養殖海域與近岸潮灘微塑料污染特征

趙泓 睿桂峰 趙晟

摘要 [目的]以舟山群島養殖海域的海洋生物和養殖區附近海島潮灘與海水為對象，調查舟山養殖海域中微塑料（MPs）的污染特征，揭示MPs的分布特征、來源和對養殖海域的生態威脅，為海洋漁業MPs污染的研究與應對提供依據，也為水產養殖業有關MPs的生態風險評價提供基礎數據。[方法]選取舟山典型水產養殖區、海島潮灘作為采樣區域，采集潮灘沉積物、養殖區海水和水生生物樣品，利用飽和氯化鈉浮選法分離樣品中的MPs，研究MPs的豐度和分布，分析養殖海域樣品中MPs的粒徑、形狀等特征。[結果]MPs在海洋生物、海水和海灘中的豐度分別為（307.9±9.5～1 798.8±57.4）個/kg、（16.6±4.3～27.8±15.1）個/m3、（63.7±3.7～4 292.2±59.6）個/kg，類型主要為發泡、碎片、顆粒、薄膜和纖維類。[結論]舟山養殖區海洋生物及其生存海域、海島潮間帶全部受到MPs的污染，MPs來源復雜多樣，包括陸源性污染和洋流、海浪、風力作用以及人類密集活動所導致等，微塑料的污染對舟山水產養殖業和漁業造成潛在威脅。

關鍵詞 養殖區;海洋生物;微塑料污染;沉積物;豐度;分布特征

中圖分類號 X55文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）19-0055-04doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.018

Abstract [Objective] The pollution characteristics of microplastics in quatic animals， seawater， and sediment of aquaculture farms in Zhoushan were investigated， the distribution characteristics and origins of MPs were studied， the results provide the available data for ecological risk assessment? and the control of MPs pollution in coastal area of China. [Method] The distribution of MP abundances in the coastal zones and the aquaculture farms from Zhoushan was studied. The extraction method was optimize the flotation， separation and identification method. The composition and morphological characteristics of MPs collected in sediments were analyzed.[Result] The average concentrations of MPs in sediments， seawater and animals ranged from 63.7±3.7 to 4 292.2±59.6 items/kg， 16.6±4.3 to 27.8±15.1 items/m3， and 307.9±9.5 to 1 798.8±57.4 items/kg，?? respectively. The main types of microplastics were foams， fragments， granules， films and fibers， among which foams and fragments accounted for the largest proportion. [Conclusion] The research results showed that the aquatic animals in the aquaculture farm of Zhoushan and the intertidal zones of Zhoushan are generally polluted by microplastics. The microplastics in Zhoushan have complex sources of pollution， including landbased pollution and Ocean currents， waves， wind power and intensive human activities.The pollution of microplastics posed a potential threat to aquaculture and fisheries of Zhoushan.

Key words Aquaculture area;Marine life;Microplastic pollution;Sediment;Abundance;Distribution characteristics

隨著全球塑料產量的增加，塑料污染對海洋動物、人類健康的威脅也隨之增加。據統計，2010年有480萬～1 270萬 t的塑料廢物通過各種途徑進入海洋，預估到2025年甚至可能再翻一個數量級[1]。這些塑料垃圾在經過生物降解、光降解等一系列復雜過程的聯合作用下，逐漸分解為微小碎片，并隨海洋水動力過程（潮汐、洋流等）進行遷移。通常把這些破碎的塑料（尺寸<5 mm）定義為MPs[2]。MPs顆粒在海洋環境以及土壤、河流、湖泊甚至冰川中都普遍存在[3]。由于它們對環境的威脅越來越大，可能對人類健康造成嚴重危害，已成為全球廣泛關注的問題。MPs的毒性可能歸因于它們的理化性質，例如，在制造過程中為改善塑料的物理和化學性質，會加入許多種添加劑（如阻燃劑、增塑劑等），因而MPs在環境中可釋放有害添加劑（如內分泌干擾物等），具有不可忽視的生物毒性。此外，由于MPs具有較大的表面積與體積比，因此它們可從周圍環境中吸收污染物，如重金屬和持久性有機污染物（POPs），并充當污染物傳輸介質[4]，這些化學污染物除直接導致生物死亡外，也會嚴重影響人類常食用的海洋生物的生殖、生長[5-6]，擾亂生物內分泌，導致生物畸形、殘疾等，此類生物會輕易被人類食用，從而造成食品安全恐慌。同時，由于塑料能在海洋環境中快速遷移，因此，MPs可被微生物依附，這也可能導致病原體傳播或物種入侵[7]。已有研究表明，MPs隨洋流擴散，在海灘、沿海地區、河口、港口和深海沉積物等各種海洋環境中，尤其是人類活動集中的區域都廣泛存在[8]。因此，對我國近海MPs污染情況的研究非常有必要。相比之下，針對我國東海地區近海水產養殖海域的MPs污染狀況的研究報道仍然非常稀少。

