舟山沿海水域海蟹体内微塑料污染特征

王洪燕 赵泓睿 桂峰 赵晟

[摘要]以舟山海域海岸环境中的海蟹为研究对象，分析舟山海域海蟹微塑料的污染特征。研究结果表明，这5个站位海蟹体内微塑料平均丰度为2.37±0.41n·g-1（湿重）。微塑料的尺度均小于5mm，其中绝大部分小于<1mm，占总体94.64%。在海蟹体内发现的微塑料类型主要是发泡类、纤维和碎片类三种，其中含量最高的是纤维，占91.42%以上。经过红外光谱检测分析，纤维的主要化学成分是聚乙烯和聚酯类，发泡类的主要化学成分是聚苯乙烯。扫描电镜的结果显示，微塑料的表面都出现了一定程度的破损和断裂或粘附一些杂质。陆源污染是海蟹体内微塑料主要来源，其中生活污水的排放占最高比重。

[关键词]舟山;海蟹;微塑料

[中图分类号]Q331[文献标识码]A

引言

塑料产品的使用极大地便利了人们的生活以及呈现出显著地社会效益，故而年产量不断地增加。全球塑料的年生产量从1950年150万t增加到目前约3亿t，而且年生产量的增加速度不断上升。目前多个海域都在甲壳类中检测出微塑料，由于微塑料的尺寸特别小，所以特别容易被双壳类和浮游生物等海洋生物摄入体内。大量的浮游生物和甲壳类和软体动物和棘皮动物的幼虫阶段将在摄食时采用微塑料。这些食物网低端的生物被食物网高层的鱼类等捕食者捕食后，进入到海洋食物网高层的生物体内。微塑料本身给海洋食物网造成了生态威胁，微塑料由于其难以分解的特性，在海洋中长久存在并且吸附运输有机污染物（例如，多环芳烃（PAHs）等），对于海洋生物在生理上造成了更大的伤害。

本研究以舟山沿海海蟹为研究对象，选择不同地区沿海水域中的海蟹，从微塑料的丰度、类型、粒径和表面特征等角度，综合分析微塑料的污染特征，并且进一步探讨海蟹体内微塑料的来源，以期为海岸带区域的海洋微塑料污染防治和监管提供科学支持。

1 材料与方法

1.1 样品采集

舟山位于长江和钱塘江、甬江的入海口处，地处中国东部黄金海岸线与长江黄金水道的交汇处，素有“东海鱼仓”之美誉，是中国最大的海产品生产基地。本研究选择5个地区的10个采样站位，在沿海海岸带附近采集海蟹。

1.2 样品制备与微塑料提取

本次样品消解采用的是Dehaut 等在2016年提出的使用KOH 10%溶液并在60℃下水浴加热24小时的方案导致生物组织的有效消化。将螃蟹的鳃与肠道提取出放在不同的烧杯中进行消解。

1.3 微塑料的提取

微塑料分离采用较为常用的饱和氯化钠密度浮选分离法。据已有研究表明，海洋环境中存在的微塑料密度大都在0.8～1.4g/cm?之间。使用饱和NaCl溶液通过将微塑料与其他的杂质和生物软组织碎片进行密度分离。密闭静置一周后，将上层清液通过硝酸纤维素滤膜过滤器（5μ孔径，47mm直径），将下层的沉淀加超纯水通过900目的钢筛，并用超纯水多次冲洗钢筛，将冲洗的溶液通过硝酸纤维素滤膜过滤器（5μ孔径，47mm直径）。将滤膜放入烘箱中60℃烘干，取出后按顺序放入到培养皿中，待进一步分析。

1.4微塑料鉴定

1.4.1 目视与体式显微镜检测。将烘干后的滤膜先进行目视分离，目视分离作为识别微塑料的常用方法工具是体视显微镜，通过调节倍数来计数视野中滤膜上的微塑料数量，微塑料的鉴定主要使用探针、镊子和微塑料的物理化学特征（即颜色，不透明度，硬度，比弹性和结构）来完成。

1.4.2 使用红外光谱与扫描电镜验证微塑料。将滤膜上的微塑料与疑似微塑料的颗粒放入到傅里叶红外光谱仪进行鉴定区分，红外光谱仪选用透射模式得到的红外光谱图结合官能团的特征峰以确定聚合物的类型。运用扫描电子显微镜进行观察鉴定，确定其表面的特征与组成。

