北部灣海洋魚類微塑料污染特征及其風險評估

李文菁，黃月群*，黃亮亮，李向通，蘇瓊源，孫揚言

1. 廣西環境污染控制理論與技術重點實驗室，廣西 桂林 541004；2. 桂林理工大學喀斯特區域水污染控制和水安全合作創新中心，廣西 桂林 541004；3. 桂林理工大學環境科學與工程學院，廣西 桂林 541004

MPs 是一種新型污染物，其分布及其廣泛，河流（Jin et al.，2022；Samandra et al.，2022）、海洋（Joshy et al.，2022）、土壤（Yang et al.，2022；Zhao et al.，2022）、空氣（Ding et al.，2022）、動植物，甚至人類食物中均檢測出MPs 成分，MPs在水生、陸地和大氣環境中的進行循環運移，并轉移至動植物和人體當中。目前，對于MPs 的研究主要側重于海洋、河流、湖泊等區域水體、沉積物和土壤中的MPs 分布特征。如朱曉桐等（2018）和龍籍藝等（2021）分別對長江口湖灘和潮間帶的表層沉積物中MPs 的分布特征研究得到，長江口潮間帶植被分布區沉積物微塑料平均豐度為(0.015±0.002) n·g-1，微塑料平均粒徑分布范圍為（204.4—546.4 μm）；尹詩琪等（2021）對青島近岸表層海水中MPs 的分布特征進行的研究，得到青島近岸小粒徑微塑料（＜1 mm）的含量最多，白色是青島近岸微塑料的主要顏色，纖維在海水和潮灘沉積物中的含量最高；Yaranal et al.（2021）研究了印度Karnataka 海岸沉積物中MPs 的分布特征，得到海灘沉積物中的微塑料濃度為[(264±62)—(1 002±174) n·kg-1]，5 個海灘的平均豐度為 (664±114) n·kg-1。魚類作為水生環境中的指示生物，能夠反映水體環境中MPs 的污染狀況及其分布特征（黃月群等，2022）。Jaafar et al.（2021）通過對馬來西亞商業海洋魚中MPs 的豐度及其特征進行研究，有的學者通過魚類棲息地、體長體質量、飲食習慣和胃腸道豐度的不同對區域MPs 的污染狀況及其相關性進行分析（Courtene et al.，2017；Devries et al.，2020；Wang et al.，2020；Cimmaruta et al.，2022）。通過魚類對水生環境MPs 的污染狀況及其分布特征進行分析，能夠更加準確地認識水生環境MPs 分布特征及其變化規律，有助于了解塑料在水生環境的富集狀態和遷移過程及其相關因素。

本文以北部灣周邊6 個采樣點為研究區域，通過提取海洋魚類胃腸道和鰓組織中的MPs 進行實驗分析，對北部灣海洋流域中魚類鰓和胃腸道MPs數量及其分布特征進行研究內容。通過MPs 風險指數（H）和污染負荷指數（PLI），對北部灣MPs污染狀況進行風險評估，為北部灣開展MPs 污染防治提供參考依據。

1 研究方法

1.1 樣品采集

實驗于2021 年9 月從北部灣6 個區域采集144尾海魚樣本，采樣點分別為北海（S1）、江洪（S2）、企水（S3）、?？冢⊿4）、白馬井（S5）、崖州（S6）（圖1），每個采樣點均選取了藍圓鲹（Decapterus maruadsi）、褐籃子魚（Siganusfuscessens）、大吻斜齒鯊（Scoliodonmacrorhychos）和南海帶魚（TrichiurusNanhaiensis）各24 條作為樣本。所有樣品均來自漁民當天用拖網捕撈上來的野生魚，用去離子水清洗魚類樣品表面污漬，進行分類標記后保存于低溫環境中，用于后期分析實驗。

