宁波市水体中微塑料的赋存特征及影响因素*

2022-09-22商卫纯卢玺丹陈胤再

环境污染与防治 2022年9期

商卫纯郑吉卢玺丹陈胤再

(宁波市生态环境科学研究院，浙江宁波 315012)

近年来，塑料产量大幅增加，年产量超过3.3亿t[1]。塑料中超过10%最终进入河流、湖泊和海洋等水体环境，并在水体中不断堆积，这就使得微塑料污染问题日益严峻。微塑料会对水生物种、生态系统和人类健康产生不利影响[2]。研究证实，微塑料对水体中的细菌、藻类、轮虫、软体动物和节肢动物等均会产生不良影响[3]。它们会通过食物链转移到人体中，在人体中积累，损伤不同组织，引起慢性炎症[4-5]。另外，微塑料具有较高的比表面积，因此具有较强的吸附能力，可以作为重金属、有机物等不同的水体中污染物的载体[6]，同时，还可以作为不同生物体的载体[7-8]。此外，微塑料本身是由各种单体及化学添加剂组成的，内部添加剂的释放也会造成潜在的环境风险[9]。

迄今为止，水体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(积累、来源、丰度)和对海洋生物的影响两个方面。表层水体、深海、沉积物中均检测到了微塑料[13]1557,[14]，此外，不仅是人口密集的地区，而且在相对原始和偏远的地区也发现了微塑料的踪迹[13]1557,[15]884。同时，微塑料会对生物体造成不良的影响也已被证实[16-18]。

与海洋系统相比，淡水系统中的微塑料研究要少得多[11]418。尽管如此，有足够的证据表明，微塑料在淡水中广泛存在，在世界上每个大陆的河流或湖泊中都发现了微塑料[12]18,[19]129,[20]。研究表明，在许多河流的不同深度的水体及沉积物中都发现了微塑料。研究证实，河流中这种微塑料污染的主要来源是城市径流，特别是在高降雨量期间[15]874、来自城市地区的灰水[21]和污水处理厂的流出[22-23]。但是，目前城市水体微塑料的数据依然缺乏，这使得全面评估它们对水体生态系统产生的影响变得困难。因此，有必要针对城市水体中微塑料的赋存特征进行研究，并分析城市水体中微塑料的影响因素。

本研究选取宁波市的部分干流和支流水体为研究对象，考察了宁波市城市水体中微塑料的丰度水平，分析了水体中微塑料的类型及形貌特征，探讨了城市水体微塑料的影响因素，提供了河网密布的沿海港口城市水体微塑料污染的基本数据，对城市水体中微塑料的管控具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究区域及样品采集

宁波市是中国东南沿海的一个大型港口城市，物流及电子商务产业发达，制造业也发达，尤其是塑料加工及纺织业。全市河网密布，大小河流总计173条，河道长度超过180 km，水域面积达400万m2。

本研究在对宁波市水系进行实地踏勘的基础上，结合水体类型、下垫面土地利用情况、地理分布等，选定干流监测断面6个，支流监测点19个。干流的6个监测断面选择连续的水体，采样点编号为M1～M6,M1和M2位于剡江，M3和M4位于奉化江，M5和M6位于甬江。依据地表水监测断面布设原则对每个监测断面左侧、中部、右侧设置3处采样(受环境因素的制约，M6只设置了中部1处采样)，每处用不锈钢采样器采集3次水体样品。19个支流监测点遍布整个宁波市，包含所有的市辖区及下垫面。采样点编号为T1～T19,每个采样点处用不锈钢采样器采集3次水体样品。采样点位置见图1。

图1 采样点位置

1.2 微塑料检测

将水样用NaOH在避光条件下消解12 h，以去除表面的部分有机污染物，减少对后续操作的干扰。采用真空泵将水样中的微塑料富集到滤膜上，再将滤膜放置在显微镜下，通过目检的方法检出所有疑似的微塑料样品，并记录其粒径、形状和颜色等基本形貌特征。疑似的微塑料样品通过傅立叶红外显微成像光谱仪(Nicolet In10 MX)进行红外鉴定，判断其是否为微塑料以及微塑料的类型。