MPs的污染對漁業和水產養殖業的發展將造成不可估量的威脅，甚至引發食品安全問題。MPs顆粒很小，易被各個營養級的生物攝入（如浮游生物、雙殼類、多毛類、甲殼類動物、魚類和海鳥、哺乳動物等），從而通過食物鏈的生物積累、放大效應傳遞而造成更大的生態危害[9]，因此，水生動物體內富集的MPs將對人類食品健康安全造成巨大的挑戰。研究舟山東極島地區水體及主要海產品中的MPs污染情況對于評估舟山漁場生態環境、推動海洋生物多樣性保護、海洋漁業資源可持續利用具有重要意義。我國東海沿海地區人口密集、經濟發達，但對東海近海海洋生物與沉積物中的MPs污染也少有報道。舟山市海岸線總長2 444 km，有1 000多個島嶼，漁業發達，近年來水產養殖業發展迅速，沿岸人類活動密集。該研究選擇舟山市典型東極養殖海域及海灘作為研究對象，綜合研究了舟山近海養殖環境中MPs的類型、豐度、形狀、顏色和尺寸以及表面微觀特征，分析其分布規律和對養殖海域的生態威脅，并探究其來源，以期為海洋漁業評估MPs污染的研究與應對提供依據，也為水產養殖業有關MPs的生態風險評價提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 研究區域

舟山漁場是我國最大的近海漁場，隸屬浙江省，背靠杭州灣、長三角，面向太平洋，舟山市擁有大小島嶼1 390個，海灘數量眾多，舟山水產養殖區在全市各個島嶼的近岸海域都有分布。采樣于2018年8—10月進行。選取了包括東極島水產養殖區和舟山群島各島嶼海灘共46個采樣點位，具體位置如圖1所示。

1.2 樣品采集及處理

于 2018 年8—10月采集了舟山東極水產養殖區海水和生物樣品，為了探明不同類型生物體內MPs存在與普遍性，設置了3個采樣點，采樣點A（122°41′0.64″E，30°11′15.34″N）位于廟子湖島碼頭西南側水產養殖區;采樣點B（122°41′51.99″E，30°12′5.82″N）和采樣點C（122°41′54.98″E，30°11′53.03″N）位于青浜島西側水產養殖區，采集的生物樣品有脊尾白蝦（E.carinicauda Holthuis）、厚殼貽貝（Mytilus coruscus）、菲律賓簾蛤（Ruditapes philippinarum）、近江牡蠣（Ostrea rivularis Gould）、單齒螺（monodonta labio linnaeus）、紫海膽（Anthocidaris crassispina）、薄殼藤壺（Balanus tenuis Hoek）以及大黃魚（Larimichthys crocea），其中貽貝分為暫養3 d和未暫養兩組，大黃魚在檢測時間取其內臟團消化腺、肌肉和鰓分別檢測。樣品采集后冷凍保存于冰箱中待測。海水樣品采集自A和B點，使用帶有刻度的玻璃采水器人工采集，每個點位采集50 L海水，現場利用25 μm篩網將水樣過濾濃縮至1 L，轉移到棕色玻璃瓶中避光保存并盡快帶回。