1.5 质量控制

在整个研究期间，穿着100%纯棉服装（实验室外套，以及穿在下面的日常服装）。所有解剖都在流动柜中进行，以确保不会发生空气污染。在将生物样品放入层流柜中之前，将生物样品全部冲洗干净，以降低外部存在的颗粒污染的风险。每次实验时做一个空白对照，以除去实验室环境对样品的沾污，实验过程中应避免接触纤维类以及塑料器材。另外所有使用的玻璃容器均用超纯水冲洗3 次。对于非使用中的样品及溶液，应覆盖避免沾污。

2 结果与讨论

2.1 丰度

微塑料丰度指标的参数常用“n.g-1”方式表达（n为number，即微塑料数量）。经分析统计，舟山沿海5个站位的微塑料丰度数据如表1所示。舟山海域海岸沿海海蟹微塑料平均丰度为2.37±0.41n·g-1（湿重），标准差显示个体螃蟹在微塑料摄取中的個体差异很大。

本研究中设置5个采集站位，微塑料丰度大小依次为：定海>普陀>岱山>嵊泗>东极岛。从各站点所处位置考虑，养殖器具的磨损产生的微塑料以及废弃养殖器具的随意丢弃，各类陆源垃圾的排放，雨水冲刷和陆源排污口或河流的输入，以及海流和潮汐的联合作用是造成微塑料地域分布差异的主要原因。定海和普陀与岱山人口密集，产生了较多的陆源垃圾，例如洗涤衣物产生的大量纤维，以及生活污水中含有的大量来自于化妆品的塑料颗粒。其中普陀和岱山以及嵊泗枸杞岛作为旅游区吸引游客的同时也在沙滩上留下了更多的垃圾，这些垃圾通过海水的冲刷直接进入到海洋环境中，螃蟹等在此环境中生存的生物将这些微塑料摄食进入体内。而东极岛和以及嵊泗的采样点则临近外海，水域较为开阔且干净，在此采集的螃蟹的微塑料丰度较低。

2.2 微塑料类型和颜色与粒径

根据微塑料的形态差异，本研究中将所检出的微塑料分为发泡类和纤维类以及塑料碎片3种类型。经分析统计，舟山养殖海域5个站位不同类型微塑料数量比例如图2所示。纤维的比例最高，占91.42%，且纤维的颜色以透明或者灰白等浅色为主。其次发泡类的比例为8.18%，颜色以白色为主，碎片类仅占0.4%。

本次研究中将微塑料的粒径分为四个等级：20～50μm，50～100μm，100μm～1mm，1mm～5mm。微塑料的粒径大部分都集中于100μm～1mm以下，比例为94.64%。

在沉积物样品尤其是沙滩沉积物样品中，透明纤维的数量特别多，而彩色纤维的数量较少，这表明在紫外线强烈的太阳辐射的影响下，纤维会迅速褪色。发泡类塑料在沿海地区的普遍存在与其来源密切有关。沿海养殖和渔业等活动频繁，从而发泡塑料制品在沿海地区广泛使用，一些渔船船体发泡塑料浮子和海水养殖所用的发泡塑料板和泡沫箱等都是发泡类微塑料的来源。

2.3 组成成分

对舟山沿海采集的海蟹中提取的微塑料进行红外光谱分析以确定各类型的微塑料组成成分。典型微塑料样品红外光谱如图3 所示。对比标准图谱及峰值数据，确认纤维类的化学组分是聚乙烯和聚酯类和聚酰胺，发泡类的主要成分是聚苯乙烯。

根據海蟹的生活习性和摄食方式，海蟹体内的微塑料来源与采样点的环境相关。聚乙烯的密度低于水，因此能够悬浮在水面上，能够检测到这些成分是因为微塑料发生了沉降，然后进入到海蟹体内。Enders等人在2015的研究中观察到这种沉降过程对于尺寸小于100μm的所有微塑料颗粒是自然发生的。另外微生物/藻类附着在微塑料表面，有机物的吸附，微塑料的聚集或它们集合成海洋雪，可能导致其密度和表面疏水性增加。聚苯乙烯也可能出现沉淀现象，其密度范围很宽（0.16～1.05g.cm-3），该聚合物因为它的绝缘性能好，主要用于生产泡沫塑料，包装材料和电子产品。聚酯类代表一组聚合物，主要用作纺织纱线。

