邰秀紅，李 月，楊清海

(1.遼東學(xué)院 環(huán)境應(yīng)用技術(shù)研究所，遼寧 丹東 118003；2.大連海洋大學(xué) 海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116000)

塑料因具有密度小、耐久性強且成本低廉等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中[1]。然而，塑料制品在給人們?nèi)粘Ｉ顜矸奖愕耐瑫r，也給自然環(huán)境帶來了破壞，全世界約有90%以上廢塑料被丟棄在環(huán)境中[2]。2016年，全球塑料制品產(chǎn)量已達(dá)到3.96億t，如果以目前的速度生產(chǎn)塑料制品，塑料污染狀況將愈發(fā)嚴(yán)重[3]。大型廢棄塑料進(jìn)入水環(huán)境后，在物理、化學(xué)和生物效應(yīng)的影響下，粒徑會逐漸減小。當(dāng)塑料顆粒的粒徑小于5 mm時，就被稱為微塑料[4]。

與海洋相比較，水庫水體密度低、流速小，更有利于微塑料沉積，同時水庫水體中植物腐敗殘余物、水綿等藻類較為豐富，對微塑料的網(wǎng)捕沉積作用也更顯著。楊曉蘭等[5]對象山港網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)進(jìn)行調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)殖區(qū)表層底泥中有機質(zhì)的含量比非養(yǎng)殖區(qū)高出1～2倍。網(wǎng)箱養(yǎng)殖采用聚苯乙烯等泡沫體作為浮力來源，養(yǎng)殖器具磨損產(chǎn)生的微塑料易吸附有機污染物及重金屬等化學(xué)污染物，隨著微塑料表面附著物的增多，密度逐漸增大，微塑料將下移至底泥中，使底泥成為水域生態(tài)系統(tǒng)污染物的主要匯集地[6]。

太平灣水庫是鴨綠江中下游重要水庫，位置處于水豐水電站和太平灣水電站之間，入庫的較大支流只有長甸河，水庫流速低，風(fēng)浪較小，沉積水力對環(huán)境影響相對比較簡單。自2008年開始，水庫以鮭鱒魚、鱘鰉魚為代表的網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚類產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，至今水面養(yǎng)殖面積已經(jīng)超過6.2萬m2[7]。在封閉水體中進(jìn)行養(yǎng)殖活動對水體環(huán)境影響較大，特別是對底泥影響更為直接。調(diào)查太平灣水庫中微塑料沉積狀況可為進(jìn)一步研究微塑料來源、沉積動力特征、產(chǎn)生危害及治理措施等提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

2020年10月分別在太平灣水庫上游(S1)、中游(S2)及下游(S3)中國側(cè)3個區(qū)域進(jìn)行采樣。3個點分別位于水豐水庫泄水流速明顯減緩處(S1)、長河島上游(S2)和鴨綠江與長甸河充分混合處(S3)中國一側(cè)。

1.2 底泥表層樣品采集及分選方法

底泥表層樣品以直筒拖斗采樣器采集，多次采集的底泥混合后保存在不銹鋼盆中，并做好記錄，運回實驗室自然風(fēng)干。

風(fēng)干底泥樣品中的雜質(zhì)采用密度分離法進(jìn)行分離。Nuelle等[8]率先提出采用飽和氯化鈉溶液密度分離法分離底泥中的微塑料。在不考慮表面附著物的情況下，微塑料密度一般在0.8～1.4g/cm3[9]，而飽和氯化鈉溶液質(zhì)量濃度為1.36g/cm3，因此，利用密度分離法能有效提取表層底泥中的微塑料。樣品經(jīng)十字法縮分后，稱取50g底泥干樣，過2mm篩，大于2mm的材料保存在篩內(nèi)用肉眼進(jìn)行微塑料的檢查。對過篩底泥使用飽和氯化鈉溶液分離浮選，充分?jǐn)嚢璨㈧o置12h，完成第一次浮選工作。將浮選過后的上清液使用定量濾紙進(jìn)行過濾，剩余的底泥樣品繼續(xù)加入飽和氯化鈉溶液攪拌、靜止，并重復(fù)2次上述過程。最后，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的過氧化氫溶液沖洗過濾后的濾膜并消解濾液，消解時將濾液置于65℃的電熱板上加熱96h，在加熱過程中應(yīng)間斷性的將濾液放置在振蕩器上振蕩0.5h,以便混勻樣品，確保消解后濾液中的植物纖維、生物體等雜質(zhì)基本清除，便于后續(xù)的觀察和鑒定。消解后的溶液需使用孔徑為5μm、直徑為50mm的尼龍膜再次過濾，最后將尼龍膜放置在潔凈干燥的培養(yǎng)皿中，編號待測。同時進(jìn)行1組平行實驗。