海灘沉積物樣品則利用低潮水位時段，在海灘潮間帶，用不銹鋼小鏟以“之”字形采集5個體積為20 cm×20 cm×3 cm的沉積物樣品，放入密封袋中保存并帶回。沉積物的MPs分離采用較為常用的飽和氯化鈉密度浮選分離法[10]，將烘干的樣品放到玻璃燒杯中，加入飽和NaCl溶液（1.20 g/cm3），樣品與飽和NaCl溶液比例為1∶5。靜置20 min后，吸管收集上層清液通過硝酸纖維素濾膜過濾器（5 μm孔徑，47 mm直徑），在剩余的沉淀物中加入NaI溶液（1.6 g/cm3），攪拌2 min，進行離心（3 500 r/min，5 min），進一步提高MPs回收率。吸管收集上層清液通過硝酸纖維素濾膜過濾器（5 μm孔徑，47 mm直徑），并且利用超純水充分沖洗抽濾裝置。將濾膜放到干凈的玻璃培養皿中，用烘箱烘干加蓋放置在通風櫥中。海水與生物樣品的有機物消解采用了Dehaut等[11]的方法。所用消解試劑為 10% KOH溶液，KOH溶液對MPs的破壞性較小。在60 ℃下水浴加熱24 h，直至消解液體變澄清。吸管收集上層清液通過硝酸纖維素濾膜過濾器（5 μm孔徑，47 mm直徑），并且利用超純水充分沖洗抽濾裝置，將濾膜放到玻璃培養皿中，烘干后觀察。

1.3 統計分析

MPs的觀察和鑒定、計數采用光學顯微鏡（leica S8AP0）分析。統計分析使用軟件SPSS 24.0進行。P<0.05為顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 MPs的組成和形態特征

海洋水生動物的MPs樣品中有65.15%的纖維，其次是顆粒狀（25.76%）和碎片狀（909%），在水生動物體內分離出的所有MPs的尺寸均小于1.000 mm，其中40.91%為黑色，其次是透明（21.21%）和紅色（16.67%）。試驗結果顯示，舟山養殖區的水生動物體內普遍存在MPs。

從兩處海水采樣點中分離出的主要MPs為泡沫（3684%）、纖維（26.32%）和碎片（15.79%），其中75.44%的MPs大小在1.000～4.749 mm，顏色則以白色、黑色、綠色為主。需要指出的是，目前海水中MPs采樣方式仍未統一，普遍使用的是成本高的拖網采樣法和成本低的直接采集法，采樣方式將會影響最終的結果[12]。

在海灘沉積物中分離出的MPs形狀主要為發泡泡沫、碎片、顆粒、薄膜和纖維，不同潮灘類型中MPs的主要形狀、大小和顏色有一定的差別，在所有樣品中，MPs的大小為0025～5.000 mm，MPs的顏色多種多樣，主要為白色與黑色。

從泥灘沉積物中分離出的MPs主要為碎片（75.32%）和泡沫（13.83%），其次為纖維類（8.51%）;大多數MPs的尺寸小于1.000 mm（82.84%），MPs豐度隨尺寸的增大而減小，這種分布規律與其他報道類似[13]。

在沙灘沉積物樣品中分離出的MPs中，最豐富的MPs是發泡類（64.08%），其次是纖維（1476%）;沙灘沉積物分離出的MPs有71.08%的尺寸在1000～4.749 mm，小于1.000 mm的MPs豐度最?。?006%）。

在泥砂混合的潮灘分離出的MPs的形狀包括碎片（44.44%）、顆粒（33.33%）和纖維（22.22%）;MPs的豐度隨著尺寸的減小而增加，小于1.000 mm的MPs占5185%。

砂石灘沉積物分離出的MPs形態主要為纖維（27.78%）、碎片（22.22%）、顆粒（22.22%）和薄膜（22.22%）;大于4.750 mm的MPs占總MPs的80%以上，小于1.000 mm的MPs僅占總MPs的5.56%。

從鵝卵石灘沉積物中分離出的MPs主要為碎片（66.67%）、發泡泡沫（33.33%），碎片類是砂石灘沉積物樣品中分離出的MPs的主要形狀，大部分粒徑大于4.750 mm，占總MPs的66.67%，MPs豐度隨MPs粒徑的減小而減小。

