三峡库区重庆段表层水体中微塑料组成及分布特征

张潇峮，彭 梦，王 艺，李立杰，柴 毅,，沈子伟，李云峰，倪朝辉，张 燕

(1.中国水产科学研究院长江水产研究所，农业农村部长江中上游渔业资源环境科学观测实验站，武汉 430223；2.长江大学动物科学学院，湖北荆州 434025)

微塑料(microplastics)的广泛定义是小于5 mm的塑料碎片或颗粒。作为一种新兴污染物，微塑料由于其尺寸小，比面积大，吸附能力强，易成为其他环境污染物的载体，加之其易传播性与存在持久性，已严重危害到水生生物的生存和繁殖。有研究表明，环境中存在的微塑料污染物化学组成成分类型较多，主要包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)等7类物质。目前微塑料已成为环境污染的研究热点，并已在世界各不同水域被广泛检测出。在我国，微塑料调查研究工作显示，微塑料污染已广泛分布存在于我国水域环境中。在海水水域中，我国渤海、黄海、东海、南海海域均检测出微塑料污染，淡水海水交界处的长江口、珠江口等也均有检出；在淡水水域中，人口密集、城市化程度高的内陆水域微塑料污染更严重，如长江流域、珠江三角洲和的上游等。

三峡库区包括长江流域因三峡水电站的修建而被淹没的湖北省宜昌市所辖的秭归县、兴山县,恩施州所辖的巴东县；重庆市所辖的巫山县、巫溪县、奉节县、云阳县、开县、万州区、忠县、涪陵区、丰都县、武隆县、石柱县、长寿县、渝北区、巴南区、江津区及重庆核心城区(渝中区、沙坪坝区、南岸区、九龙坡区、大渡口区和江北区)，三峡水库是我国最大的水库。目前对三峡水库微塑料污染调查数据显示，其表层水体和沉积物中微塑料污染水平均较高，沉积物每千克湿重中微塑料含量在25～300个，表层水体平均丰度7 104 ind/m。本研究选取三峡库区重庆段为研究对象，分别采集其上游、中游及下游人口密集、城市化程度高的区域水体样品，系统研究该江段不同水域微塑料的分布状况，并进行定性定量分析，以期探究三峡库区微塑料污染治理的效果，并为三峡库区微塑料污染的监控提供基础依据，助力长江水域生态保护与修复。

1 实验方法

1.1 采样点设置

本研究选取三峡库区重庆段上游的木洞(MD)县、涪陵(FL)区，中游的万州(WZ)区，下游的巫山(WS)县进行采样，每个区域设置3个采样点，共布设12个采样点，具体如图1所示，采样点坐标信息如表1所示。

图1 三峡库区水样采样点Fig.1 Sampling sites of water in the TGRa：采样江段；b：具体采样位点

表1 采样点坐标信息Tab.1 Coordinate information of sampling location

1.2 采样方法

使用25号浮游生物网布(孔径64 μm)制成长50 cm宽100 cm的矩形开口拖网和150 cm长的漏斗形网两部分组成的筛网采集水样，漏斗底部用500 mL的不锈钢收集瓶收集水样。拖网开口处放置流量计，测定流经筛网的实时水量。每个采样点采集3个平行样，充分混匀，将水样中残留碎屑彻底清除后，所有水样转移至1 L玻璃瓶中，用5%甲醛，4 ℃保存待分析。

1.3 镜检分析

采用真空抽滤装置将水样抽滤到硝酸纤维膜(孔径0.75 μm)上，加入消解液(HNO65%，HO35%)，盖上表面皿在室温下放置24 h后，移至75 ℃电热板加热，直至样品完全消解。待样品完全消解后，分别加入饱和NaCl溶液(1.2 g/cm)和ZnCl溶液(1.5～1.7 g/cm)对样品进行浮选。收集浮选上清液，使用真空抽滤装置过滤并洗净，将样品中微塑料收集到硝酸纤维膜(孔径0.45 μm)上。采用扫描电镜-能谱仪获得微塑料的扫描电子显微镜图片(SEM)及局部扫描电子显微镜图像(SEM-EDS)，对样品中微塑料的数量和表面特征进行分析。

1.4 定量分析

水体中微塑料的丰度单位以每升微塑料个数表示，其计算公式如下：

=()×1 000

式中为水体中微塑料的丰度(ind/m)为微塑料目标物的个数(ind)，为过滤水的总体积(m)。

本实验使用拖网进行采样，拖网过滤水总体积计算公式如下：

=()

式中为滤水量(m)，为实际采样时流量计的转数(r)，为浮游生物网网口面积(m)，为流量计标定时的平均拖曳距离(m)，为流量计标定时的平均转数(r)。

1.5 拉曼光谱定性分析

使用红外光谱仪(Nicolet 6700,美国Perkin Elmer公司)，采集样品中的微塑料的拉曼特征光谱，拉曼光谱范围 50～3 500 cm-1，入射激光波长532 nm，所采集的拉曼光谱校正后与标准谱图库检索对照进行定性分析。

