青岛近岸野生牡蛎及海滩沉积物中的微塑料季节性分布特征及其关联性

黄六一，黄杰鸿，尤鑫星，盛化香，王 冲，彭 海

(中国海洋大学水产学院，青岛 266000)

塑料一般通过石油、天然气或者煤衍生的单体聚合产生，是一种高分子量的有机聚合物[1]。塑料是人类生活中不可或缺的一种材料，由于其具有质量轻、多功能及耐用等良好的性能，被广泛用于日常生活及工农业产品和领域中，如日用品、服装、产品包装、渔用材料等。

随着塑料生产量的增加，由于处理不当和降解有限等原因，造成塑料垃圾急剧增加，塑料污染已成为严重的环境问题，尤其是对海洋环境的污染。海洋中大多数塑料碎片以微塑料(<5 mm的塑料颗粒)的形式存在，主要来源有两种：原始制造的塑料颗粒或微珠(称为初级微塑料)，或由较大的塑料垃圾分解而成(称为次级微塑料)[2]。Jambeck等[3]估计，2010年192个沿海国家产生了2.75亿t塑料垃圾，其中480万t至1 270万t最终进入海洋，在缺乏适当管理措施的情况下，到2025年，海洋塑料碎片将增加一个数量级。微塑料作为新兴海洋污染物，近年来研究其在海洋中的分布以及对海洋生物的危害已受到世界范围的关注。目前微塑料已在各地海水[4-6]、海洋沉积物[7-9]和生物体[10-12]中被发现。

人类活动频繁的近岸海域是微塑料污染尤为严重的区域，是目前微塑料研究的热点区域，而作为人类活动最为密集的沿海城市的海滩，受到国内外学者的重点关注[9,13-14]。目前已有相关的研究调查了微塑料在青岛沿岸的分布，部分涉及栈桥海水浴场。如罗雅丹等[15]研究了青岛近岸4个典型海水浴场海水和沉积物中微塑料的分布；尹诗琪等[16]研究了青岛近岸4个不同海域(红岛水产养殖区、李村河口附近、团岛污水处理厂、麦岛沙滩附近)表层海水和潮滩沉积物中微塑料的分布；Gao等[17]对夏、冬季青岛海水浴场海水和海滩的微塑料污染进行了调查研究。但整体而言，上述研究中对于海洋微塑料的季节变化关注较少，且未开展定居生物体内的微塑料研究。考虑到微塑料在环境中的广泛分布及其对生物的影响，因此有必要同时开展海洋环境和定居生物体内的微塑料污染研究，从而分析微塑料在生物体内与海洋环境中的分布特征及其关联性。

生物摄入微塑料后可能产生各种不良反应。有研究发现，牡蛎的繁殖受到聚苯乙烯微塑料的影响；贻贝因摄入微塑料而产生明显的组织学变化和炎症反应；许氏平鲉摄食微塑料后捕猎行为、能量储备和营养质量均受影响[18-20]。因此，海洋微塑料可能降低野生或养殖水产品的品质甚至影响经济效益。由于被人们大量食用，海产品中海洋微塑料的存在还可能对人类食品安全构成威胁。据统计，欧洲消费者每年通过食用贝类摄入达1.1万个微塑料[21]。Setälä等[22]和Wesch等[23]发现，双壳类动物比其他海洋无脊椎动物和不同食性的捕食者更容易摄入微塑料。牡蛎(Ostreagigastnunb)隶属软体动物门、双壳纲、珍珠贝目，是一种重要的海洋生物资源，广泛分布在潮间带和潮下带水深不超过10 m的范围内，是世界第一大养殖贝类。中国是世界上最大的牡蛎养殖国，据统计，2020年中国牡蛎产量达542万t[24]。牡蛎以壳粘固于岩礁或其他物体上，通过鳃不断过滤大量海水来进食和呼吸，与自由移动的生物相比，这种固着栖息的生物更容易反映所在区域的环境污染状况，因此牡蛎可以作为海洋微塑料污染的指示种[22-23]。牡蛎除了作为海洋微塑料污染的指示种外，由于被人们大量食用，也可能成为评估人类通过海产品摄入微塑料的潜在健康风险的介质。有研究表明海滩上的微塑料可直接来源于渔业生产、旅游活动等[13-14,25]，且海滩环境有利于塑料的风化，产生微塑料的可能性更大。因海水具有流动性，只能反映采样点当时的微塑料污染状况，而牡蛎和沉积物能够更好地反映一个区域内微塑料污染的长期状态[26]。