總體來看，碎片類MPs存在于所有樣品中。在泥灘未分離出發泡類MPs，而發泡類MPs在沙灘中最常見。此外，白色是所有樣品MPs比例最高的顏色，說明發泡泡沫類MPs在舟山近海海灘地區的污染最廣。

MPs的分布與來源、風化程度、生物降解和水動力條件有關[4]。泥灘的水動力條件比沙灘的水動力條件更弱，因此微小的MPs很容易留在泥灘中并聚集。此外，具有相對高體積比的MPs（例如碎片）可能更容易被細菌等微生物附著[14]，泥灘中的主要MPs尺寸為小于1.000 mm的片狀和纖維狀MPs，而沙灘上大多數MPs為發泡類和纖維類，尺寸為1.000～4.749 mm。而更大型MPs或者大塊塑料更易聚集在卵石灘、混合灘和砂石灘。

2.2 MPs的豐度和來源

生物體內MPs豐度如圖2所示。經分離后，從厚殼貽貝1（未暫養）體內分離出的MPs豐度為（1 798.8±57.4）個/kg，而經過3 d的暫時培養（無喂食）厚殼貽貝2的MPs豐度為（862.1±33.9）個/kg，此豐度明顯低于未暫養的MPs濃度，原因是貽貝在暫養時排除泥沙的同時也從消化系統排出了一定量的MPs[15]。在該研究中，MPs在其他底棲生物體內如菲律賓簾蛤（1663.7±49.8個/kg）和單齒螺（1 423.0±50.6個/kg）體內的豐度也較高。目前已廣泛使用貽貝來監測MPs污染情況。據報道，2014年法國市售牡蠣體內MPs豐度達到濕重（0.47±0.16）個/g，并據此推測每年食用牡蠣等貝類可攝入超過10 000個MPs[15];在北美加拿大，養殖貽貝體內MPs含量達178 個/個體，野生貽貝體內達126個/個體[16]，而此次研究的貽貝體內MPs豐度，經過簡單換算遠低于加拿大的貽貝總體MPs豐度，但因為單位不統一，標準不一致，此比較仍存在很大不確定性。在對野生貽貝體內MPs研究中，其體內的MPs的豐度在不同區域和不同研究方式下有很大差別，為0.12～105.00個/g，不同地區的污染程度和研究方式都有較大差別，統一的研究方式對不同地區MPs豐度的對比有很重要的意義[16]。但可以確定MPs已經廣泛存在于各國的野生或養殖貽貝體內[17]。

在此次研究中，大黃魚鰓中（307.9±9.5個/kg）和紫海膽（390.7±27.2個/kg）的MPs豐度較低。大黃魚肌肉（4679±27.7個/kg）和鰓（307.9±9.5個/kg）的MPs濃度明顯低于其內臟消化腺（1 157.2±49.0個/kg）。貝類和魚類是人類最廣泛食用的海鮮，在對拉芒什海峽地區魚類的研究發現，魚類體內MPs豐度為（1.90±0.10）個/個體[17]，而大黃魚內臟消化腺中的高MPs豐度也佐證了海中魚類攝入MPs的情況非常普遍，如該研究提到的水生動物不同程度地有攝入MPs之外，已經有較多實驗室模擬研究表明，MPs可以在食物鏈不同營養級的生物之間轉移和生物放大，如在浮游動物間的轉移和貽貝被蟹攝食后MPs轉移到螃蟹體內[18]。在東極島2個采樣點位的海水樣品中分離出的MPs豐度分別為A點27.8個/m3和B點16.6個/m3，A點的MPs豐度高于B點，可能是因為A點位于人類活動密集的廟子湖客運、漁船碼頭處，離海岸距離極近，直接受到人類活動的影響。采樣點B位于青浜島深水網箱養殖區，此區域距離青浜島居民區較遠，較少受到人類活動的影響，也非客船航線所在區域，這可能是2個點位中A點MPs豐度高于B點的原因，這與東海長江口等相關研究報道相符[9，19]，在制造業、工業、漁業發達的人類活動頻繁地區的海水MPs豐度一般高于受人類影響較低處[9]。

