陵水新村湾水产养殖区表层海水微塑料赋存特征

王 帅,史云峰,王 慧,赵牧秋,韩秋影

(海南热带海洋学院 a.海南省现代化海洋牧场工程研究中心；b.热带海洋生物资源利用与保护教育部重点实验室；c.生态环境学院，海南 三亚572022)

0 引言

塑料制品极大地方便了人们的生产和生活[1]，然而，塑料材质耐腐蚀难降解，在陆地和海洋环境中会持续积累。有研究人员估算，到2050年全球塑料垃圾将会增长到近120亿吨[2]。大型塑料破碎形成的微型塑料所造成的生态环境隐患也逐渐引起了国内外研究人员的关注。微塑料(Microplastics)是指粒径小于5 mm的塑料颗粒或碎片。海洋中的塑料垃圾也会在风浪、太阳辐射及(微)生物的复杂作用下逐渐剥蚀、破碎和分解，粒径由大变小，进而形成微塑料[3]。海洋微塑料颗粒细小、形态多样、颜色丰富，可能会被海洋动物所误食进而影响其生长和发育；由于微塑料具有较大的比表面积和较强的疏水作用，因此可对多种有机和无机污染物产生强烈的富集作用[4]；同时，塑料生产过程中添加的多种化学物质又可缓慢释放，对海洋环境和生物产生毒害作用[5]。鉴于此，有关微塑料的研究也越来越广泛和深入。

环境中的塑料垃圾和微塑料主要来源于人类活动，因此，人口聚集和活动频繁的区域通常也是微塑料污染物丰度较高的区域。陵水县新村湾作为传统的渔业养殖基地，在海南省水产养殖业中占有重要地位[6]。新村湾内人口密集，渔业、旅游、海上交通运输等产业发达；加之该海湾是一个受控于潮汐的弱水动力条件的潟湖湾，湾内污染物难以向外海扩散，导致其可能成为微塑料污染的聚集区。但截至目前，有关陵水新村湾水产养殖区海水微塑料赋存特征的研究鲜有报道。因此，本研究以新村湾水产养殖区为研究对象，重点调查该区域表层海水微塑料的空间分布、形态、粒径、颜色、材质等特征，以期为全面、深入了解潟湖海湾水产养殖区微塑料污染现状提供依据，同时也为潟湖水体微塑料污染管控及发展生态健康的水产养殖业提供支撑。

1 材料与方法

1.1 调查区域与站位

新村湾位于海南省陵水黎族自治县东南部(18°24'～18°27'N，109°57'～110°02'E)，南北宽约4 km，东西长约6 km，面积为22.6 km2(图1)。新村湾通过西侧的狭长潮汐汊道与南海相通，是水体交换能力较差的天然潟湖海湾，潮汐类型为不规则全日潮[7]。湾内的水产养殖业在海南省渔业产业中占有重要地位，每年有近1 000 t的海产品产出。目前，湾内有网箱渔排近570户、船只约2 700艘，稳定从事渔业生产的人口约5 500人[8]，3万余亩潟湖区的渔排主要于狭长的潮汐汊道及附近区域密集分布。同时，位于湾内的新村港是国家一级良港；潟湖南侧的南湾猴岛是海南省著名的旅游地；潟湖周围分布着众多岸基水产养殖场及滨海农业基地。

本研究共设7个采样站位，分别为S1～S7(图1)。其中S1位于潮汐汊道与外海连接处；S2位于新村码头附近，同时它也是养殖、旅游、餐饮等活动最为密集的区域；S3和S4为位于潮汐汊道靠近潟湖侧的两个站位；S5位于潟湖边缘、汊道顶端；S6、S7为潟湖内部的两个采样站位。采样时间为2021年7月5日15:00～18:00。