1.3 质量控制

在实验过程中对整个操作流程进行严格的质控，以减少操作流程对结果的影响。在采样过程中，用不锈钢采样器采集水样，用玻璃瓶存放样品。实验室分析过程全程在无尘室中进行，同时在消解及其他操作过程中用锡箔纸覆盖，以避免空气中微塑料的影响。从采样开始到实验结束整个流程进行空白实验，空白样品中未检出微塑料。

2 结果与讨论

2.1 宁波市水体中微塑料的丰度

宁波市水体微塑料丰度为0.81～69.92个/L，与其他地表水体相比，其微塑料丰度整体处于较高的水平，这可能与当地纺织业较发达有关，同样以纺织业为主的绍兴市水体中微塑料的丰度(2.1～71.0个/L)也处于该水平[24]。另外，宁波市电子商务和快递业务发展迅速[25]，电子商务和快递服务相关的塑料包装也可能是水体中微塑料的重要来源。由图2和图3可见，宁波市干流中微塑料的丰度显著高于支流中微塑料的丰度，干流微塑料平均丰度为(38.08±18.75)个/L，支流微塑料平均丰度为(3.25±2.62)个/L，这一结果与上海市的黄浦江与苏州河中微塑料分布情况一致[26]4，城市各个支流都向干流汇集，因此导致干流成为城市水体中微塑料重要的汇。

图2 干流各采样点微塑料丰度

图3 支流各采样点微塑料丰度

干流中微塑料的丰度从上游到下游呈现出逐渐增高的趋势。位于上游的M2丰度最低，为(15.55±5.03)个/L，该采样点位于剡江，周边人类活动较少，同时周边汇集进入的水体也较少，从而减少了水体中微塑料的潜在来源。M6处丰度最高，为(69.92±17.04)个/L，该采样点位于甬江的下游并最终汇入出海口，水体中的微塑料会在水力的作用下在该处汇集，同时海水倒灌也会导致此处微塑料丰度增加。

与干流相比，宁波市支流的微塑料丰度处于较低水平。但是，T1处丰度为(12.51±3.41)个/L，显著高于支流微塑料丰度的平均值。T1采样点是水库，水库中水体动能较低，流动性差，为微塑料的聚集创造了有利条件，随着时间的推移微塑料不断地累积[27]。因此，静止水体中微塑料污染问题可能更为严重，比如金泽水库和三峡水库[26]4,[28]。宁波市水体与其他地表水体中微塑料丰度比较见表1。

表1 地表水体中微塑料丰度

2.2 微塑料的类型及形貌特征

宁波市水体中微塑料类型的数量占比依次为聚对苯二甲酸乙二醇酯(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(见图4(a))。类型占比最大的是PET，与大部分城市水体中微塑料主要类型一致，如武汉[29]1373等。PET通常用于纺织品的生产，如衣服、毛毯等[29]1373。生活污水中的PET纤维可能是研究水域中纤维微塑料的重要来源。干流水体与支流水体中占比最大微塑料的类型一致，解释了微塑料来源的一致性，进一步说明了干流是支流中微塑料的汇。

由图4(b)、4(c)、4(d)可见，宁波市水体中微塑料的形状以线状为主，其次为片状和颗粒状，数量占比依次为91.99%、6.16%和1.85%；粒径的数量占比为：≤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%；颜色以无色透明为主，数量占比为60.39%，其次为黑色，数量占比为32.93%，蓝色和红色的数量占比分别为3.00%和2.28%。

