海南东部海水养殖区水体、沉积物中微塑料的分布特征

张钦洲，刁晓平，谢 嘉 ，陈颖雅

(1.海南大学 环境与生态学院，海南 海口 570228；2.海南大学 南海海洋资源利用国家重点实验室，海南 海口570228；3.海南大学 海洋学院，海南 海口570228；4.海南大学 生命科学与药学院，海南 海口 570228)

微塑料污染已经成为全球性的环境问题.微塑料(Microplastic, MPs)是指粒径小于5 mm的塑料微粒，海洋微塑料污染已经成为全球性环境问题[1].因其含有不同类型化学添加剂、成分稳定、降解缓慢等特点，广泛分布于海洋环境中.有关水体、沉积物和食物链中的微塑料相关报道已经层出不穷[2]，根据来源可以分为工业原产，作为添加剂或其他用途的原生微塑料和由其他塑料制品降解产生的次生微塑料[3].已有研究表明微塑料的摄入会影响环纹坚石蛤的能量摄入[4]，MPs因其色彩丰富且粒径较小，易被海洋生物摄入并随食物链传递，进而影响海洋生物和人类的健康.此外，微塑料还可作为有毒化学物质的载体[5]，间接对海洋生物产生毒性影响.

长期以来，海水、沉积物被认为是海洋微塑料的汇[6]已成为评价微塑料丰度的主要研究焦点[7]，世界各地海洋水体与沉积物中微塑料丰度差异明显，水体中微塑料含量为3 n·m-3到102 000 n·m-3[8]；沉积物中微塑料含量变化从8 n·kg-1[9]到621 000 n·kg-1 [10].海南省自然资源丰富、养殖技术完善，水产养殖业发展迅速.万宁市小海是海南东部重要的海水养殖区域，其水体和沉积物中微塑料的分布特征尚未见报道.本研究利用现场采样、密度浮选过滤、消解、拉曼光谱鉴定等方法，分别采集并分析了小海泻湖11个站位的水体、表层沉积物中微塑料的丰度、粒径、类型和化学成分进行研究，量化典型养殖区沉积物中微塑料的丰度特征和分布情况，以期为海南海水养殖区微塑料污染防控提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 站位布设及样品采集

图1 万宁海水养殖区采样地点分布图

1.1.1 采样区域概况万宁市隶属于海南省，位于海南岛东南部沿海，海水养殖面积1.6万亩，是海南岛重要的养殖区之一.小海位于万宁市东部，是我国最大的海岸泻湖之一，也是海南海洋水产养殖的主要区域之一.面积达49.5 km2，仅北端与外海相通，周边岸线长约49 km，水深1～5 m，以盛产和乐蟹、港北对虾和后安鲻鱼等海洋水产驰名[11].微塑料作为一种被世界普遍公认的新型环境污染物[12]，随着当地海产养殖业的发展，大量塑料制品的使用，使得小海的环境也在逐步恶化，为掌握小海微塑料污染情况，2018年8月选取万宁小海养殖区11个站位，探究水体和沉积物中新型污染物微塑料的丰度和分布特征，采样点分布如图1.

1.1.2 样品的采集使用海水采样器，在每个站点采集0至0.5 m间表层海水20 L，各取3个平行样品,经300目不锈钢网筛过滤，将筛网上的残留物冲洗到三角瓶中.为使样品更具有代表性，使用不锈钢污泥采样器，在每个站点取0至30 cm沉积物，各取三个平行样品，并将所采集沉积物混合均匀，放置一个密封袋内并做好记录.

1.2 样品处理及分析将采集的沉积物自然风干后，称取500 g,进行密度分选.具体方法如下：先用密度1.8 g·cm-3NaI(分析纯，500 g, 西陇科学股份有限公司)对沉积物进行初步浮选预提，充分搅拌5 min，并静置15 min，将上清液通过300目不锈钢网筛过滤，将不锈钢筛网上残留物洗入三角烧瓶中，重复浮选3次，此后将剩余沉积物以密度为1.2 g·cm-3NaCl溶液对沉积物再次浮选，处理步骤同上，重复3次.此后每个三角烧瓶中加入适量的10% KOH溶液,放置48 h消解,以去除其中潜在的有机杂质，以溶液透明澄清为判断消解完全的依据.将消解后的液体通过滤膜，并用KOH润洗三角烧瓶和过滤装置3次以上，最后将滤饼转移至培养皿中自然晾干.海水样品的处理方法同沉积物相似，将每个三角烧瓶中加入适量的10%KOH溶液，摇匀并放置48 h消解，以去除其中潜在的有机杂质.待溶液澄清透明后过滤、滤饼自然晾干.