2.4 表面特征

采用扫描电镜（SEM）研究了沉积物中提取的微塑料的表面形貌。SEM图像显示了不同碎片的不同形状和表面粗糙度。

扫描电子显微镜（SEM）用于研究鉴定的MP的表面形态，扫描电镜不仅将微塑料的表面呈现出来，而且能够进一步将一些疑似微塑料的藻类和矿物质排除。图4显示了不同类型微塑料的表面形态，发泡类的网状多孔表面和碎片类的破损断裂多孔隙表面以及纤维长条状破损不光滑的表面。在微塑料表面还附着一些清理不掉的有机物质或者矿物质。在目前的研究中显示，微塑料的破损的表面使其具有吸附有机污染物和重金属的能力。且MPs和潜在有毒元素在不同物种中的积累取决于许多因素，包括栖息地，摄食策略，生物的生理特征，以及理化行为和污染物的特征。

由于微塑料在海洋环境中持续的时间不确定，但是若塑料中含有添加剂，会将存在的时间延长至少10年。螃蟹作为人们经常食用的海洋水产品，不仅口感鲜美而且其营养价值非常高。人们在食用海洋水产品的同时也将一些被污染的海鲜食入对人体造成危害。这些污染包括重金属和有机污染物以及微塑料。而且目前许多的研究得出，微塑料对于有机污染物（DDTs和PCBs等）具有吸附和运输作用，吸附的主要原因是微塑料经过太阳氧化和海浪的冲击等作用下表面会产生许多的破损，就会成为重金属和有机氯农药等污染物的载体。从而加剧了对于海洋水产品的污染，这些食物链低级的海洋生物被食物链高等的海洋生物（鱼类等）捕获使污染在食物链中传递，加剧了生态污染。

2.5 微塑料来源

按照来源地的不同将海洋环境中微塑料的来源分为陆源微塑料和海洋微塑料以及大气沉降。微塑料的来源广泛，80%来源于陆地，通过各种渠道流入海洋，其他来源的微塑料是海上活动作业丢弃的破损捕鱼器具直接丢弃到海洋中最终破碎成微塑料。由于微塑料颗粒尺寸较小，进入污水处理系统的不同来源的微纳米塑料（日化制品和工业生产以及纺织纤维脱落）很难有效将其过滤去除，最终导致大量的微塑料颗粒被排放到海洋环境中。

在本研究和其他研究的采样过程中，多次发现在东海的海面以及码头和海湾等都漂浮着许多大型塑料，这些塑料由于密度比较小，能够长时间漂浮在海洋环境中。在海水拍击和风化以及各种环境因素的腐蚀下逐渐的破碎和剥落出许多粒径<5mm的微塑料。在多个采样点附近发现的发泡类微塑料与其周边漂浮或者是正在使用的渔具的大型发泡类塑料的材质基本一致。发泡类塑料在沿海地区的普遍存在与其来源密切有关。沿海养殖和渔业等活动频繁，从而发泡塑料制品在沿海地区广泛使用，一些渔船船体发泡塑料浮子和海水养殖所用的发泡塑料板和泡沫箱等都是发泡类微塑料的来源。在海浪和风的推动下，这些塑料能够被带到更远的地方。而且类似港湾等地貌复杂且避风的地方更加容易堆积这些密度较小的垃圾。除去陆源纤维类的输入，例如洗涤衣物时一件衣服可以释放多达1900种纤维到环境中。养殖使用网箱以及渔网和绳索等都是附近沉积物中纤维比重上升的原因，这些纤维的材质主要是尼龙质地，尼龙的密度（1.15g-cm3）实际上高于海水的平均密度（1.03g-cm3），从而这些纤维会沉降在附近。

3 结论

我们的研究结果表明，在舟山沿海水域海蟹体内微塑料污染很普遍，且在人活动频繁区域附近的海蟹摄入的微塑料较多，而且种类相对较多。微塑料以纤维为主，其次是发泡类，碎片类最少。微塑料的化学组分为聚酯类和聚乙烯、聚酰胺和聚苯乙烯。通过扫描电镜观察到微塑料的表面发生不同程度的腐蚀，存在破损和断裂。微塑料以碎片类和发泡类为主，薄膜类和纤维类所占比例较少。碎片类和纤维类的主要成分是聚乙烯，发泡类和薄膜类的主要成分是聚苯乙烯。对提取的微塑料的来源进行探究发现海岸环境污染会影响到海蟹，也就是陆源污染是造成海蟹微塑料污染的主要原因。

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