圖1 中國北部灣采樣點分布圖Figure 1 Distribution map of sampling points in Beibu Gulf, China

1.2 樣品處理

測量魚類樣品全長和體質量后，在潔凈臺上進行魚類解剖，將GIT 和鰓組織整體解剖放入含有10% KOH 的250 mL 錐形瓶中（溶液體積與組織體積比為6∶1），用鋁箔紙進行密封（Tang et al.，2021）。在溫度為60 ℃、轉速為90 r·min-1的恒溫水浴振蕩器中持續48 h 振蕩。采用超純水洗滌3 次后的循環水式多用真空泵過濾裝置，對消解樣品進行過濾和真空抽濾，得到尺寸＞500 μm 和50—500 μm 的MPs，將濾膜轉移至無污染的培養皿中進行烘干。使用MC-D200UVA（C）型號的體式顯微鏡觀察并記錄MPs 的顏色、形態、粒徑等特征，結合原位紅外光譜儀和激光拉曼光譜儀分析MPs 化學性質。該實驗得到了桂林理工大學動物護理和使用倫理委員會的批準。

1.3 數據處理與分析

采用IBM SPSS、Origin 2018、Arcgis 和Excel完成數據統計分析和圖形輸出，對MPs 豐度和魚類特征性指標（食性、棲息水層、體長和體質量）的差異進行顯著性分析（P＜0.05 表示顯著相關）。

將MPs 聚合物的化學毒性作為評價其生態危害的重要指標，在東海南部沉積物和長江口地表水中都得到驗證（Xu et al.，2018；Li et al.，2022）。本研究通過MPs 風險指數、污染負荷指數來作為評估北部灣地區MPs 污染的風險指標（Lithner et al.，2011）。使用以下公式：

式中：

H——MPs 風險指數；

Pn——每個采樣點收集的MPs 類型的占比；

Sn——Lithner et al.（2011）對MPs 的風險評分，根據風險指數（H）和污染負荷指數（PLI）風險評估方法，以微塑料聚合物簡稱、密度和評分標準見表1。

表1 微塑料聚合物簡稱、密度和評分Table 1 Microplastic polymer abbreviation, density,and scoring

式中：

Fi——每個站點的MPs 濃度因子；

其中：

Ci——每個站點的MPs 濃度；

Coi——最小MPs 濃度；

PLI——污染負荷指數。Coi定義為基于最小平均濃度，該值不影響PLI值，本文選取Coi為0.027 items·ind-1（Koongolla et al.，2020）。

1.4 質量保障和控制

為避免樣品受到空氣中MPs 的污染，整個實驗過程在超潔凈工作臺上進行實驗，嚴格控制外界MPs 污染、實驗儀器優先選擇玻璃制品，所有容器和樣品用錫箔紙密封，且在使用前用去離子水或超純水洗滌3 次以上。為確保實驗的準確性，每組實驗設置一個空白組進行比較，結果表明空白組中均未檢測出MPs。

2 結果與分析

2.1 魚類形態指標及食性特征

本研究在北部灣6 個區域共選取4 種海洋魚類樣本，其形態參數及食性特征見表2。藍圓鲹和褐藍子魚棲息于中上層水體，分別為肉食性和雜食性魚類，南海帶魚和大吻斜齒鯊魚棲息于底層水體，且都為肉食性魚類。魚全長范圍為183.13—610.99 cm，體質量范圍為64.01—162.60 g。其中藍圓鰺、褐籃子魚和南海帶魚作為北部灣的優勢群種，對北部灣地區的魚類調查實驗具有代表性和廣泛性（李淵等，2016；張文超等，2017；凌煒琪等，2023）。因此，本研究在每個采樣點均捕撈了這4 種海洋魚類，每種魚樣選取了24 尾進行取樣，樣本量滿足統計分析的要求。