图4 宁波市水体中微塑料类型、形状、粒径和颜色数量占比

已有的研究表明，不管是遥远的海床还是偏远的内陆水体[46]，其中的微塑料都以线状为主，也与我国以往的研究结果一致[32]882,[47],[48]7-9。线状的微塑料可能来自于城市污水、废织物和渔业活动[49-50]。城市污水是水体中线状微塑料的重要来源[51]，尤其是生活污水。家用洗衣机废水的研究结果表明，洗涤一件衣服可产生数千个线状微塑料[52]，而目前城市中阳台洗衣废水直排的现象非常普遍，同时，郊区居民生活污水直排现象也十分严重，这些都会导致水体中线状微塑料增加。宁波市众多的服装加工厂可能是水体中线状微塑料的潜在来源。此外，经污水处理厂处理后，依然有40%左右的微塑料进入到自然水体中[53]。

水体中的微塑料以小粒径的为主，通常≤500 μm的微塑料数量占比最大。中国淡水流域中的微塑料粒径大部分小于1 mm[48]12,[54]，珠江口及其城市段地表水中粒径小于2 mm的微塑料占80%以上[32]881。小尺寸微塑料具有较高的生物利用度，这可能会增加生态风险[55]。

颜色方面，无论是在中国淡水环境的地表水还是沉积物中，微塑料均以无色透明为主[56]707。这些无色透明的微塑料可能是塑料袋、水杯、塑料瓶等包装产品破碎产生的。而淡水生物群中检测到的微塑料除了无色透明的外，还有大量蓝色的微塑料，这可能是由于误食浮游生物造成的[56]706。微塑料的颜色会增加摄食的可能性，因为它们与食物十分相似，尤其是对视觉捕食者的影响更大，如鱼和幼虫等[57]。

2.3 城市水体微塑料的影响因素

城市水体中微塑料的赋存特征受到多重因素的影响，如国内生产总值、人口密度、距离城市中心的距离和下垫面等[26]8,[29]1369,[58]862,[59]448。本研究的结果表明，城市水体中微塑料的赋存特征主要受到人类活动及垃圾管理策略的影响。

将采样点依据行政区划分，对比各个行政区内自然水体微塑料污染的基本情况，微塑料丰度从大到小为：海曙区>北仑区>鄞州区>奉化区>镇海区>江北区(见图5)。该顺序与各区的国内生产总值及人口密度均不一致。社会经济因素对微塑料的赋存有重要的影响，并有研究证实水体中微塑料的丰度与国内生产总值或人口密度呈正相关[58]865,[59]453。此次结果表明，在城市尺度上，国内生产总值和人口密度并不是影响城市水体中微塑料分布的决定性因素。

图5 各行政区微塑料丰度

淡水水体中的微塑料污染与人类活动及垃圾管理政策存在密切联系。将采样点依据不同城市功能区划分，微塑料丰度从大到小为：居民与农业混合区>居民区(郊区)>居民区(城区)>农业区(见图6)。居民与农业混合区微塑料的类型最为丰富，居民区(城区)微塑料的类型仅有PET和PA。该结果证实了城市土地覆盖与微塑料分布存在显著的相关性[60]可能是人类活动及垃圾管理策略问题共同造成的[61-62]。农业区水体微塑料丰度最低，是因为与其他下垫面相比，农业区人类活动最弱。但是，人类活动只能影响微塑料的产生量，并不是水体微塑料污染程度的决定因素。城区会产生更多的微塑料，同时也有更为成熟和完善的垃圾管理策略及治理设施，这能极大地减少进入环境中微塑料的量。居民与农业混合区的垃圾管理策略要弱于居民区，从而导致居民与农业混合区的水体中微塑料丰度最高。由于对塑料垃圾(如城镇、旅游、农业、工业等)、船舶运输、渔业活动等过程的管理不当，微塑料很可能直接进入水环境，造成一定程度的微塑料污染[63]。垃圾填埋场管理不善也会导致水体中微塑料的增加[64]。污水处理厂的污泥也是微塑料污染的主要来源[65]。暴雨或洪水过后，垃圾填埋场的径流会将这些微塑料带到附近的环境中，同时，降雨可能导致微塑料在地表水中的再悬浮[19]135。大气沉降也是水环境中微塑料污染的重要来源[66]。