林朋，劉俊稚，趙晟

(浙江海洋大學(xué)海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，浙江舟山 316022)

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大量塑料垃圾被排入海洋環(huán)境，并在光照輻射、海流擾動(dòng)、波浪擊打、動(dòng)物攝食與排泄和微生物降解等作用下發(fā)生風(fēng)化、裂解、降解，形成塑料碎片[1-2]。其中，粒徑小于5 mm 的塑料碎片被定義為微塑料(microplastics，MPs)[3]。微塑料由于難以徹底降解而長(zhǎng)時(shí)間大范圍地存在于近岸海域、深海大洋甚至極地等各種水體及海底沉積物中[4-6]。海洋環(huán)境中的微塑料會(huì)通過(guò)多種途徑進(jìn)入海洋生物體內(nèi)，會(huì)對(duì)海洋生物、生態(tài)環(huán)境和人體健康造成巨大威脅[7-8]。

作為一種新興污染物，微塑料相關(guān)研究成為近年來(lái)海洋科學(xué)和生態(tài)環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[6,9]。了解微塑料在自然界中的豐度與分布特性是研究其環(huán)境行為、生態(tài)效應(yīng)及相應(yīng)污染防治措施等的基礎(chǔ)，但由于相關(guān)研究起步較晚，還存在許多未知。我國(guó)是世界塑料生產(chǎn)與消費(fèi)大國(guó)，舟山群島是我國(guó)東海地區(qū)最大群島，然而，目前對(duì)該地區(qū)微塑料污染狀況的有限研究主要集中在當(dāng)?shù)厮a(chǎn)品[10]、表層水[11]和近岸海底沉積物[12]，而對(duì)近岸海灘沉積物的微塑料調(diào)查鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究以舟山本島朱家尖十里金沙沙灘表層沉積物為調(diào)查對(duì)象，對(duì)其中微塑料的豐度、粒徑、形態(tài)及化學(xué)成分等進(jìn)行調(diào)查分析，以期為了解當(dāng)?shù)匚⑺芰衔廴緺顩r及為采取相應(yīng)污染防治措施提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查站點(diǎn)布設(shè)

如圖1 所示，本次調(diào)查在舟山市朱家尖近海沙灘的東沙、南沙和青沙沙灘分別選取5 個(gè)站位，共15 個(gè)站位采集沉積物樣品。具體每個(gè)點(diǎn)位以距離海邊由遠(yuǎn)至近呈S 形選5 個(gè)邊長(zhǎng)約0.3 m 的正方形采樣點(diǎn)。

圖1 朱家尖沙灘沉積物采樣地點(diǎn)Fig.1 Sampling sites of the sediments at Zhujiajian beach

1.2 樣品采集與預(yù)處理

在沙灘低潮時(shí)，用干凈的不銹鋼鏟子先將采樣點(diǎn)四周鏟松，再快速鏟起約2～3 cm 深、重1～2 kg 的沉積物樣品。采樣過(guò)程中，對(duì)樣品摻雜的海藻、樹(shù)葉、木材等大塊的天然碎屑或塑料碎塊直接挑出來(lái)丟棄。為防止沉積物樣品中的微塑料繼續(xù)降解，快速將采集好的沉積物樣品放在玻璃瓶中裝好，帶到實(shí)驗(yàn)室置于陰涼干燥處自然風(fēng)干。

1.3 樣品微塑料的分離及檢測(cè)方法

首先用以飽和氯化鈉溶液(1.3 g·cm-3)作為浮選液的密度分離法對(duì)所采集濕重約500 g 沉積物中的微塑料進(jìn)行分離[13-16]，之后分別采取目視法、傅里葉變換紅外光譜分析法(FT-IR 法)以及掃描電鏡(SEM)法對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)分析。

具體過(guò)程為：將已從沉積物樣品中通過(guò)密度分離法分離后的含微塑料纖維濾膜(孔徑0.45 μm)，用光學(xué)顯微鏡觀察其微塑料的形態(tài)種類(lèi)和粒徑，把濾膜在顯微鏡下“之”字形移動(dòng)以尋找微塑料并計(jì)數(shù)；用傅里葉紅外光譜儀掃描分析濾膜中微塑料的主要化學(xué)組分，用掃描電鏡對(duì)微塑料的微觀表面進(jìn)行觀測(cè)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

微塑料豐度用個(gè)·kg-1(沉積物)表示[13]。文中所有數(shù)據(jù)均為平均值±方差。

2 結(jié)果與討論

2.1 微塑料豐度

本研究微塑料豐度調(diào)查結(jié)果及一些文獻(xiàn)報(bào)道數(shù)據(jù)如表1 所示。本研究中舟山朱家尖十里金沙沙灘沉積物中的微塑料平均豐度為1 007 個(gè)·kg-1(沉積物)，與其他報(bào)道區(qū)域相比，其微塑料污染程度處于中等偏下水平。3 處沙灘沉積物中，微塑料豐度高低依次為東沙、南沙和青沙，分別為(1 207±193) 個(gè)·kg-1(沉積物)、(1 082±173)個(gè)·kg-1(沉積物)和(731±138)個(gè)·kg-1(沉積物)。東沙沙灘是一處沿海岸線長(zhǎng)線分布、與東海接觸面較大的沙灘，微塑料易從陸地排至東沙沙灘；且東沙沙灘與其兩邊島嶼呈口袋狀，使得由東海聚集到東沙沙灘的微塑料不易流出。同時(shí)，東沙和南沙都是人流較大的景區(qū)，這些區(qū)域較高的微塑料豐度可能是人類(lèi)活動(dòng)頻繁所致。

