性特征

本研究在北部灣6 個(gè)區(qū)域共選取4 種海洋魚類樣本，其形態(tài)參數(shù)及食性特征見表2。藍(lán)圓鲹和褐藍(lán)子魚棲息于中上層水體，分別為肉食性和雜食性魚類，南海帶魚和大吻斜齒鯊魚棲息于底層水體，且都為肉食性魚類。魚全長范圍為183.13—610.99 cm，體質(zhì)量范圍為64.01—162.60 g。其中藍(lán)圓鰺、褐籃子魚和南海帶魚作為北部灣的優(yōu)勢(shì)群種，對(duì)北部灣地區(qū)的魚類調(diào)查實(shí)驗(yàn)具有代表性和廣泛性（李淵等，2016；張文超等，2017；凌煒琪等，2023）。因此，本研究在每個(gè)采樣點(diǎn)均捕撈了這4 種海洋魚類，每種魚樣選取了24 尾進(jìn)行取樣，樣本量滿足統(tǒng)計(jì)分析的要求。

表2 北部灣海洋魚類樣本數(shù)據(jù)Table 2 Data of the Beibu Gulf Marine fish samples

2.2 微塑料分布特征

2.2.1 魚類微塑料豐度和粒徑特征

檢測(cè)的4 種魚中有46%檢測(cè)出MPs，共檢測(cè)出70 個(gè)MPs，平均每條魚攝入了0.490 個(gè)MPs，其中胃腸道MPs 檢出率為36%，平均豐度為0.417 items·ind-1，鰓組織MPs 檢出率為13%，平均豐度為0.069 items·ind-1。

根據(jù)魚類食性分析，得到南海帶魚GIT 內(nèi)的MPs 含量最低，大吻斜齒鯊內(nèi)的MPs 含量最高，雜食性褐藍(lán)子魚體內(nèi)MPs 豐度顯著大于其余3 種肉食性魚類，且所有魚類的胃腸道MPs 豐度大于鰓組織。根據(jù)棲息水層分析結(jié)果，得到中上層水體的魚類MPs 為40 個(gè)，GIT 平均豐度為0.472 items·ind-1，鰓平均豐度為0.083 items·ind-1，底層水體的魚類MPs 為30 個(gè)，GIT 平均豐度為0.361 items·ind-1，鰓平均豐度為0.056 items·ind-1（圖2a）。魚類MPs粒徑以50—500 μm 為主（91%），有6 個(gè)粒徑大于500 μm 的MPs，除藍(lán)圓鰺外，其余魚類GIT 都含有粒徑大于500 μm 的MPs（10%）。其中底層魚類攝入更多大于500 μm 的MPs，魚類鰓中MPs 的尺寸均在50—500 μm 之間（圖2b、c）。

圖2 魚體內(nèi)微塑料的豐度和粒徑特征Figure 2 The abundance and particle size characteristics of the microplastics in fish

2.2.2 魚類微塑料顏色和形狀特征

對(duì)魚體內(nèi)的微塑料顏色進(jìn)行分析，得到魚體內(nèi)的MPs 有透明、黑色、紅色、綠色和藍(lán)色共5 種顏色。其中GIT 和鰓中均以紅色、藍(lán)色和透明色為主，紅色占比最大為36%。GIT 中的MPs 紅色、藍(lán)色和透明色分別占35%、18%、28%（圖3a），鰓中的MPs 顏色占比為40%、30%、20%（圖3b）。其中南海帶魚檢測(cè)的MPs 顏色最豐富，大吻斜齒鯊中的MPs 顏色種類最少。魚類樣本名稱

圖3 魚體內(nèi)微塑料的顏色和形狀分布Figure 3 Color and shape distribution of microplastics in fish

魚體中檢測(cè)出顆粒、碎片和纖維類MPs，纖維占比最多為57%。GIT 中MPs 顆粒占13%、碎片占28%、纖維占59%（圖3c）。鰓中MPs 顆粒占10%、碎片占40%、纖維占50%（圖3d）。其中除南海帶魚檢測(cè)出3 種形狀外，其余魚類只檢測(cè)到了一種形狀的MPs。

2.2.3 微塑料類型特征

對(duì)魚體內(nèi)微塑料類型進(jìn)行檢測(cè)分析，檢測(cè)到共9 種MPs 化學(xué)組分，主要為PA（Polyamide，聚酰胺）占比17%，PC（Polycarbonate，聚碳酸酯）占比20%，PP（Polypropylene 聚丙烯）占比20%和PS（Polystyrene，聚苯乙烯）占比15%，其部分顯微鏡圖和光譜圖見圖4 和圖5。GIT 中PP 占比最大為22%，鰓中PC 占比最大為30%，鰓中只檢測(cè)到7 種MPs（圖6）。其中雜食性褐藍(lán)子魚GIT 和鰓中檢測(cè)到的MPs 種類最多，大吻斜齒鯊和藍(lán)圓鰺的鰓中只檢測(cè)到了一種MPs。