表2 北部灣海洋魚類樣本數據Table 2 Data of the Beibu Gulf Marine fish samples

2.2 微塑料分布特征

2.2.1 魚類微塑料豐度和粒徑特征

檢測的4 種魚中有46%檢測出MPs，共檢測出70 個MPs，平均每條魚攝入了0.490 個MPs，其中胃腸道MPs 檢出率為36%，平均豐度為0.417 items·ind-1，鰓組織MPs 檢出率為13%，平均豐度為0.069 items·ind-1。

根據魚類食性分析，得到南海帶魚GIT 內的MPs 含量最低，大吻斜齒鯊內的MPs 含量最高，雜食性褐藍子魚體內MPs 豐度顯著大于其余3 種肉食性魚類，且所有魚類的胃腸道MPs 豐度大于鰓組織。根據棲息水層分析結果，得到中上層水體的魚類MPs 為40 個，GIT 平均豐度為0.472 items·ind-1，鰓平均豐度為0.083 items·ind-1，底層水體的魚類MPs 為30 個，GIT 平均豐度為0.361 items·ind-1，鰓平均豐度為0.056 items·ind-1（圖2a）。魚類MPs粒徑以50—500 μm 為主（91%），有6 個粒徑大于500 μm 的MPs，除藍圓鰺外，其余魚類GIT 都含有粒徑大于500 μm 的MPs（10%）。其中底層魚類攝入更多大于500 μm 的MPs，魚類鰓中MPs 的尺寸均在50—500 μm 之間（圖2b、c）。

圖2 魚體內微塑料的豐度和粒徑特征Figure 2 The abundance and particle size characteristics of the microplastics in fish

2.2.2 魚類微塑料顏色和形狀特征

對魚體內的微塑料顏色進行分析，得到魚體內的MPs 有透明、黑色、紅色、綠色和藍色共5 種顏色。其中GIT 和鰓中均以紅色、藍色和透明色為主，紅色占比最大為36%。GIT 中的MPs 紅色、藍色和透明色分別占35%、18%、28%（圖3a），鰓中的MPs 顏色占比為40%、30%、20%（圖3b）。其中南海帶魚檢測的MPs 顏色最豐富，大吻斜齒鯊中的MPs 顏色種類最少。魚類樣本名稱

圖3 魚體內微塑料的顏色和形狀分布Figure 3 Color and shape distribution of microplastics in fish

魚體中檢測出顆粒、碎片和纖維類MPs，纖維占比最多為57%。GIT 中MPs 顆粒占13%、碎片占28%、纖維占59%（圖3c）。鰓中MPs 顆粒占10%、碎片占40%、纖維占50%（圖3d）。其中除南海帶魚檢測出3 種形狀外，其余魚類只檢測到了一種形狀的MPs。

2.2.3 微塑料類型特征

對魚體內微塑料類型進行檢測分析，檢測到共9 種MPs 化學組分，主要為PA（Polyamide，聚酰胺）占比17%，PC（Polycarbonate，聚碳酸酯）占比20%，PP（Polypropylene 聚丙烯）占比20%和PS（Polystyrene，聚苯乙烯）占比15%，其部分顯微鏡圖和光譜圖見圖4 和圖5。GIT 中PP 占比最大為22%，鰓中PC 占比最大為30%，鰓中只檢測到7 種MPs（圖6）。其中雜食性褐藍子魚GIT 和鰓中檢測到的MPs 種類最多，大吻斜齒鯊和藍圓鰺的鰓中只檢測到了一種MPs。

圖4 魚體內部分微塑料顯微鏡圖Figure 4 Micrograph of major microplastics in fish

圖5 魚體內部分微塑料光譜圖Figure 5 Spectra of major microplastics in fish

圖6 魚體內微塑料化學組分Figure 6 Microplastic chemical components in fish

2.3 魚類微塑料分布與個體之間相關性

2.3.1 全長、體質量與微塑料豐度相關性

通過線性回歸對4 種魚體的鰓組織和GIT 中MPs 與魚類全長、體質量之間的關系進行分析，結果發現：胃腸道MPs 豐度與魚類全長相關性較強，且呈負相關（r2=0.946，a= -0.013）；胃腸道MPs豐度與魚類體質量相關性弱（r2=0.365，a= -0.604）；鰓中MPs 豐度與魚類全長和體質量無相關性（全長：r2=0.040，a= -0.002；體質量：r2=0.073，a=-0.270）（圖7）。

