磁湖水体中微塑料的丰度及其分布特征

何嘉庆，李怡欣，马天跃，汪东亮,b*，李于晓,b，张家泉,b，蔡 苇,b，李海笑,b

(湖北理工学院 a.环境科学与工程学院，b.矿区环境污染控制与修复湖北省重点实验室，湖北 黄石 435003)

0 引言

微塑料(Microplastics，MPs)是一种新型环境污染物，通常指粒径小于5 mm的塑料，广泛存在于水体、沉积物以及水生生物体内[1]。微塑料具有尺寸小和高比表面积的特征，能被活生物体摄入，有毒化学物质在水中或活生物体组织内被吸附的风险增加。水生系统的微塑料往往会吸附污染物，并将有害成分转移到生物体中，造成肠道系统阻塞、细胞损伤等。微塑料甚至会通过食物链在高级营养生物体内富集，造成严重的生态风险。湖泊、河流被认为是微塑料的重要汇入场所。有数据表明北美五大湖地区[2]、加拿大温尼伯湖[3]、意大利博尔塞纳湖[4]、洞庭湖[5]、鄱阳湖[6]、乌梁素海[7]等湖泊中都发现了微塑料，且人口密集、城市化程度高的内陆淡水水域的微塑料污染更严重[8]。

磁湖是黄石市最大的城市内湖，具有纳污、蓄水、生态景观等多重功能。磁湖是通江湖泊，保护磁湖、改善磁湖水质是黄石市生态环境规划中的长期战略任务[9]。本研究以磁湖水体为对象，调查磁湖水体中微塑料的丰度与赋存特征，为保护磁湖的生态环境积累基础数据。

1 实验方法

1.1 取样点分布

参照《水质：湖泊和水库采样技术指导》(GB/T 14581—1993)，根据磁湖近岸的城市分布及历年水质检测资料，考虑湖泊水体的水动力条件、污染物在水体中的循环和迁移转化等因素，通过实地考察布设如下采样点：磁湖北湖设置5个近岸采样点(F1，F2，F3，F4，F5)及1个湖心采样点(F6)，磁湖南湖设置1个近岸取样点(F7)。采样点分布如图1所示。

图1 采样点分布

1.2 取样方法及样品处理

使用不锈钢水质采样器在每个取样点采集30 L深度为0～20 cm的表层水样和深度为20～80 cm的中层水样，并通过45 μm不锈钢筛过滤。用超纯水将筛网上残留的微塑料冲洗入干净的100 mL锥形瓶中，每个取样点取2个平行样，于实验室4 ℃条件下避光冷藏保存。

每个水样在避光条件下加30%的过氧化氢消解24 h，以溶解水样中天然存在的有机质[10]。消解后，使用真空泵将水样通过0.45 μm玻璃纤维滤膜(GF/F，47 mm，Whatman)过滤，将滤膜放在干净的培养皿中于室温下干燥，随后在体视显微镜下目视检查。

根据文献[11]确定样品中微塑料的形态特征，统计其数量、颜色、形状和大小。根据粒径大小将微塑料分为6组：组1(粒径<0.05 mm)、组2(0.05 mm≤粒径<0.10 mm)、组3(0.10 mm≤粒径<0.50 mm)、组4(0.50 mm≤粒径<1.00 mm)、组5(1.00 mm≤粒径<3.00 mm)、组6(3.00 mm≤粒径<5.00 mm)。

2 结果和讨论

2.1 微塑料的丰度分布特征

各采样点微塑料的丰度(用每升水中所含微塑料的个数来表示)如图2所示。

图2 各采样点微塑料的丰度

由图2可知，微塑料的最大丰度出现在F7采样点的表层，为9.6个/L；最小丰度出现在F6采样点的中层，为3.5个/L。表层水体的微塑料丰度(4.7～9.6个/L，平均丰度7个/L)普遍高于中层水体的微塑料丰度(3.5～7.8个/L，平均丰度5.5个/L)，前者约为后者的1.3倍。在7个采样点中，F7采样点处微塑料的丰度在表层和中层均较大。这是由于该采样点位于黄石市科技馆和招商中心附近，且不远处有酒店、医院等公共人口较多的建筑，人流量较其他采样点更大，因而湖岸周围的生活垃圾与废水较多，水体中的微塑料累积量更大。F1采样点表层水体的微塑料丰度为7.9个/L，中层水体的微塑料丰度为7.8个/L；F4采样点表层水体的微塑料丰度为8.6个/L，中层水体的微塑料丰度为5.8个/L。这是因为采样点F1位于学校和桂林北路附近，人员活动相对密集，使微塑料累积相对较大；F4位于明珠花园宏维小区附近，而且磁湖东路公路干线和湖岸比较近，人口流动频繁，对微塑料的丰度值贡献较大。而采样点F6位于磁湖中心，距湖岸较远，且附近少有居民区，人口密度相对较小，因此微塑料的丰度相对于其他采样点明显减少。这表明磁湖水体中微塑料的丰度与周围人口密度和人类活动有关，人口密度越大，人类活动越密集的地区，微塑料的丰度越大。

