太平湾水库近岸底泥微塑料沉积状况初步调查

邰秀红，李 月，杨清海

(1.辽东学院 环境应用技术研究所，辽宁 丹东 118003；2.大连海洋大学 海洋科技与环境学院，辽宁 大连 116000)

塑料因具有密度小、耐久性强且成本低廉等优点，被广泛应用于各行各业中[1]。然而，塑料制品在给人们日常生活带来方便的同时，也给自然环境带来了破坏，全世界约有90%以上废塑料被丢弃在环境中[2]。2016年，全球塑料制品产量已达到3.96亿t，如果以目前的速度生产塑料制品，塑料污染状况将愈发严重[3]。大型废弃塑料进入水环境后，在物理、化学和生物效应的影响下，粒径会逐渐减小。当塑料颗粒的粒径小于5 mm时，就被称为微塑料[4]。

与海洋相比较，水库水体密度低、流速小，更有利于微塑料沉积，同时水库水体中植物腐败残余物、水绵等藻类较为丰富，对微塑料的网捕沉积作用也更显著。杨晓兰等[5]对象山港网箱养殖区进行调查研究发现，养殖区表层底泥中有机质的含量比非养殖区高出1～2倍。网箱养殖采用聚苯乙烯等泡沫体作为浮力来源，养殖器具磨损产生的微塑料易吸附有机污染物及重金属等化学污染物，随着微塑料表面附着物的增多，密度逐渐增大，微塑料将下移至底泥中，使底泥成为水域生态系统污染物的主要汇集地[6]。

太平湾水库是鸭绿江中下游重要水库，位置处于水丰水电站和太平湾水电站之间，入库的较大支流只有长甸河，水库流速低，风浪较小，沉积水力对环境影响相对比较简单。自2008年开始，水库以鲑鳟鱼、鲟鳇鱼为代表的网箱养殖鱼类产业迅速发展，至今水面养殖面积已经超过6.2万m2[7]。在封闭水体中进行养殖活动对水体环境影响较大，特别是对底泥影响更为直接。调查太平湾水库中微塑料沉积状况可为进一步研究微塑料来源、沉积动力特征、产生危害及治理措施等提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域

2020年10月分别在太平湾水库上游(S1)、中游(S2)及下游(S3)中国侧3个区域进行采样。3个点分别位于水丰水库泄水流速明显减缓处(S1)、长河岛上游(S2)和鸭绿江与长甸河充分混合处(S3)中国一侧。

1.2 底泥表层样品采集及分选方法

底泥表层样品以直筒拖斗采样器采集，多次采集的底泥混合后保存在不锈钢盆中，并做好记录，运回实验室自然风干。

风干底泥样品中的杂质采用密度分离法进行分离。Nuelle等[8]率先提出采用饱和氯化钠溶液密度分离法分离底泥中的微塑料。在不考虑表面附着物的情况下，微塑料密度一般在0.8～1.4g/cm3[9]，而饱和氯化钠溶液质量浓度为1.36g/cm3，因此，利用密度分离法能有效提取表层底泥中的微塑料。样品经十字法缩分后，称取50g底泥干样，过2mm筛，大于2mm的材料保存在筛内用肉眼进行微塑料的检查。对过筛底泥使用饱和氯化钠溶液分离浮选，充分搅拌并静置12h，完成第一次浮选工作。将浮选过后的上清液使用定量滤纸进行过滤，剩余的底泥样品继续加入饱和氯化钠溶液搅拌、静止，并重复2次上述过程。最后，使用质量分数30%的过氧化氢溶液冲洗过滤后的滤膜并消解滤液，消解时将滤液置于65℃的电热板上加热96h，在加热过程中应间断性的将滤液放置在振荡器上振荡0.5h,以便混匀样品，确保消解后滤液中的植物纤维、生物体等杂质基本清除，便于后续的观察和鉴定。消解后的溶液需使用孔径为5μm、直径为50mm的尼龙膜再次过滤，最后将尼龙膜放置在洁净干燥的培养皿中，编号待测。同时进行1组平行实验。

1.3 微塑料的鉴定与分析

将待测尼龙膜置于OLYMPUS-SZX7体视镜下，观察微塑料颜色、形状等特征。通过调节体视镜的放大倍数来统计尼龙膜上微塑料的数量，粒径以最长一边的长度进行测量。

1.4 数据处理

微塑料丰度是指单位质量沉积物中微塑料的个数。本研究中微塑料丰度以“个/(50g)(干质量)”为单位，研究结果均以“平均值±标准差”表示，公式如下：

(1)

式中：

N——50g样品中微塑料数量，单位为个；

σ——标准差。

将公式(1)展开为

(2)

式中：

Xi——各采样点第i组沉积物中的微塑料数量，单位为个；

n——测量次数。

根据公式(2)，按公式(3)计算微塑料丰度:

(3)

式中：

D——沉积物中微塑料丰度，单位为个/(50g)；

Q——沉积物干质量，单位为g。

2 结果与分析

2.1 微塑料形状

调查区域的微塑料主要有片状、纤维状、发泡状及颗粒状等4种形状。其中：片状微塑料占比最大，主要包括硬质塑料片和薄膜塑料片，占总数的67.8%；纤维状次之，占19.7%；发泡状和颗粒状微塑料分别占9.3%和3.2%。研究观察到的微塑料形状与简敏菲等[10]在鄱阳湖-饶河入湖阶段湿地底泥中观察到的碎片类、薄膜类、发泡类和纤维类以及Zhao等[11]在椒江、瓯江和闽江等水域中发现有纤维、碎片、薄膜和颗粒4类微塑料等结果相似。