图1 调查区域及采样站位分布

1.2 样品采集与处理

在距渔排边缘1 m的位置，用不锈钢采水器采集5 L表层(20 cm)海水，收集于容积5 L的玻璃瓶中，每个站位采集3个样本。玻璃瓶用软木塞盖住，运回实验室后，立即用0.65 μm的混合纤维素膜抽滤。抽滤完成后，将滤膜放入100 mL烧杯中，加入20 mL浓度为30%的过氧化氢对微塑料表面的生源有机物进行消解，并加入0.5 mL的FeCl2溶液(0.25 mol·L-1)和几滴盐酸以增强消解效果。轻轻摇晃混匀后静置过夜，取出滤膜并用超纯水仔细冲洗干净，然后将烧杯中的溶液再次抽滤到0.65 μm的混合纤维素膜上。抽滤完成的滤膜置于玻璃培养皿中烘干待测。

1.3 微塑料的分析与鉴定

将待测微塑料的滤膜放置于Stemi508体式显微镜(ZEISS)下，结合AxioCama和配套图像分析系统测量及记录微塑料粒径、形状、颜色等特征参数。使用DXR2共聚焦显微拉曼光谱仪(Thermo Fisher)，在波长532 nm、拉曼位移400～3 444 cm-1条件下，对滤膜上的微塑料进行材质鉴定。

在微塑料的处理和鉴别过程中穿棉质实验服，戴一次性丁腈手套；实验室内保持整洁干净，使用的工具和仪器均避开塑料材质，以减少环境中的微塑料对分析和鉴定造成误差影响。

1.4 数据分析

表层海水中微塑料的丰度以单位体积海水中含有的微塑料颗粒数量进行统计，单位为n·L-1。采用Excel 2010和SPSS 19.0软件对数据进行统计分析，不同站位海水样本微塑料丰度采用单因素方差分析(one-way ANOVA)，选用最小显著差异法(LSD)进行多重比较(α=0.05)。使用Excel 2010和ArcGIS 10.2软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 微塑料的丰度与空间分布

如图2所示，陵水新村湾水产养殖区不同采样站位(S1～S7)表层海水中均能检测到微塑料存在，丰度为3.4～8.4 n·L-1，平均丰度(AVE)为5.2 n·L-1。丰度最低的是位于潟湖内部的S6站位(3.4 n·L-1)，显著(P<0.05)低于所有站位的平均丰度(AVE)。在所有采样站位中，位于潮汐汊道与外海连接处的S1、位于潮汐汊道靠近潟湖侧的S3和S4，以及位于潟湖内部的S7微塑料丰度(4.1～4.9 n·L-1)接近平均丰度(AVE)。而新村码头附近的S2(7.5 n·L-1)和潟湖边缘、汊道顶端的S5(8.4 n·L-1)微塑料丰度最高，显著(P<0.05)高于其他5个站位。

图2 各站位微塑料丰度

2.2 微塑料的形状特征

经体视显微镜对微塑料样品的观察表明，陵水新村湾水产养殖区表层海水中微塑料的形状比较多样，但总体上可归并为纤维、泡沫、碎片、颗粒和薄膜5类。如图3所示，在5种形状的微塑料中，纤维状占比最高(41.5%)，其次为泡沫状(27.7%)。在所有站位中都检测到了纤维状、碎片状和薄膜状微塑料，后两者在各站位的平均占比分别为17.3%和6.2%。S1站位未检测到泡沫状微塑料；S6站位未检测到颗粒状微塑料。纤维状微塑料在S1、S2和S3站位样品中所占比例较高；泡沫状微塑料在S4、S5和S6站位样品中所占比例较高；而碎片状微塑料在S7站位样品中所占比例较高。同时分析还发现，纤维状微塑料占比有从湾口向内逐渐降低的趋势。