本研究选取青岛近岸礁石上大量分布的野生牡蛎和海滩沉积物作为研究对象，分别在夏、秋、冬季同时采集野生牡蛎及其附近的海滩沉积物样本，开展3个季度的海洋微塑料调查，分析和评估该区域内牡蛎体内和海滩沉积物中海洋微塑料污染水平、季节性变化及二者的关联性，研究结果可为青岛沿岸海产品中微塑料污染的风险评估以及海洋微塑料的监测治理提供参考。

1 材料与方法

1.1 样品的采集

采样于2021年夏季的8月16日、秋季的10月17日、冬季的12月12日进行，采样区域如图1所示。

图1 采样位置

牡蛎样品采集于栈桥旅游区内退潮后的岩礁上，每次随机采集35个(壳长3.2±0.4 cm)。为避免其他因素对样品产生微塑料污染，样品用铝箔密封，带回实验室，在-20℃冰箱中保存。沉积物采样使用样方法[27]。采集地点选择在栈桥旅游区海滩高潮线和潮间带。每次在海滩高潮线和潮间带沿着海岸100 m范围内各随机选择3处50 cm×50 cm的样方，用不锈钢勺采集上层5 cm以内的沉积物，每个样品重量200 g左右，每次采集6个样本，用铝箔纸密封带回实验室。

1.2 微塑料的提取

分析前先用电子游标卡尺(得力DL91150)测量样本牡蛎的壳长，然后用蒸馏水冲洗所有样本，以去除样本外部的颗粒，再用解剖工具撬开外壳，分离其软组织。将5个样本的软组织加在一起置于烧杯中作为一个试验组，因此每个季节可获得7个试验组。用电子天平分别称量获得每个试验组的软组织重量，对每个季节35个牡蛎软组织重量进行季节间的方差分析，发现其重量差异不显著(P>0.05)。每个试验组中加入200 mL 10%氢氧化钾溶液，进行组织消解。所有烧杯均用铝箔覆盖，在60℃水浴锅中加速消解3 h，然后在室温下消解24 h，再用真空抽滤机(予华SHZ-DⅢ)进行抽滤。真空抽滤机滤膜采用0.45 μm孔径的玻璃纤维素滤膜。为减少微塑料粘附造成的样品损失，用蒸馏水反复冲洗烧杯和漏斗的内壁。最后将滤膜放入有盖玻璃培养皿中避光保存，待下一步试验。

沉积物中微塑料的提取方法使用密度浮选法[28]。在60℃烘箱内将沉积物样本干燥72 h至恒重；从每个样本称取50 g恒重的子样本，放置在玻璃烧杯中，加入200 mL饱和氯化钠溶液(1.2 g/cm3)，用干净的玻璃棒手动搅拌1 min；用铝箔覆盖烧杯口，静置5 min之后，将沉淀物层以上的水溶液转移到另一个空置清洁玻璃烧杯中，获得含有微塑料的上清液体。为提高微塑料回收率，每个子样本重复浮选3次。3次收集的上清液置于同一烧杯，添加15 mL质量分数为30%的过氧化氢试剂在黑暗中消解24 h，以去除其中的生物有机质[28]。随后的抽滤过程和滤膜保存与前述的操作一致。

1.3 微塑料的类别统计与计数

试验中依据如下标准判断是否为微塑料：1)用镊子不能将颗粒夹碎；2)颗粒颜色分布均匀；3)颗粒不含生物组织和细胞结构[29-30]。本试验将微塑料分为碎片状、薄膜状和纤维状3种形状。采用目视识别法，用立体显微镜(Olympus，SZ51，日本，放大倍数8～40倍)从左到右按Z字形观察滤膜上的微塑料的形状和颜色，并进行记录。微塑料的粒径以其最长边为准，用目镜上的显微刻度尺进行测量和计数[26]，按照<0.5 mm、0.5～1 mm、1～2 mm、2～3 mm、3～4 mm和4～5 mm六大类进行分类和数量记录。