2.2 微塑料颜色

调查区域的微塑料的颜色主要有黑色、红色、黄色、蓝色、绿色、白色和白色透明等，各颜色微塑料数量比例如图1所示。其中片状微塑料以红色和黑色为主，纤维状以蓝色和白色透明为主，发泡状以白色和红色为主，颗粒状以红色和白色透明为主。

2.3 微塑料丰度

分别在3个采样点用直筒拖斗采样器取底泥表层样品混合样，保存在不锈钢盘中于阴凉处自然风干。风干后，每个样本进行2次统计计数。太平湾水库近岸表层底泥中微塑料平均丰度为(178.8±59.6) 个/(50g)(干质量)，不同粒径微塑料丰度情况如图2所示。其中下游的微塑料丰度最高，为(244.5±31.8) 个/(50g)(干质量)；其次为中游，为(164.0±26.9) 个/(50g)(干质量)；上游最低，为(128.0±26.9) 个/(50g)(干质量)。

目前国内外尚无微塑料数量分级标准，但本研究结果与表1其他淡水环境沉积物中微塑料的研究结果[12-16]相比，可以看出太平湾水库底泥中微塑料丰度处于很高水平。

表1 国内其他水域沉积物中微塑料丰度

运用T检验方法对太平湾水库上游、中游及下游的微塑料平均丰度值进行显著性比较。太平湾水库下游的微塑料丰度值明显高于中游(P<0.05),产生这种差异的原因可能是：一方面，水库下游有大型的网箱养殖场，养殖使用的渔网、渔线以及发泡塑料浮标等在物理、化学的作用下裂解成微塑料后在水动力和风力作用下沉积在底泥中；另一方面，水库下游的水域较宽，水流流速极低，缺乏一定程度的搬运能力，导致下游的微塑料数量增加。太平湾水库中游的微塑料丰度值明显高于上游(P<0.05),这可能是因为上游采样点位于鱼类养殖的鱼排之上，且上游水域较窄，水流具有较强的搬运能力，从而使密度较小的微塑料通过水动力交换聚集到中游，导致水库中游的微塑料数量高于上游。

2.4 微塑料粒径

对调查区域内粒径范围小于0.50 mm的微塑料进行计数，结果如图3所示。粒径范围在0.013 ～0.500mm的微塑料最多，占总数的69.4%；0.500 ～1.00 mm的微塑料占16.7%，这2种粒径微塑料数量占总数比例大于85.0%。

从图3可以看出，各采样点粒径范围在0.013～0.500 mm的微塑料占比最大，且随着微塑料粒径增大数量呈减少的趋势，因此，研究小粒径的微塑料也具有重要的生态学意义。微塑料粒径越小，比表面积越大，越容易吸附多环芳烃等有机污染物及重金属从而形成具有毒害效应的复合物，导致微塑料对水环境的污染越严重[17]。同时，微塑料粒径越小，越容易进入底栖生物体内，及其表面携带的污染物可以通过食物链和食物网在生物体内传递和富集，最终危害人类健康。

2.5 微塑料来源分析

通过对太平湾水库沿岸实地调查，针对研究区域内不同形状微塑料来源进行了初步分析。认为片状微塑料部分来源于农业生产使用的化肥编织袋、地膜、遮阳网等，这是因为农业生产过程中塑料的使用量大，分布广泛，并且有较长的使用历史和充足的破碎及裂解时间；另一部分来源于防洪和筑坝使用的工程塑料编织袋等。纤维状微塑料主要来源于渔业生产使用的渔网、渔线以及鱼排等，太平湾水库有多个鱼类养殖场，捕鱼活动频繁，废弃以及边缘破损的渔网、渔线和鱼排在环境中发生裂解变成纤维残体进入周围环境及水体中。发泡状微塑料主要来源于网箱浮体及日常生产使用的塑料泡沫箱，此外还有一些来源于渔业生产使用的发泡塑料浮标、漂浮房等。颗粒状微塑料可能是大型微塑料在水环境中经物理、化学、生物作用后裂解所致，或来源于一些工业抛光料。

太平湾水库上游是水丰水库，采用网箱养殖经济鱼类历史更早，下泄水携带的微塑料可能是太平湾水库微塑料沉积的另一重要污染源。

3 结论

太平湾水库表层底泥中微塑料形状主要有片状、纤维状、发泡状和颗粒状等，其中片状微塑料所占比例最高，占总计数的67.8%；纤维状次之，占19.7%；发泡状和颗粒状所占比例较少，二者之和仅占12.5%。微塑料颜色多样，主要有红色、黄色、黑色、白色、蓝色、绿色和白色透明，其中红色和黑色所占比例最高。微塑料粒径分布较广泛，其中粒径范围在0.013～0.500 mm的微塑料所占比例最高，为69.4%，且随着微塑料粒径增大数量呈减少的趋势。太平湾水库底泥中微塑料丰度范围为(128.0±26.9)个/(50g)～(244.5±31.8)个/(50g)(干质量)，平均丰度为(178.8±59.6)个/(50g)(干质量)。与国内部分淡水沉积物中微塑料的文献研究结果相比，太平湾水库沉积物中微塑料丰度处于很高水平。微塑料主要来源于农业、工程以及渔业活动产生的废弃塑料。