1.3 微塑料的鉴定和分析所得的滤膜样品置于连续变倍体视显微镜下观察，根据文献所述[13]判断方法，以其外观、形状和颜色为判断依据目检判断并记录“微塑料疑似物”.

所得的微塑料疑似物，通过激光共聚焦显微镜拉曼光谱仪(DXR2, Thermo Fisher Scientific, USA)进行组分分析.拉曼光谱范围为 50～3 500 cm-1，入射光波长为532 nm.检测样品的化学组成通过对比拉曼光谱数据库确定其物质.

1.4 数据处理本实验采样站位图由ArcGIS 10.2软件绘制，本实验结果采用统计软件 Excel 2016 和 SPSS 21.0 进行显著性检验，P<0.05表示差异具有显著统计学意义.

2 结 果

2.1 万宁水体与沉积物中微塑料丰度与分布规律对11个站位的水体和沉积物进行微塑料的收集及浮选分离，结果表明万宁水体和沉积物中所有的站位均有微塑料，万宁水体中微塑料的丰度在各个水平上均有分布，为1 150 n·m-3～ 9 650 n·m-3，最高值出现在S1丰度为9 650 n·m-3，最低值出现在S8丰度为1 150 n·m-3.各站点间差异较大.平均丰度值为5 272.73 n·m-3，各样点微塑料丰度值比较，从高到低依次为S1>S7>S5>S4>S2>S11>S6>S3>S10>S9>S8.

沉积物中的微塑料的丰度为4～185 n/500 g(dw)，记为8 n·kg-1～370 n·kg-1.最高值出现在S4丰度为370 n·kg-1和最低值出现在S5丰度为8 n·kg-1，站点间差异较大，平均丰度值为98.36 n·kg-1沉积物中微塑料丰度的分布具有很大差异，四个站位的微塑料丰度已超过100 n·kg-1(S1、S6、S7、S5)；另外四个站位污染较轻(<50 n·kg-1)).各采样点微塑料丰度从高到低依次为S5>S7>S6>S1>S9>S10>S11>S2>S3>S8>S4.

2.2 水体与沉积物中微塑料的主要类型海水和沉积物中微塑料的主要类型见图2.微塑料形状分为纤维、颗粒、球状、碎片、膜状五种类型.水体中纤维类微塑料占比最高(91.29%)，其次是碎片状微塑料(8.36%)，颗粒、膜状、球形含量极低(<0.15%).沉积物中纤维类微塑料占最高(96.86%) ，其次是碎片状微塑料(3.14%)，未发现颗粒、膜状、球形微塑料.

图2 微塑料在不同环境介质中的丰度

(a)纤维状、(b)碎片(c)颗粒、(d)膜状、(e)球状图3 体式显微镜下镜检的微塑料形状类型

2.3 微塑料的主要形态特征

2.3.1 不同环境介质中微塑料颜色的分布特征微塑料的颜色统计以相关文献[12]为依据，分为蓝色、红色、白色、褐色、透明、其他六类，浅色及混色以其主色为主，经鉴定统计得到结果(如图4).沉积物中微塑料颜色以白色为主(48.06%)，褐色次之(36.23%)，其他各类颜色均占有一定比例，蓝色和红色分别占9.61%和4.62%、透明和其他极少(1.47%).水体中微塑料颜色以褐色为主(46.64% )，蓝色、白色、透明、红色各占一定的百分比，分别为13.97%、12.84%、11.55%和10.95%，其他仅占4.05%.

2.3.2 不同类型微塑料的尺寸分布特征海水和沉积物中微塑料的粒径分析见图5.海水和沉积物中微塑料的粒径范围为:1～5 mm，其中水体中1 mm以下MPs高达60%，1～2 mm占29.22%，2～3 mm占6.47%，其他占4.31%；沉积物中1 mm以下高达66.73%，1～2 mm占23.66%，2～3 mm占7.02%，其他占2.59%.

水体和沉积物中小于1 mm的MPs占比较高，分别为60%(水体)和66.73%(沉积物)；粒径在1～2 mm之间的MPs,水体和沉积物中的占比分别为29.22%和23.66%，2 mm以下粒径MPs在水体和沉积物中的占比分别高达89.22%和90.39%.