圖7 魚體中胃腸道和鰓微塑料豐度與魚的全長、體質量的相關性Figure 7 Correlation of gut and gill microplastic abundance with full length and body weight of fish

2.3.2 棲息地、食性與微塑料豐度、尺寸和形狀相關性

根據MPs 分布特征可知魚類棲息地和食性與MPs 的尺寸和形狀存在一定的數量關系。通過SPSS軟件分析其相關性，得到雜食性魚類主要攝入的MPs 類型為纖維類，肉食性魚類攝入主要為碎片類MPs；纖維類大多被中上層魚類攝取，底層魚類多攝取大尺寸碎片和顆粒類MPs。對魚類棲息地、食性與微塑料豐度、尺寸和形狀進行Pearson 檢驗結果得到，豐度與棲息地、食性無相關性（P=0.157，t=0.244；P=0.083，t=0.537）；尺寸與豐度棲息地、食性無相關性（P=0.171，t=0.204；P= -0.040，t=0.383）；形狀與豐度棲息地、食性無相關性（P=0.075，t=0.581；P=0.053，t=0.348）（表3）。

表3 棲息地、食性與微塑料豐度、尺寸和形狀相關性Table 3 Correlation of habitat, diet between abundance, size and shape of MPs

2.4 微塑料風險評估

根據風險評估方法，計算得到北部灣各地區魚類MPs 風險指數和污染負荷指數見表4。結果表明：采樣點PLI指數除S5 外均在Ⅱ類風險類別范圍，屬于輕度污染，計算得到PLI(zone)=15.73，與表5 微塑料污染風險水平標準對照（Xu et al.，2018），說明北部灣區域內的魚類MPs 風險類別為Ⅱ類，屬于輕度污染水平。

表4 各采樣點微塑料風險指數、濃度因子和污染負荷指數Table 4 MPs risk index, concentration factor and pollution burden index at each sampling point

表5 微塑料污染風險水平標準Table 5 Risk level standards of microplastics pollution

3 討論

3.1 魚類微塑料來源分析

目前，許多國內外學者在海洋魚類中檢測得到，大部分魚類樣本中的MPs 以透明色纖維MPs 為主（Lusher et al.，2013）。本研究檢測得到北部灣4種海洋魚類GIT 和鰓組織中以紅色纖維MPs 占比最多，透明碎片MPs 其次，說明北部灣區域MPs污染主要來源于漁業捕撈造成的次生MPs，如漁網、捕魚籠在環境中經過機械剝蝕、化學侵蝕等作用所產生的塑料纖維。栗志民等（2010）研究結果得到纖維狀MPs 大量存在與周圍頻繁的漁業捕撈和廣泛的水產養殖行業有關，以及國外研究人員得到捕魚活動和MPs 豐度之間有很強的正相關性的結果（Dowarah et al.，2019；Wright et al.，2021）。本研究發現區域魚類樣本MPs 以PC 和PP 為主，而PP是一種常被用作薄膜、食品容器、汽車和電子零件等物品的材料，PC 則被用于電子電器、醫療器材和建筑材料等工業，以及發現PA 和尼龍等用于漁網制作的材料，表明北部灣區域MPs 污染主要來源于以上人工材料。