1.4 微塑料的成分鉴定

成分鉴定委托相关鉴定公司利用显微红外光谱仪(赛默飞IN10)对颜色和形状最具代表性的9个夏季沉积物中的微塑料样品进行光谱分析。将样品光谱图与标准数据库进行比较，当与标准数据库匹配度超过80%时，可确定该微塑料的聚合物类型[16]。

1.5 污染控制

本研究设置暴露于空气中的湿润滤膜(16组)、牡蛎消化过程用蒸馏水代替软组织(6组)二种空白试验，以校正试验过程中空气和操作过程可能带来的污染。参照前人研究排除与空白对照相似的污染物[31-32]。在试验过程中，操作人员要求穿棉质实验服。试验中使用的玻璃器皿、解剖工具等器具在使用前均用蒸馏水清洗3次。

1.6 数据处理

采用Microsoft Office Excel 2016、SPSS 25.0进行数据统计分析和作图。因讨论比较需要，牡蛎体内的微塑料丰度以平均每个个体所含的微塑料个数(items/individual)和每克软组织湿重对应的微塑料个数(items/g)表示；沉积物中的微塑料丰度以每克干重样本所含的微塑料个数(items/g)表示。当数据同时满足正态性及方差齐性时，采用独立样本T检验或ANOVA(单因素方差分析)进行差异性检验；否则用Mann-Whitney U检验或独立样本Kruskal-Wallis检验；当P<0.05时，表示二者差异显著。

2 结果

2.1 检测出的微塑料数量

每个空气中的空白对照平均含0.4个污染物，每个消化过程空白试验平均含0.7个污染物，说明试验过程受轻微污染。夏、秋、冬季牡蛎体内检出的微塑料个数分别为53、26、37个；夏、秋、冬季沉积物中检出的微塑料个数分别为101、43、84个。

2.2 微塑料丰度

如图2所示，夏季牡蛎体内微塑料丰度为1.51±0.71 items/individual，秋季为0.74±0.43 items/individual，冬季为1.06±0.49 items/individual。按照由大到小的排列顺序为：夏季>冬季>秋季。夏季显著高于秋季(P<0.05，ANOVA)，夏季与冬季、秋季与冬季间均无显著性差异(P>0.05，ANOVA)。3个季节牡蛎体内的微塑料平均丰度为1.10±0.62 items/individual。

图2 不同季节牡蛎体内微塑料丰度变化

如图3所示，当以items/g为单位时，夏季牡蛎体内微塑料丰度为1.15±0.55 items/g，秋季为0.63±0.35 items/g，冬季为0.80±0.56 items/g，3个季节间无显著性差异(P>0.05，Kruskal-Wallis检验)。

图3 不同季节牡蛎及沉积物中的微塑料丰度变化

3个季节牡蛎体内的微塑料平均丰度为0.86±0.52 items/g。沉积物中微塑料丰度按照由大到小的排列顺序为：夏季(0.34±0.12 items/g)>冬季(0.28±0.07 items/g)>秋季(0.14±0.10 items/g)，夏季显著高于秋季(P<0.05，Kruskal-Wallis检验)，夏季与冬季、秋季与冬季间均无显著性差异(P>0.05，Kruskal-Wallis检验)。3个季节沉积物中微塑料平均丰度为0.25±0.12 items/g。夏、秋、冬3个季节中牡蛎体内的微塑料丰度均极显著高于沉积物(P<0.01，Mann-Whitney U 检验)，分别是沉积物中的3.4倍、4.5倍和2.9倍。

2.3 微塑料形状

图4为牡蛎体内(a)和沉积物中(b、c、d)的微塑料样本形状图片，包括薄膜状、纤维状和碎片状。

图4 不同形状的微塑料

如图5所示，3个季节牡蛎体内的微塑料均以纤维状为主，占比分别为98.1%(夏季)、96.2%(秋季)和100%(冬季)，其中，夏季有少量薄膜状微塑料(占1.9%)，秋季有少量碎片状微塑料(占3.8%)。沉积物中微塑料形状与牡蛎体内的类似，也是以纤维状为主，夏季纤维状占98.0%，碎片状占2.0%；秋季纤维状占90.7%，碎片状占9.3%；冬季纤维状占98.8%，碎片状占1.2%。