1.3 微塑料的鑒定與分析

將待測尼龍膜置于OLYMPUS-SZX7體視鏡下，觀察微塑料顏色、形狀等特征。通過調(diào)節(jié)體視鏡的放大倍數(shù)來統(tǒng)計尼龍膜上微塑料的數(shù)量，粒徑以最長一邊的長度進(jìn)行測量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

微塑料豐度是指單位質(zhì)量沉積物中微塑料的個數(shù)。本研究中微塑料豐度以“個/(50g)(干質(zhì)量)”為單位，研究結(jié)果均以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，公式如下：

(1)

式中：

N——50g樣品中微塑料數(shù)量，單位為個；

σ——標(biāo)準(zhǔn)差。

將公式(1)展開為

(2)

式中：

Xi——各采樣點第i組沉積物中的微塑料數(shù)量，單位為個；

n——測量次數(shù)。

根據(jù)公式(2)，按公式(3)計算微塑料豐度:

(3)

式中：

D——沉積物中微塑料豐度，單位為個/(50g)；

Q——沉積物干質(zhì)量，單位為g。

2 結(jié)果與分析

2.1 微塑料形狀

調(diào)查區(qū)域的微塑料主要有片狀、纖維狀、發(fā)泡狀及顆粒狀等4種形狀。其中：片狀微塑料占比最大，主要包括硬質(zhì)塑料片和薄膜塑料片，占總數(shù)的67.8%；纖維狀次之，占19.7%；發(fā)泡狀和顆粒狀微塑料分別占9.3%和3.2%。研究觀察到的微塑料形狀與簡敏菲等[10]在鄱陽湖-饒河入湖階段濕地底泥中觀察到的碎片類、薄膜類、發(fā)泡類和纖維類以及Zhao等[11]在椒江、甌江和閩江等水域中發(fā)現(xiàn)有纖維、碎片、薄膜和顆粒4類微塑料等結(jié)果相似。

2.2 微塑料顏色

調(diào)查區(qū)域的微塑料的顏色主要有黑色、紅色、黃色、藍(lán)色、綠色、白色和白色透明等，各顏色微塑料數(shù)量比例如圖1所示。其中片狀微塑料以紅色和黑色為主，纖維狀以藍(lán)色和白色透明為主，發(fā)泡狀以白色和紅色為主，顆粒狀以紅色和白色透明為主。

2.3 微塑料豐度

分別在3個采樣點用直筒拖斗采樣器取底泥表層樣品混合樣，保存在不銹鋼盤中于陰涼處自然風(fēng)干。風(fēng)干后，每個樣本進(jìn)行2次統(tǒng)計計數(shù)。太平灣水庫近岸表層底泥中微塑料平均豐度為(178.8±59.6) 個/(50g)(干質(zhì)量)，不同粒徑微塑料豐度情況如圖2所示。其中下游的微塑料豐度最高，為(244.5±31.8) 個/(50g)(干質(zhì)量)；其次為中游，為(164.0±26.9) 個/(50g)(干質(zhì)量)；上游最低，為(128.0±26.9) 個/(50g)(干質(zhì)量)。

目前國內(nèi)外尚無微塑料數(shù)量分級標(biāo)準(zhǔn)，但本研究結(jié)果與表1其他淡水環(huán)境沉積物中微塑料的研究結(jié)果[12-16]相比，可以看出太平灣水庫底泥中微塑料豐度處于很高水平。

表1 國內(nèi)其他水域沉積物中微塑料豐度

運用T檢驗方法對太平灣水庫上游、中游及下游的微塑料平均豐度值進(jìn)行顯著性比較。太平灣水庫下游的微塑料豐度值明顯高于中游(P<0.05),產(chǎn)生這種差異的原因可能是：一方面，水庫下游有大型的網(wǎng)箱養(yǎng)殖場，養(yǎng)殖使用的漁網(wǎng)、漁線以及發(fā)泡塑料浮標(biāo)等在物理、化學(xué)的作用下裂解成微塑料后在水動力和風(fēng)力作用下沉積在底泥中；另一方面，水庫下游的水域較寬，水流流速極低，缺乏一定程度的搬運能力，導(dǎo)致下游的微塑料數(shù)量增加。太平灣水庫中游的微塑料豐度值明顯高于上游(P<0.05),這可能是因為上游采樣點位于魚類養(yǎng)殖的魚排之上，且上游水域較窄，水流具有較強的搬運能力，從而使密度較小的微塑料通過水動力交換聚集到中游，導(dǎo)致水庫中游的微塑料數(shù)量高于上游。