圖4 魚體內(nèi)部分微塑料顯微鏡圖Figure 4 Micrograph of major microplastics in fish

圖5 魚體內(nèi)部分微塑料光譜圖Figure 5 Spectra of major microplastics in fish

圖6 魚體內(nèi)微塑料化學(xué)組分Figure 6 Microplastic chemical components in fish

2.3 魚類微塑料分布與個(gè)體之間相關(guān)性

2.3.1 全長、體質(zhì)量與微塑料豐度相關(guān)性

通過線性回歸對(duì)4 種魚體的鰓組織和GIT 中MPs 與魚類全長、體質(zhì)量之間的關(guān)系進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：胃腸道MPs 豐度與魚類全長相關(guān)性較強(qiáng)，且呈負(fù)相關(guān)（r2=0.946，a= -0.013）；胃腸道MPs豐度與魚類體質(zhì)量相關(guān)性弱（r2=0.365，a= -0.604）；鰓中MPs 豐度與魚類全長和體質(zhì)量無相關(guān)性（全長：r2=0.040，a= -0.002；體質(zhì)量：r2=0.073，a=-0.270）（圖7）。

圖7 魚體中胃腸道和鰓微塑料豐度與魚的全長、體質(zhì)量的相關(guān)性Figure 7 Correlation of gut and gill microplastic abundance with full length and body weight of fish

2.3.2 棲息地、食性與微塑料豐度、尺寸和形狀相關(guān)性

根據(jù)MPs 分布特征可知魚類棲息地和食性與MPs 的尺寸和形狀存在一定的數(shù)量關(guān)系。通過SPSS軟件分析其相關(guān)性，得到雜食性魚類主要攝入的MPs 類型為纖維類，肉食性魚類攝入主要為碎片類MPs；纖維類大多被中上層魚類攝取，底層魚類多攝取大尺寸碎片和顆粒類MPs。對(duì)魚類棲息地、食性與微塑料豐度、尺寸和形狀進(jìn)行Pearson 檢驗(yàn)結(jié)果得到，豐度與棲息地、食性無相關(guān)性（P=0.157，t=0.244；P=0.083，t=0.537）；尺寸與豐度棲息地、食性無相關(guān)性（P=0.171，t=0.204；P= -0.040，t=0.383）；形狀與豐度棲息地、食性無相關(guān)性（P=0.075，t=0.581；P=0.053，t=0.348）（表3）。

表3 棲息地、食性與微塑料豐度、尺寸和形狀相關(guān)性Table 3 Correlation of habitat, diet between abundance, size and shape of MPs

2.4 微塑料風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，計(jì)算得到北部灣各地區(qū)魚類MPs 風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和污染負(fù)荷指數(shù)見表4。結(jié)果表明：采樣點(diǎn)PLI指數(shù)除S5 外均在Ⅱ類風(fēng)險(xiǎn)類別范圍，屬于輕度污染，計(jì)算得到PLI(zone)=15.73，與表5 微塑料污染風(fēng)險(xiǎn)水平標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照（Xu et al.，2018），說明北部灣區(qū)域內(nèi)的魚類MPs 風(fēng)險(xiǎn)類別為Ⅱ類，屬于輕度污染水平。

表4 各采樣點(diǎn)微塑料風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)、濃度因子和污染負(fù)荷指數(shù)Table 4 MPs risk index, concentration factor and pollution burden index at each sampling point

表5 微塑料污染風(fēng)險(xiǎn)水平標(biāo)準(zhǔn)Table 5 Risk level standards of microplastics pollution

3 討論

3.1 魚類微塑料來源分析

目前，許多國內(nèi)外學(xué)者在海洋魚類中檢測(cè)得到，大部分魚類樣本中的MPs 以透明色纖維MPs 為主（Lusher et al.，2013）。本研究檢測(cè)得到北部灣4種海洋魚類GIT 和鰓組織中以紅色纖維MPs 占比最多，透明碎片MPs 其次，說明北部灣區(qū)域MPs污染主要來源于漁業(yè)捕撈造成的次生MPs，如漁網(wǎng)、捕魚籠在環(huán)境中經(jīng)過機(jī)械剝蝕、化學(xué)侵蝕等作用所產(chǎn)生的塑料纖維。栗志民等（2010）研究結(jié)果得到纖維狀MPs 大量存在與周圍頻繁的漁業(yè)捕撈和廣泛的水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)有關(guān)，以及國外研究人員得到捕魚活動(dòng)和MPs 豐度之間有很強(qiáng)的正相關(guān)性的結(jié)果（Dowarah et al.，2019；Wright et al.，2021）。本研究發(fā)現(xiàn)區(qū)域魚類樣本MPs 以PC 和PP 為主，而PP是一種常被用作薄膜、食品容器、汽車和電子零件等物品的材料，PC 則被用于電子電器、醫(yī)療器材和建筑材料等工業(yè)，以及發(fā)現(xiàn)PA 和尼龍等用于漁網(wǎng)制作的材料，表明北部灣區(qū)域MPs 污染主要來源于以上人工材料。