图5 不同形状的微塑料在牡蛎(a)和沉积物(b)中的季节性分布特征

2.4 微塑料颜色

如图6所示，夏季牡蛎体内微塑料颜色以透明为主，占79.2%，红色占9.4%，其他颜色(蓝色、紫色和绿色)占11.3%；秋季主要是透明色，占61.5%，其次是蓝色占30.8%，红色占7.7%；冬季以透明和蓝色为主，分别占48.6%、40.5%，黑色占8.1%，红色占2.7%。总体而言，牡蛎体内的微塑料颜色以透明为主，秋、冬季蓝色微塑料占比也处于较高的水平，其他颜色占比较少。

图6 不同颜色的微塑料在牡蛎(a)和沉积物(b)中的季节性分布特征

夏季沉积物中微塑料颜色以红色(52.5%)和透明(41.6%)为主，其他颜色(蓝色和紫色)占5.9%；秋季以透明(46.5%)和蓝色(32.6%)为主，红色占16.3%，其他颜色(黑色和黄色)占4.6%；冬季以透明(36.9%)和蓝色(32.1%)为主，黑色占20.2%，其他颜色(红色和紫色)占10.7%。总体而言，沉积物中微塑料颜色以透明、红色和蓝色为主，3个季节中透明微塑料占比较高且比例相当，红色微塑料比例在夏季较高，而蓝色微塑料在秋、冬季较高。

2.5 微塑料粒径

如图7所示，夏季牡蛎体内检出的微塑料粒径范围为0.15～1.575 mm，其中<0.5 mm的占47.2%，0.5～1 mm的占50.9%，1～2 mm的占1.9%；秋季的粒径范围为0.075～2.975 mm，<0.5 mm的占38.5%，0.5～1 mm的占46.2%，1～2 mm、2～3 mm的分别占7.7%；冬季的粒径范围为0.075～1.575 mm，<0.5 mm的占62.2%，0.5～1 mm的占32.4%，1～2 mm的占5.4%。

图7 不同粒径的微塑料在牡蛎(a)和沉积物(b)中的季节性分布特征

夏季沉积物中检出的微塑料粒径范围为0.1～4.75 mm，最多为<0.5 mm，占37.6%，其次是0.5～1 mm，占35.6%，1～2 mm的占16.8%，2～3 mm的占8.9%，4～5 mm的占1.0%；秋季的粒径范围为0.125～3.8 mm，最多为0.5～1 mm，占37.2%，其次是<0.5 mm的占27.9%，1～2 mm的占23.3%，2～3 mm的占9.3%，3～4 mm的占2.3%；冬季的粒径范围为0.15～3.475 mm，最多为0.5～1 mm，占44.0%，其次是<0.5 mm的占31.0%，1～2 mm的占23.8%，3～4 mm的占1.2%。牡蛎体内和沉积物中的微塑料粒径占比有一定差异，但均以粒径<1 mm为主，占比达65.1%以上。

2.6 微塑料聚合物种类

夏季沉积物中的微塑料共检出5种聚合物类型，包括纤维素(CE)、人造丝(RY)、腈纶(AC)、聚酯纤维(PES)和聚丙烯-聚乙烯共聚物(PP-PE)。图8是5种微塑料样品的光谱图，与标准数据库中的匹配度均达80%以上。