图3 各站位微塑料形状比例

2.3 微塑料的粒径特征

从图4可以看出，陵水新村湾水产养殖区表层海水微塑料粒径以小于2 000 μm为主。其中：粒径小于1 000 μm的微塑料在各站位占比36.8%～74.8%，平均为60.8%，S6站位最低，S7站位最高。1 000～2 000 μm的微塑料在各站位占比9.6%～42.2%，平均为18.8%，S3站位最低，S6站位最高。粒径为2 000～3 000 μm的微塑料在S4站位占比(25.1%)明显高于其他站位(0～11.4%)。另据分析可知，随着粒径的增大，微塑料的占比呈急剧降低趋势。

图4 各站位微塑料粒径比例

2.4 微塑料的颜色特征

新村湾水产养殖区表层海水中微塑料颜色非常多样，共检出蓝、红、绿、黄、黑、白、灰、透明等8种颜色，颜色辨别困难的归并为其他颜色。如图5所示，白色、透明和蓝色是新村湾水产养殖区表层海水微塑料的主要颜色，分别占微塑料总数的34.5%，30.5%和14.2%，其他颜色微塑料占比均低于10%。浅色系微塑料(白色和透明)最多，在各采样站位合计占比30.0%～78.9%，平均为64.9%。S1、S2和S3站位透明微塑料占比明显高于其他站位，而S4、S5和S6站位则以白色微塑料为主，只有S7站位以蓝色微塑料占比最高。

图5 各站位微塑料颜色比例

对不同形状微塑料的颜色进行分析时发现(图6)，纤维和碎片状微塑料的颜色最为丰富，颗粒状微塑料主要是蓝色和绿色，泡沫状微塑料主要是白色，薄膜微塑料均为透明。同时分析可知，透明微塑料广泛存在于薄膜、纤维和碎片状微塑料中。

图6 不同形状微塑料颜色比例

2.5 微塑料的材质特征

经鉴定，共有聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚酯纤维 (Polyester，PET)、聚酰胺(Polyamide，PA)和不饱和聚酯树脂(Unsaturated Polyester Resin，UPR)等6种材质。其中，PE、PS和PP三种材质(图7 A1～A3)微塑料占比较高，分别达到55.7%、22.9%和13.6%，其他材质微塑料占比均低于5.0%(图7 B)。

图7 典型微塑料样品拉曼光谱(A1～A3)及不同材质微塑料比例(B)

3 讨论

3.1 新村湾水产养殖区表层海水微塑料的丰度与空间分布

海洋表层水中微塑料的赋存状况直接受人类活动的影响，同时也会受到诸如气候和水文[9]、风浪和潮流[10]等自然因素的影响。本研究结果表明，新村湾水产养殖区表层海水微塑料的丰度为3.4～8.4 n·L-1，最低点S6位于潟湖内部，最高点S5位于潟湖边缘、狭长潮汐汊道的顶端(图2)。有研究表明，与外海相通在一定程度上会稀释潟湖中污染物的浓度，从近岸到外海微塑料丰度有逐渐降低的趋势[11]198。本研究潟湖口(S1)的微塑料丰度(4.9 n·L-1)略低于各站位的平均值(5.2 n·L-1)，其原因可能与该站位与外海相接有关。S6和S7站位微塑料丰度也较低，这可能与这两个站位靠近广阔的潟湖内部水域，水流扩散性较好有关。Wang等[12]和Iwasaki 等[13]85的研究结果表明，人类活动频繁的地方会产生更多的次生微塑料，而水动力差的地方更易于微塑料的积累。本研究检测到表层海水微塑料丰度较高的站位分别是S2和S5，前者位于新村码头附近，同时也是养殖、旅游、餐饮等人类活动最为密集的区域，后者位于潟湖边缘、汊道顶端的弱水动力区域，再次证明了上述观点的正确性。

陵水新村湾已经有近40年的水产养殖历史[14]，湾内水产养殖区靠近城镇、港口和旅游区，其表层水微塑料丰度较高是可以预测的。如表1所示，通过对比不难发现，新村湾水产养殖区表层海水微塑料丰度略低于桑沟湾[11]198和佛罗里达州蚊子潟湖[15]，与万宁小海[16]159、四十里湾[17]1、茅尾海[18]62等海区相当，略高于祥云湾[19]和胶州湾[20]，远高于锦州湾[21]、象山湾[22]、海州湾[23]16和西普诺Sarikum潟湖[24]1431。