在Wei et al.（2022）調(diào)查廈門市魚類MPs 污染研究中發(fā)現(xiàn)有6 家污水處理廠在樣本采集區(qū)附近，導(dǎo)致海水和魚類中的人造纖維含量較高。目前中國污水技術(shù)能夠一定程度上去除生活用水中的MPs及其污染物，但還有大部分MPs 殘留在水環(huán)境當(dāng)中，成為海洋魚類攝取MPs 的通道。在本研究區(qū)域中，污水處理廠則為魚體內(nèi)MPs 來源的場(chǎng)所之一，在北海地區(qū)有一家北海市大冠沙污水處理廠，其中無法處理的MPs 進(jìn)入湖泊和海洋。另外，北部灣海岸區(qū)域的漁業(yè)活動(dòng)和生活垃圾中所導(dǎo)致的塑料制品也是該區(qū)域魚體內(nèi)MPs 的來源，這些MPs 在洋流等影響下匯聚并被魚類攝入，使其在魚類胃腸道和鰓組織中富集。

3.2 魚類微塑料分布與個(gè)體相關(guān)性分析

本研究經(jīng)過魚類食性和棲息水層分類研究魚樣MPs 豐度、尺寸和形狀組成情況，結(jié)合相關(guān)性得到雖然棲息地和食性與MPs 的豐度、尺寸和形狀存在一定的數(shù)量關(guān)系，但通過樣本相關(guān)性分析得出無相關(guān)性，表明魚類攝取MPs 豐度、尺寸和形狀與魚類棲息地和食性無關(guān)。然而，在Wang et al.（2021）和Parvin et al.，（2021）的研究結(jié)果表明雜食性魚類的MPs 含量明顯多于肉食性魚類。也有研究得出肉食性魚類的MPs 攝入量要高于草食性和雜食性魚類，更高營養(yǎng)水平的生物體可能通過生物積累更多的MPs（Wootton et al.，2021）。因此，攝取MPs的影響因素存在較大不確定性，需更為全面系統(tǒng)的調(diào)查研究。另外，通過樣本相關(guān)性分析得到魚類樣本胃腸道MPs 豐度與攝取MPs 豐度魚樣全長相關(guān)性較強(qiáng)，而與體質(zhì)量相關(guān)性弱；鰓組織中MPs 豐度與全長和體質(zhì)量均不相關(guān)，說明魚類的體質(zhì)量不是影響魚體內(nèi)MPs 豐度分布特征的因素。

3.3 魚類微塑料風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析

在靳非等（2021）的研究中得到海水青鳉魚長期暴露在聚苯乙烯MPs 中，對(duì)其親代的生長、繁殖和子代胚胎發(fā)育具有不利影響，說明長期暴露在含有MPs 環(huán)境中，會(huì)對(duì)魚類造成潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)。通過MPs 風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和污染負(fù)荷指數(shù)評(píng)估北部灣海洋魚類MPs 風(fēng)險(xiǎn)程度，污染風(fēng)險(xiǎn)的增加依賴于環(huán)境中MPs 高濃度的積累。得到的MPs 污染風(fēng)險(xiǎn)類別結(jié)果發(fā)現(xiàn)，北海（S1）、江洪（S2）、企水（S3）、?？冢⊿4）和崖州（S6）風(fēng)險(xiǎn)類別為Ⅱ類，屬于輕度污染水平，但白馬井（S5）風(fēng)險(xiǎn)類別為Ш 類，說明白馬井區(qū)域微塑料污染程度更嚴(yán)重，表現(xiàn)為該區(qū)域有更多種類和化學(xué)毒性更強(qiáng)的塑料聚合物。雖然本研究結(jié)果得到北部灣區(qū)域魚類樣本MPs 總體處于輕度污染水平，但長時(shí)期處于高濃度MPs 暴露的環(huán)境下，對(duì)魚類具有巨大的潛在危害。

4 結(jié)論

本文對(duì)北部灣周邊區(qū)域海洋魚類的GIT和鰓組織中的MPs 進(jìn)行量化分析，得到魚類MPs 豐度、粒徑、顏色和形狀特征。發(fā)現(xiàn)棲息地和食性與MPs的豐度、尺寸和形狀存在一定的數(shù)量關(guān)系，但不存在顯著相關(guān)性，表明魚類攝取MPs 豐度、尺寸和形狀與魚類棲息地和食性無關(guān)，而魚全長與魚樣MPs豐度存在顯著相關(guān)性，表明魚類全長會(huì)影響魚類攝食MPs 數(shù)量的多少。根據(jù)MPs 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估反映了北部灣區(qū)域海洋魚類MPs 風(fēng)險(xiǎn)類別為Ⅱ?qū)儆谳p度污染，雖然魚類胃腸道和鰓組織會(huì)在烹飪過程中去除，但有些體型較小的魚類和軟體生物可以直接食用，因此不能排除MPs 對(duì)人類的健康風(fēng)險(xiǎn)。且小尺寸的MPs 會(huì)通過GIT 和鰓組織轉(zhuǎn)移到其它食用組織當(dāng)中，使食用者暴露在MPs 污染的威脅下。因此，在今后的研究應(yīng)對(duì)MPs 及其攜帶的污染物對(duì)攝食生物的影響進(jìn)行探討，深入挖掘MPs 在水生生物病理學(xué)的影響機(jī)制及其響應(yīng)原理。