在Wei et al.（2022）調查廈門市魚類MPs 污染研究中發現有6 家污水處理廠在樣本采集區附近，導致海水和魚類中的人造纖維含量較高。目前中國污水技術能夠一定程度上去除生活用水中的MPs及其污染物，但還有大部分MPs 殘留在水環境當中，成為海洋魚類攝取MPs 的通道。在本研究區域中，污水處理廠則為魚體內MPs 來源的場所之一，在北海地區有一家北海市大冠沙污水處理廠，其中無法處理的MPs 進入湖泊和海洋。另外，北部灣海岸區域的漁業活動和生活垃圾中所導致的塑料制品也是該區域魚體內MPs 的來源，這些MPs 在洋流等影響下匯聚并被魚類攝入，使其在魚類胃腸道和鰓組織中富集。

3.2 魚類微塑料分布與個體相關性分析

本研究經過魚類食性和棲息水層分類研究魚樣MPs 豐度、尺寸和形狀組成情況，結合相關性得到雖然棲息地和食性與MPs 的豐度、尺寸和形狀存在一定的數量關系，但通過樣本相關性分析得出無相關性，表明魚類攝取MPs 豐度、尺寸和形狀與魚類棲息地和食性無關。然而，在Wang et al.（2021）和Parvin et al.，（2021）的研究結果表明雜食性魚類的MPs 含量明顯多于肉食性魚類。也有研究得出肉食性魚類的MPs 攝入量要高于草食性和雜食性魚類，更高營養水平的生物體可能通過生物積累更多的MPs（Wootton et al.，2021）。因此，攝取MPs的影響因素存在較大不確定性，需更為全面系統的調查研究。另外，通過樣本相關性分析得到魚類樣本胃腸道MPs 豐度與攝取MPs 豐度魚樣全長相關性較強，而與體質量相關性弱；鰓組織中MPs 豐度與全長和體質量均不相關，說明魚類的體質量不是影響魚體內MPs 豐度分布特征的因素。

3.3 魚類微塑料風險評估分析

在靳非等（2021）的研究中得到海水青鳉魚長期暴露在聚苯乙烯MPs 中，對其親代的生長、繁殖和子代胚胎發育具有不利影響，說明長期暴露在含有MPs 環境中，會對魚類造成潛在的健康風險。通過MPs 風險指數和污染負荷指數評估北部灣海洋魚類MPs 風險程度，污染風險的增加依賴于環境中MPs 高濃度的積累。得到的MPs 污染風險類別結果發現，北海（S1）、江洪（S2）、企水（S3）、?？冢⊿4）和崖州（S6）風險類別為Ⅱ類，屬于輕度污染水平，但白馬井（S5）風險類別為Ш 類，說明白馬井區域微塑料污染程度更嚴重，表現為該區域有更多種類和化學毒性更強的塑料聚合物。雖然本研究結果得到北部灣區域魚類樣本MPs 總體處于輕度污染水平，但長時期處于高濃度MPs 暴露的環境下，對魚類具有巨大的潛在危害。

4 結論

本文對北部灣周邊區域海洋魚類的GIT和鰓組織中的MPs 進行量化分析，得到魚類MPs 豐度、粒徑、顏色和形狀特征。發現棲息地和食性與MPs的豐度、尺寸和形狀存在一定的數量關系，但不存在顯著相關性，表明魚類攝取MPs 豐度、尺寸和形狀與魚類棲息地和食性無關，而魚全長與魚樣MPs豐度存在顯著相關性，表明魚類全長會影響魚類攝食MPs 數量的多少。根據MPs 風險評估反映了北部灣區域海洋魚類MPs 風險類別為Ⅱ屬于輕度污染，雖然魚類胃腸道和鰓組織會在烹飪過程中去除，但有些體型較小的魚類和軟體生物可以直接食用，因此不能排除MPs 對人類的健康風險。且小尺寸的MPs 會通過GIT 和鰓組織轉移到其它食用組織當中，使食用者暴露在MPs 污染的威脅下。因此，在今后的研究應對MPs 及其攜帶的污染物對攝食生物的影響進行探討，深入挖掘MPs 在水生生物病理學的影響機制及其響應原理。