相较于国内外其他湖泊，磁湖水体中微塑料的丰度处于中等水平。例如，南四湖(独山湖、南阳湖、昭阳湖、微山湖)表层水体中的微塑料丰度为1.2～10.1个/L[12]；太湖表层水体中的微塑料丰度为3.4～25.8个/L[13]；乌梁素海水体中的微塑料丰度为4.7～16.8个/L[7]；洞庭湖表层水体中的微塑料丰度为0.9～2.8个/L；洪湖表层水体中微塑料丰度为1.3～4.7个/L[14]；北美五大湖中微塑料的平均丰度为43 000个/km2，约3.4×10-3个/L[2]；加拿大温尼伯湖中微塑料平均丰度为748 000个/km2，约为8.8×10-3个/L[3]。

2.2 微塑料的粒径分布特征

各采样点微塑料的粒径分布如图3所示。

(a) 表层水体

(b) 中层水体图3 各采样点微塑料的粒径分布

由图3可知，磁湖水体中大部分微塑料的粒径小于1 mm(95.9%)，其中粒径小于0.05 mm的微塑料占比最高(45.5%)，粒径为3～5 mm的微塑料占比最低(0.7%)。此外，不同水深处的微塑料粒径分布也有所不同，表层水体中微塑料不同粒径占比分别为47.8%，29.8%，14.5%，3.6%，3.5%和0.8%，相应地在中层体中的占比分别为42.6%，30.9%，18.2%，4.6%，3.2%和0.5%。这主要与微塑料的沉降和迁移有关。

相关研究表明，微塑料的生物累积潜力随体积减小而增大，可能对水生生态系统造成巨大危害[15]。除此之外，某些微塑料可通过吸附作用，对无脊椎动物的过滤附肢造成物理损伤，影响其正常的生理活动[16]。在本研究中，磁湖水体中大部分微塑料的粒径小于1 mm，潜在风险较高。

2.3 微塑料的颜色分布特征

各采样点微塑料的颜色分布如图4所示。

(a) 表层水体

(b) 中层水体图4 各采样点微塑料的颜色分布

由图4可知，磁湖水体中的微塑料呈绿色、黄色、红色、白色和黑色，主要为黑色(占比69.7%)和白色(占比14%)，其中表层水体中各颜色微塑料的数量占比分别为1.5%，3.1%，13.6%，11.3%和70.6%，相应地中层水体中的占比分别为0.4%，2.4%，11.3%，17.3%和68.6%。

2.4 微塑料的形状分布特征

各采样点微塑料的形状分布如图5所示。

(a) 表层水体

(b) 中层水体图5 各采样点微塑料的形状分布

由图5可知，磁湖水体中微塑料的形状主要包括颗粒、碎片、纤维和薄膜4种，相应的数量占比分别为7.4%，66.6%，12.9%和13.2%。其中碎片类的微塑料的数量占比最大，在表层和中层中分别达到66.1%和67%，其次是薄膜类和纤维类的微塑料，薄膜类微塑料在表层和中层中的数量分别占比13.2%和13.1%，纤维类微塑料在表层和中层分别占比13.9%，11.6%，而颗粒类微塑料占比较小。

洞庭湖和洪湖表层水体中的微塑料主要为纤维状[15]，乌梁素海水体中的微塑料主要为碎片状[12]，太湖水体中的微塑料主要为纤维状[13]，与磁湖水体中微塑料主要为碎片状类似。碎片状和薄膜状微塑料可能来源于生活垃圾里的塑料制品，尤其是一次性塑料制品；纤维状微塑料主要来源于附近渔民的垂钓、捕捞工具，以及生活污水中的衣物纤维[17-18]。

3 结论

1)磁湖近岸水样中微塑料的丰度最大为9.6个/L，平均丰度为6.98个/L，粒径多小于0.05 mm，占总数的45.5%，主要分为碎片状、纤维状、薄膜状和颗粒状，其中碎片状占比最高，约为总数的66.6%。与其他湖泊相比，磁湖的微塑料污染处于中等水平。

2)磁湖水体中微塑料的分布与人类活动密切相关。磁湖近岸水体中微塑料主要来源于生活污水中的衣物纤维、垂钓、捕捞工具以及生活垃圾中的一次性塑料制品等。因此，建议加强对磁湖周围，甚至整个黄石市区生活垃圾的治理，从源头上减少微塑料污染。