2.4 微塑料组成成分的鉴定为确定各类型微塑料组成成分，对收集到的微塑料典型类型如纤维状，碎片状等微塑料进行激光共聚焦拉曼光谱检测，典型的微塑料样品散射光谱如图6所示，对比标准图谱库及峰值数据，确认纤维状微塑料多为尼龙成分，碎片状主要成分是聚乙烯.

图6 微塑料组成成分的拉曼散射光谱

3 讨 论

万宁海水中微塑料的平均丰度(5 272.73 n·m-3)高于长江口(4 317.3 n·m-3)[14]、南非东南海岸线(3 308 n·m-3)[15].海水微塑料丰度最高值(9 650 n·m-3)与武汉(8 925 n·m-3)[16]相近，但与朝鲜南海(924 n·m-3)，瑞典西海岸(2 400 n·m-3)[9]、韩国仁川表层水样中(1 602 n·m-3)[17]有很大差异.与其他已报道调查研究相比，万宁水体微塑料丰度处于中等水平；万宁沉积物中微塑料平均丰度为98.36 n·kg-1，与比利时近岸港口(97.2 n·kg-1)[18]、中国长江口(121 n·kg-1)[19]、中国黄海南(72 n·kg-1)、中国黄海北(123.6 n·kg-1)[7]以及东海(142 n·kg-1)[20]相近，但与鄱阳湖的微塑料平均丰度(811.11 n·kg-1)[12]差较大.与其他区域的调查结果相比，万宁沉积物中的微塑料亦处于较中等水平.

万宁小海是个海岸泻湖，受潮汐影响较小，且该区域养殖业发达[11]，且周边环布村庄，人为扰动因素大，本研究中无论是水体还是沉积物中，纤维状微塑料占有比较大，经拉曼鉴定材质多为尼龙纤维，这与前人的研究结果一致[21].其原因一方面是人类频繁活动，诸如衣物洗涤排放等，此外，当地渔民多进行网箱养殖，渔业养殖材质多为尼龙制品，这也与我们的鉴定结果一致.碎片状微塑料主要来源于较坚硬的大塑料分解，属于次生源微塑料[18].此外，在调查中发现，当地的渔民因生活在船屋、经常将生活垃圾倾倒入水中，各种塑料制品破碎后易形成碎片状微塑料.所有站位的水体和沉积物中都分离出了纤维状和碎片状两种类型的微塑料，且都占有很大的比例.水体中纤维状和碎片状分别占91.29%、和8.36%，沉积物中，纤维状和碎片状分别占96.86%、3.14%，且尺寸都以小于2 mm为主.在颜色上，白色和褐色占据大部分，分别占据59.48%(水体)和84.29%(沉积物).这种表观特征上的相似性，说明水体和沉积物中的微塑料可能来自同一污染源，但与沉积物不同的是，水中微塑料颜色成分多样，且均占有一定比例，这可能与塑料制作中添加的颜料在水中发生的褪色有关[22].对两种类型典型形态的微塑料进行拉曼鉴定，结果显示：纤维状多为尼龙成分，这与刘启名等人对厦门海湾微塑料污染特征研究结果相似[23]，纤维类MP主要来源于废弃绳索或渔网，同时化纤衣物的洗涤掉落也是纤维类型微塑料的重要来源[25].碎片多为聚乙烯，碎片类微塑料来源广泛，源于各种工农业活动和生活塑料废物破碎后形成[24].但本实验中无论是水体还是沉积物中纤维状MPs含量远高于碎片状MPs，这可能与万宁当地频繁的渔业活动和附近人为活动相关.

4 结 论

万宁小海泻湖水体、沉积物中微塑料(<5 mm)平均丰度分别为5 272.77 n·m-3和98.36 n·kg-1，研究区域微塑料大部分类型都以纤维状为主，碎片状其次，其纤维状占比91.29%、碎片状占比8.36%(水体)，纤维状占比96.86%、碎片状占比3.14%(沉积物).万宁小海及周边水域主要组成成分为尼龙(纤维状)和聚乙烯(碎片状).水体中还含有颗粒、膜状、球形等其他形状且分别占据一定比例.研究区域中微塑料颜色以白色、褐色为主，在沉积物中其他颜色共占15.71%；水体中，其他颜色共占 40.52%.

本文结果表明，万宁海水养殖区水体及沉积物已经受到了微塑料污染，需要引起足够重视.日后应在进一步确认污染源，探究微塑料的影响、迁移行为、生态效应等方面开展更深入的研究.