表1 部分海湾、潟湖表层海水微塑料丰度

3.2 新村湾水产养殖区表层海水微塑料的形态特征

本研究结果表明，新村湾水产养殖区表层海水中共发现5种形状的微塑料，分别为纤维(41.5%)、泡沫(27.7%)、碎片(17.3%)、颗粒(7.3%)和薄膜(6.2%)，其中纤维、泡沫和碎片的比例最高(图3)，这与张钦洲等[16]163和Zhou等[25]的研究结果基本一致。纤维状微塑料是近海环境中含量最为丰富的微塑料类型之一[26]。细小的纤维(如腈纶纺织衣服)极容易脱落、破碎[27]，大量纤维状微塑料通常会随水产养殖废水和附近城镇居民排放的生活污水进入到附近海湾[28]165。同时，碎片、颗粒和纤维状微塑料也可能会由水产养殖过程中使用的大体积塑料(如浮漂、网具、编织袋、棚膜等)破碎而形成。泡沫状微塑料材质主要是PS，与网箱养殖所使用的泡沫浮子恰好对应，应该是这些浮力材料在长期光照、摩擦等作用下降解分裂形成。

本研究中，绝大多数的微塑料粒径都小于2 000 μm(图4)，这与针对其他生态系统的研究结果基本类似[13]95,[18]67,[23]20。有研究表明，这种小粒径的微塑料很容易被海洋生物摄取[29]；也有研究认为，水体中较大粒径的微塑料更容易沉降到沉积物中，而小粒径的微塑料则更容易存留于水体中并传播到更远的地方[30]。

塑料的材质和价格影响着其受众。本研究的各采样站位几乎都含有PE、PP和PS材质的微塑料(图7)，这与其他研究的结果基本一致[13]95,]17]6,[19],[24]1440。究其原因，一方面是因为这几种材质的塑料制品性能可靠、价格低廉，广泛应用于水产养殖过程中。比如PP是全球产量最高的塑料产品之一[31]，新村湾水产养殖区内有大量PP材质的饲料袋和包装袋用于饵料的储存和运输。另一方面，较低的密度使其能够长期存在于海水表层。PE和PP的密度(范围为0.89～0.91 g·cm-3)略低于海水密度(范围为1.02～1.07 g·cm-3)；发泡PS密度则更低，主要用于制造浮力材料。值得一提的是，在海水中这些低密度材料的表面可能逐渐会被藻类、细菌等生物所附着，形成表面生物膜，使其颗粒平均密度逐渐增大，进而下沉并进入海洋沉积环境[32]。除上述三种材质外，本研究还发现了少许其他材质的微塑料，比如UPR是常用油漆的原料，新村湾中2 700多艘船的防水防晒正需要大量油漆。

通过对新村湾水产养殖区表层海水微塑料颜色分布的研究发现，浅色系(白色和透明)微塑料占比最高，其中泡沫状微塑料几乎全为白色，薄膜状微塑料几乎全为透明，白色和透明在纤维中所占比例也较大(图5、图6)。渔排浮力材料光解产生的PS颗粒可能是白色微塑料的主要来源，而渔民常用的透明塑料袋、棚膜和半透明编织袋可能是透明微塑料的主要来源。另外，漂浮在海面上的塑料垃圾也会因太阳光的直接照射发生光氧化而逐渐褪色，导致一些有色塑料颗粒转变为无色或透明。引人关注的是，一些研究表明某些水生动物的取食倾向与微塑料的颜色相关[33]，它们特别偏爱把颜色鲜艳或者与食物颜色相近的塑料当作食物[34]，进而造成对自身乃至整个食物网和生态系统的不利影响[28]176。

(责任编辑：李由明)