图8 沉积物中5种微塑料样品的显微红外光谱图及其与标准数据库的匹配度

3 讨论

3.1 微塑料丰度及其季节性变化

青岛近岸牡蛎体内3个季节的平均微塑料丰度(1.10±0.62 items/individual)与青岛沙子口和黄岛地区养殖牡蛎四季的平均微塑料丰度(1.2～3.3 items/individual)相近[33]，表明青岛周边海域的微塑料对生物的污染水平接近。夏季牡蛎体内微塑料丰度(1.51±0.71 items/individual)显著低于桑沟湾养殖牡蛎(采集于夏季7、8月份)体内的微塑料丰度(19～164 items/individual)[34]，可能与桑沟湾海域大量的网箱、筏式养殖有关。青岛近岸牡蛎体内微塑料丰度随季节变化的趋势呈夏季>冬季>秋季。当以items/individual为单位时，夏季显著高于秋季(P<0.05)。温度的变化对滤食性贝类的摄食有显著的影响。Bayne等[35]研究表明，在适宜的温度范围内，摄食率随着温度的升高以幂函数的形式增加。夏季温度相对更高，导致牡蛎摄食量增加，使更多的微塑料进入牡蛎体内，这可能是夏季牡蛎体内丰度高于秋冬季的原因。

青岛近岸夏季沉积物中微塑料的丰度(337±116 items/kg)比Gao等[17]在2019年8月对栈桥海水浴场海滩沉积物中微塑料丰度的研究结果(30.02±2.49 items/kg)高一个数量级。Gao等[17]以栈桥海水浴场单位面积海滩沉积物中微塑料个数为单位得出的研究结果(279.63±23.18 items/m2)比罗雅丹等[15]的研究结果(4 350 items/m2)低一个数量级。青岛近岸沉积物中微塑料丰度的季节变化趋势为夏季>冬季>秋季，与Gao等[17]研究得到的青岛海水浴场内水体、海滩沉积物中夏季微塑料丰度大于冬季的结果一致。值得注意的是，相关研究结果表明旅游旺季的海滩上会出现高丰度的微塑料污染[13-14]，但本研究青岛近岸海滩沉积中的微塑料丰度在秋季(10月份)最低，而10月份属于青岛旅游旺季。推测其原因，本试验秋季采样时间为2021年10月17日，而2021年10月9日青岛发生新型冠状病毒疫情，导致海滩上的旅游活动大量减少，可能是导致本试验结果与其他研究结果不一致的主要原因。

青岛近岸牡蛎体内与沉积物中的微塑料丰度季节性变化趋势一致。在夏、秋、冬3个季节中牡蛎体内的微塑料丰度都显著高于沉积物中的丰度，与Jahan等[26]在澳大利亚新南威尔士州的研究结果类似，表明牡蛎体内可能出现了微塑料富集作用，需要引起重视。

3.2 微塑料形态

牡蛎体内和沉积物中微塑料的形状基本呈纤维状(占比大于90%)，无明显季节性变化，高于沙子口和黄岛4种双壳贝类体内的纤维状微塑料占比(45%)[33]以及珠江口野生牡蛎体内的占比(69.4%)[36]，与桑沟湾的养殖牡蛎中的纤维状微塑料占比相当(99%)[34]，这与相关研究中微塑料纤维在肠道的转运时间比微珠和碎片更长[37]这一结果吻合，但造成不同区域间的差异可能与当地的微塑料来源有关，有待进一步探讨。3个季度青岛近岸沉积物中纤维状微塑料(占比90.0%以上)明显高于青岛近岸(红岛水产养殖区、李村河口附近、团岛污水处理厂、麦岛沙滩附近)潮滩沉积物中的占比(59.9%)[16]。人类活动可以产生大量的纤维状微塑料，例如服饰、泳装等纺织品在使用过程中的纤维脱落，有研究表明墨西哥的旅游海滩沉积物中较高丰度的纤维状微塑料与泳衣和防紫外线服装有关[13]。人类活动可能是造成上述结果的一个重要原因。其次，在研究区域西南方向距离不远的海域建设有一定规模的塑料网箱，推测本研究中出现的大量纤维状微塑料与渔用材料的磨损也有一定关系。本研究牡蛎体内与海滩沉积物中的纤维状微塑料在3个季度的占比均在90%以上，表现出高度的一致性。