2.4 微塑料粒徑

對調(diào)查區(qū)域內(nèi)粒徑范圍小于0.50 mm的微塑料進(jìn)行計數(shù)，結(jié)果如圖3所示。粒徑范圍在0.013 ～0.500mm的微塑料最多，占總數(shù)的69.4%；0.500 ～1.00 mm的微塑料占16.7%，這2種粒徑微塑料數(shù)量占總數(shù)比例大于85.0%。

從圖3可以看出，各采樣點粒徑范圍在0.013～0.500 mm的微塑料占比最大，且隨著微塑料粒徑增大數(shù)量呈減少的趨勢，因此，研究小粒徑的微塑料也具有重要的生態(tài)學(xué)意義。微塑料粒徑越小，比表面積越大，越容易吸附多環(huán)芳烴等有機污染物及重金屬從而形成具有毒害效應(yīng)的復(fù)合物，導(dǎo)致微塑料對水環(huán)境的污染越嚴(yán)重[17]。同時，微塑料粒徑越小，越容易進(jìn)入底棲生物體內(nèi)，及其表面攜帶的污染物可以通過食物鏈和食物網(wǎng)在生物體內(nèi)傳遞和富集，最終危害人類健康。

2.5 微塑料來源分析

通過對太平灣水庫沿岸實地調(diào)查，針對研究區(qū)域內(nèi)不同形狀微塑料來源進(jìn)行了初步分析。認(rèn)為片狀微塑料部分來源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用的化肥編織袋、地膜、遮陽網(wǎng)等，這是因為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中塑料的使用量大，分布廣泛，并且有較長的使用歷史和充足的破碎及裂解時間；另一部分來源于防洪和筑壩使用的工程塑料編織袋等。纖維狀微塑料主要來源于漁業(yè)生產(chǎn)使用的漁網(wǎng)、漁線以及魚排等，太平灣水庫有多個魚類養(yǎng)殖場，捕魚活動頻繁，廢棄以及邊緣破損的漁網(wǎng)、漁線和魚排在環(huán)境中發(fā)生裂解變成纖維殘體進(jìn)入周圍環(huán)境及水體中。發(fā)泡狀微塑料主要來源于網(wǎng)箱浮體及日常生產(chǎn)使用的塑料泡沫箱，此外還有一些來源于漁業(yè)生產(chǎn)使用的發(fā)泡塑料浮標(biāo)、漂浮房等。顆粒狀微塑料可能是大型微塑料在水環(huán)境中經(jīng)物理、化學(xué)、生物作用后裂解所致，或來源于一些工業(yè)拋光料。

太平灣水庫上游是水豐水庫，采用網(wǎng)箱養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)魚類歷史更早，下泄水?dāng)y帶的微塑料可能是太平灣水庫微塑料沉積的另一重要污染源。

3 結(jié)論

太平灣水庫表層底泥中微塑料形狀主要有片狀、纖維狀、發(fā)泡狀和顆粒狀等，其中片狀微塑料所占比例最高，占總計數(shù)的67.8%；纖維狀次之，占19.7%；發(fā)泡狀和顆粒狀所占比例較少，二者之和僅占12.5%。微塑料顏色多樣，主要有紅色、黃色、黑色、白色、藍(lán)色、綠色和白色透明，其中紅色和黑色所占比例最高。微塑料粒徑分布較廣泛，其中粒徑范圍在0.013～0.500 mm的微塑料所占比例最高，為69.4%，且隨著微塑料粒徑增大數(shù)量呈減少的趨勢。太平灣水庫底泥中微塑料豐度范圍為(128.0±26.9)個/(50g)～(244.5±31.8)個/(50g)(干質(zhì)量)，平均豐度為(178.8±59.6)個/(50g)(干質(zhì)量)。與國內(nèi)部分淡水沉積物中微塑料的文獻(xiàn)研究結(jié)果相比，太平灣水庫沉積物中微塑料豐度處于很高水平。微塑料主要來源于農(nóng)業(yè)、工程以及漁業(yè)活動產(chǎn)生的廢棄塑料。