如圖3所示，海灘沉積物中不同采樣點的MPs的含量差異較大。所有點位MPs的豐度為（63.7±3.7）～（4 292.2±59.6）個/kg 。海洋環境中MPs的重要來源是河流輸入，并且MPs豐度也與住宅、工業和商業建筑區域的密度有關[20]。

碎片類MPs主要是由人類生產生活廢棄物（如塑料桶、玩具、塑料包裝或化纖袋等）碎裂后形成的。發泡類MPs主要來源于各種廢棄的泡沫盒、運輸重物用于緩震的內包裝、泡沫餐具、海水養殖場廣泛使用的浮子。薄膜類MPs主要來源于各種塑料袋、包裝袋、化肥袋等一些用于防水或包裝的薄膜類塑料。顆粒類MPs主要來源于玩具、工程塑料等大塊塑料，在被海浪、砂石碰撞研磨后成為近似圓形的小顆粒，也有一些顆粒類MPs為玩具槍的塑料子彈。纖維類MPs主要來源于廢棄的繩索或漁網等其他紡織品，通常在人口密度大或漁業發達地區較多，另外，因難以保證樣品處理時不混入服裝等來源的人造纖維，因此該研究的采樣以及后續處理和分析均不考慮此類纖維，該研究所指纖維主要指魚線、漁網、塑料繩產生的細線類纖維。按MPs分布來看，舟山島東南高人口密度區（446.8±4.67 個/kg）的平均MPs豐度明顯高于西北低人口密度區（169.6±8.29個/kg）（P<0.05），此外，旅游景點附近采樣點分離出的MPs豐度明顯高于其他采樣點。

根據海水與海灘MPs分布的對比，可推測舟山海灘的MPs既有陸源輸入，又存在海源性的輸入。而海水水樣采樣點附近，特別是塑料泡沫浮子、漁民使用的泡沫箱等破碎分裂出的發泡塑料對發泡類MPs的豐度有一定影響，這也是東極海水MPs的分類區別于渤海[19]（纖維、碎片類為主）、地中海[21]（碎片類為主）的原因，但主要MPs類型相似，都出現了較高比例的碎片類和纖維類MPs，此次采樣MPs豐度最高（4 292.2±59.6個/kg）的采樣點地處最偏遠的東極島，因缺乏適當的廢棄物管理措施，采樣點所在位置的垃圾堆積較多，極易落入海中，作為熱門旅游區和水產養殖區，環境承載力弱，廢棄物處理能力較低，人類活動對MPs豐度的影響較高，當地漁民使用泡沫箱作為漂浮裝置、收納盒，或用于存放海鮮，堆積丟棄在特定位置，因東極島面積小，將極大影響此點位發泡MPs的豐度，也對該地異常高的MPs總豐度造成影響。發泡類MPs有分布較為集中的特性，但其在舟山整個海域的分布仍需闡明，因此后續應進一步對舟山海域水體MPs進行大范圍研究。

3 結論

從舟山近海養殖海域以及不同類型海灘中均發現了微塑料的存在，其中分布最廣的為發泡類和碎片類微塑料。其他的微塑料污染物類型有顆粒類、纖維類以及薄膜類，舟山各島嶼人口高密度區微塑料的豐度高于人口低密度區。從東極島收集的沉積物的微塑料豐度異常高，表明缺乏塑料廢棄物管理措施的地區將額外產生更多的微塑料污染物。微塑料來源復雜多樣，包括陸源性污染和洋流、海浪以及人類密集活動，而其分布則受到海灘類型、水動力條件和人類行為的多重影響。舟山東極近海潮間帶以及養殖區海域的海水、底棲生物以及魚類體內全部存在不同形態的微塑料，表明該養殖海域已經全面受到微塑料的污染，對舟山養殖業以及海鮮食品安全造成了較大的威脅，應當持續嚴密監測養殖海域的微塑料污染狀況。

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