2 结果

2.1 微塑料外形特征

按形状特征将三峡库区各水域微塑料分为：颗粒、碎片、薄膜和纤维4类。结果显示，三峡库区各水域微塑料多为纤维和碎片，其中以白色纤维为主；碎片类微塑料为片状白色碎片与卷曲状白色碎片；薄膜类微塑料多为轻薄的白色片状薄膜，含少量透明薄膜；颗粒类微塑料均为透明无色。具体占比情况见图2。

图2 三峡库区微塑料外观特征(a)与化学组成(b)Fig.2 Appearance characteristics(a) and chemical composition(b) of microplastics in the TGR

2.2 不同区域微塑料定量分析

本次调查共采集12个水样，其中6个水样检出微塑料，检出率为50%。其中WS站点的三个采样点均未检出，其余三个站点分别有两个采样点检出。检出微塑料丰度范围为20.83～83.33 ind/m，平均丰度为 39.35 ind/m。具体情况见表2。

表2 三峡库区微塑料丰度Tab.2 Abundance of microplastics in the TGR

2.3 不同区域微塑料定性分析

本研究所采集到的微塑料，其主要化学组成包括PE、PET、PP、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)等四种。其中PE检出率最高，占比为44.45%；其次是PET，占比33.33%；PP与EVA相对含量较少，占比均为11.11%(图2)。各采样点微塑料的化学组成定性拉曼光谱分析，如图3所示。由鉴定结果可看出，MD采样点微塑料主要化学组成为PE与PET；WZ采样点微塑料主要化学组成为PE；FL采样点微塑料主要化学组成为PP与EVA。

图3 三峡库区微塑料拉曼光谱图Fig.3 Raman spectra of microplastics in the TGRa,c,e：样品拉曼光谱图；b,d,f：标准品拉曼光谱图

3 讨论

不同水体的主要微塑料污染类型一般有较大差异，原因可能是各地工农业生产与人民生活组织模式的差异造成的，如渭河的微塑料污染以纤维类为主，南方珠江水体的微塑料污染以薄膜类为主，而鄱阳湖“五河”入湖口沉积物中微塑料大都以碎片为主。本研究结果显示，三峡库区各水域微塑料污染以纤维和碎片为主，这与WATKINS等调查美国纽约水库群水体微塑料污染结果类似。造成不同水体微塑料污染类型存在差异的原因，可能与水体附近区域工农业生产活动与人类生活商业活动等密切相关，如剑河流域存在大量薄膜类微塑料污染，就是该流域大量蔬菜大棚和地膜覆盖等农业生产活动造成的。需要指出的是，生活垃圾中的塑料容器和包装材料等，易造成泡沫状微塑料污染，而本次调查结果并未检出泡沫状微塑料，说明三峡水库微塑料污染来源以工业和农业生产为主。

微塑料的粒径较小，易被生物误食，如在浮游动物、底栖无脊椎动物、鱼类和大型海洋哺乳动物等生物体内都发现了大量微塑料的存在。微塑料通过被摄食进入生态系统后，随着微塑料的迁移转化，其化学毒性也被逐步释放并进入生物体内，所以了解微塑料化学组成十分重要。潘雄等调查结果显示，PE、PP和尼龙(PA)是丹江口水库及其支流水体中微塑料的主要材质；王文锋发现洪湖与洞庭湖水体中微塑料的主要成分为PE与PP。与已有研究结果类似，本研究发现三峡水库水体中微塑料材质以PE为主(44.45%)，而PP和EVA含量较少(均为11.11%)。PE因其热塑性强、比重轻等优良特性，被大量应用于食品、化工产品的生产包装过程中，也因此造成其在内陆淡水水域中和海水水域中均被广泛检出，聚乙烯已成为微塑料污染的主要材质，虽已有一些聚乙烯使用和排放的控制措施，却收效不大。此外，在中上游地区涪陵区水域检测出较少见微塑料成分EVA，因其具备优异的力学性能，被广泛应用于热封包装、无线装订、电缆绝缘、电器制造和生活用品制造等方面。涪陵区水域检出微塑料数目较少，且EVA仅在此水域检出，而未出现在下游水域，推测其因水生生物活动而进入生态系统的可能性较大，应引起重视。

Di等的调查结果显示，三峡水库水体中微塑料相对丰度范围为1 597～12 611 ind/m，平均丰度为7 104 ind/m。与2018年的调查相比较，本研究结果显示，三峡水库水体中丰度范围为20.83～83.33 ind/m，平均丰度为 39.35 ind/m，检出率为50%。此次采样于2020年进行，可见三峡水库水体中微塑料丰度有明显下降，三峡水库水体微塑料污染的控制和治理已取得初步成效。但本次采样多集中于上中下游人口较密集城市区域，对工农业污染的具体情况反映较少，且纤维、碎片类微塑料易发生再次分解进入生态系统，而浮游生物、鱼类的体内以及表层底泥中微塑料的含量尚需进一步研究，所以虽然三峡水库微塑料污染状况得到了改善，但水域环境监控和保护措施仍不能放松。