表1 本次調(diào)查及一些文獻(xiàn)報(bào)道的微塑料豐度Tab.1 Abundance of micro plastics under different sites

2.2 微塑料粒徑

本次調(diào)查測(cè)得的微塑料粒徑分布如表2 所示?？梢?jiàn)，3 處沙灘沉積物中微塑料粒徑最高占比均為小于1 mm，東沙、南沙和青沙沙灘分別為61%、69%和85%；其次為粒徑1～3 mm，3 處沙灘分別為27%、18%和10%；而粒徑為3～5 mm 的微塑料占比最少，東沙、南沙和青沙沙灘分別僅占12%、13%和5%。與表1 對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，微塑料污染程度更高的東沙和南沙2 處沙灘中粒徑＜1 mm 的微塑料占比低于微塑料污染相對(duì)較輕的青沙，這可能是由于東沙和南沙沉積物中的許多微塑料為近年來(lái)新排入積存所致，而這些新排入的塑料顆粒尚未被破碎成粒徑＜1 mm 的更小微塑料顆粒。

表2 朱家尖十里金沙微塑料粒徑分布Tab.2 Particle size distribution of the microplastics at Zhujiajian

2.3 微塑料形態(tài)種類(lèi)及化學(xué)成分

通過(guò)傅里葉變換紅外光譜分析，獲得本次調(diào)查得到的微塑料形態(tài)種類(lèi)和化學(xué)成分如表3 所示?？梢?jiàn)，其形態(tài)主要為纖維狀、碎片狀和薄膜狀，相應(yīng)化學(xué)成分分別為聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯。其中，纖維狀聚乙烯微塑料占比最多，東沙、南沙和青沙沙灘分別為59%、69%和42%；其次為薄膜狀聚苯乙烯，3 處沙灘分別為29%、40%和18%；最后為碎片狀聚丙烯，3 處沙灘分別為12%、9%和18%。纖維狀微塑料主要源自人類(lèi)紡織衣物所掉落的碎片[15]，這些碎片會(huì)在海水或沉積物中進(jìn)一步破碎成微塑料。而東沙和南沙2 處沙灘沉積物中的纖維狀微塑料含量較高，也與其相對(duì)更頻繁的人類(lèi)活動(dòng)相符。從化學(xué)成分角度分析，聚乙烯應(yīng)用最為廣泛，常用于產(chǎn)品包裝，聚丙烯主要用于服裝和塑料零件生產(chǎn)，而聚苯乙烯則常被用來(lái)制作泡沫塑料制品[18-19]。不同化學(xué)成分對(duì)應(yīng)的生態(tài)效應(yīng)及環(huán)境影響可能不同，有待深入研究。

表3 朱家尖十里金沙的微塑料形態(tài)種類(lèi)和化學(xué)成分Tab.3 Shape types and chemical compositions of the microplastics at Zhujiajian beach

2.4 微塑料微觀表面特征

朱家尖十里金沙3 處沙灘沉積物中典型微塑料的表面SEM 如圖2 所示?？梢?jiàn)，這些微塑料顆粒表面并不像肉眼直接觀察到的那樣完整、平滑，而是十分粗糙，且有明顯裂縫。這應(yīng)該是進(jìn)入環(huán)境中的微塑料在風(fēng)力、波浪、輻射等各種物理和化學(xué)作用下被長(zhǎng)時(shí)間自然風(fēng)化的結(jié)果。同時(shí)，這些不平整、不光滑的表面會(huì)增加微塑料對(duì)環(huán)境中其他各種有毒有害污染物的吸附量，從而形成微塑料和其他有毒有害污染物的復(fù)合污染[19]。

圖2 東沙(a)、南沙(b)和青沙(c)沙灘沉積物中典型微塑料的SEM圖Fig.2 Typical SEM images of microplastics in sediments of Dongsha (a),Nansha (b) and Qingsha (c) beaches

3 結(jié)論

本研究調(diào)查分析了舟山市朱家尖近海沙灘十里金沙沙灘沉積物中的微塑料污染現(xiàn)狀，主要得到以下結(jié)論：(1)該區(qū)域沙灘沉積物中微塑料豐度平均為1 007 個(gè)·kg-1(沉積物)，總體污染程度處于全球中等偏下水平。(2)微塑料粒徑占比高低依次為＜1 mm、1～3 mm 和3～5 mm，具體數(shù)值受到微塑料排放時(shí)間和排放強(qiáng)度的影響。(3)微塑料形態(tài)占比高低依次為纖維狀、碎片狀和薄膜狀，相應(yīng)化學(xué)成分分別為聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯。(4)微塑料微觀表面粗糙且有明顯裂縫，使其易于吸附其他有毒有害污染物從而產(chǎn)生復(fù)合污染。這些研究結(jié)論能夠?yàn)楫?dāng)?shù)匚⑺芰衔廴撅L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及污染防治提供數(shù)據(jù)支持和科學(xué)指導(dǎo)。