青岛近岸牡蛎体内的微塑料颜色以透明和蓝色为主，与Ding等[33]的研究中青岛四种养殖双壳类体内的透明和蓝色微塑料含量明显高于其他颜色以及Fu等[38]统计的中国水生生物体内的微塑料最常见的颜色是蓝色和透明色的结果一致。青岛近岸沉积物中微塑料颜色以透明、红色、蓝色为主，其中，3个季节透明微塑料占比较高且比例相当，部分可能是有色纤维在强烈的太阳紫外线辐射影响下转化而来[14]；红色和蓝色纤维由于广泛应用于服装等编织物，可能与游客的服饰有关。牡蛎体内与沉积物中微塑料的颜色总体上保持一致，以透明、蓝色为主。

本研究中牡蛎体内的微塑料粒径范围在75～2 975 μm，与Martinelli等[32]研究得到的美国萨利希海太平洋牡蛎体内的微塑料粒径范围102.45～2 885.49 μm相似，其中，以小于1 mm的微塑料为主(98.1%)，这与其他研究结果相一致[34,36]，这是由于无脊椎动物更有可能摄入粒径较小(0.01～1 mm)的微塑料颗粒[39]。青岛近岸海滩沉积物中的微塑料粒径以小于1 mm居多，与其他研究一致[15-16]。牡蛎体内与沉积物中微塑料的粒径分布总体上保持一致，均以1 mm以下的为主。

3.3 微塑料聚合物种类

本研究共检测出夏季沉积物中有5种微塑料，包括聚酯纤维、人造丝、腈纶、纤维素和聚丙烯-聚乙烯共聚物，对比Gao等[17]对2019年夏季栈桥海水浴场海滩沉积物中的微塑料种类的研究只检测出人造丝、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚乙烯，其中以人造丝占比最高。由于本研究的微塑料成分鉴定仅检测了9个典型样品，因此没有对每种微塑料的占比进行分析，需要在今后的研究中补充检测样品量。从微塑料种类分析其来源，人造丝、聚酯纤维、腈纶可能来源于服装、洗衣废水等。

3.4 生物指示种的讨论

在丰度层面上，有研究表明牡蛎体内的微塑料丰度可以反映水体中的微塑料污染程度[36]。本研究发现，沉积物中与牡蛎体内的微塑料丰度的季节性变化趋势一致，但3个季节中牡蛎体内的微塑料丰度都显著高于沉积物中的丰度，约为3～4倍，说明环境中微塑料丰度的动态变化可以在牡蛎体内得到体现；在形状层面上，二者之间的形状保持了高度一致性，表明生物体内积累的微塑料形状与沉积物中微塑料形状密切相关；在颜色层面上，牡蛎体内与沉积物中微塑料的颜色总体上保持一致，可以反映环境中的微塑料颜色特征；在粒径层面上，二者的粒径分布总体上保持一致，均以1 mm以下的微塑料为主，可以反映环境中的微塑料粒径特征。综上所述，建议以礁石上的野生牡蛎作为青岛近岸海洋微塑料污染的生物指示种。本研究目前主要从定性的角度分析了牡蛎体内和海滩沉积物中微塑料之间的关联，未来还需要进一步开展更多的实验室和野外试验，以深入了解牡蛎摄取微塑料的机制，建立牡蛎体内与其周围海洋环境中微塑料特征之间的对应关系，为减少牡蛎体内的微塑料富集及其健康养殖提供理论指导。

4 结论

本研究探讨了夏、秋、冬季青岛近岸牡蛎体内及沉积物中的微塑料分布特征及其随季节的变化情况。结果显示，牡蛎体内和沉积物中微塑料丰度的季节性变化趋势具有一致性，均为夏季>冬季>秋季。总体上，牡蛎体内及海滩沉积物中均以粒径<1 mm的纤维状微塑料为主，无明显的季节性变化；在颜色方面，牡蛎体内与沉积物中微塑料的颜色存在一定季节性差异，但总体上二者保持一致，以透明、蓝色为主。显微红外光谱显示，微塑料的化学成分有聚酯纤维、腈纶、人造丝、纤维素和聚丙烯-聚乙烯共聚物。基于牡蛎与沉积物中微塑料丰度随季节变化的一致性和微塑料物理特征上的相似性，建议把牡蛎作为青岛近岸海洋微塑料污染的指示生物。另一方面，在贝类等水产动物设施养殖区周围应控制微塑料来源，以确保生物的健康和水产品的安全性。

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