舟山朱家尖沙滩沉积物中微塑料污染调查研究

林朋，刘俊稚，赵晟

(浙江海洋大学海洋科学与技术学院，浙江舟山 316022)

随着全球经济的快速发展，大量塑料垃圾被排入海洋环境，并在光照辐射、海流扰动、波浪击打、动物摄食与排泄和微生物降解等作用下发生风化、裂解、降解，形成塑料碎片[1-2]。其中，粒径小于5 mm 的塑料碎片被定义为微塑料(microplastics，MPs)[3]。微塑料由于难以彻底降解而长时间大范围地存在于近岸海域、深海大洋甚至极地等各种水体及海底沉积物中[4-6]。海洋环境中的微塑料会通过多种途径进入海洋生物体内，会对海洋生物、生态环境和人体健康造成巨大威胁[7-8]。

作为一种新兴污染物，微塑料相关研究成为近年来海洋科学和生态环境科学领域的研究热点[6,9]。了解微塑料在自然界中的丰度与分布特性是研究其环境行为、生态效应及相应污染防治措施等的基础，但由于相关研究起步较晚，还存在许多未知。我国是世界塑料生产与消费大国，舟山群岛是我国东海地区最大群岛，然而，目前对该地区微塑料污染状况的有限研究主要集中在当地水产品[10]、表层水[11]和近岸海底沉积物[12]，而对近岸海滩沉积物的微塑料调查鲜见报道。因此，本研究以舟山本岛朱家尖十里金沙沙滩表层沉积物为调查对象，对其中微塑料的丰度、粒径、形态及化学成分等进行调查分析，以期为了解当地微塑料污染状况及为采取相应污染防治措施提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 调查站点布设

如图1 所示，本次调查在舟山市朱家尖近海沙滩的东沙、南沙和青沙沙滩分别选取5 个站位，共15 个站位采集沉积物样品。具体每个点位以距离海边由远至近呈S 形选5 个边长约0.3 m 的正方形采样点。

图1 朱家尖沙滩沉积物采样地点Fig.1 Sampling sites of the sediments at Zhujiajian beach

1.2 样品采集与预处理

在沙滩低潮时，用干净的不锈钢铲子先将采样点四周铲松，再快速铲起约2～3 cm 深、重1～2 kg 的沉积物样品。采样过程中，对样品掺杂的海藻、树叶、木材等大块的天然碎屑或塑料碎块直接挑出来丢弃。为防止沉积物样品中的微塑料继续降解，快速将采集好的沉积物样品放在玻璃瓶中装好，带到实验室置于阴凉干燥处自然风干。

1.3 样品微塑料的分离及检测方法

首先用以饱和氯化钠溶液(1.3 g·cm-3)作为浮选液的密度分离法对所采集湿重约500 g 沉积物中的微塑料进行分离[13-16]，之后分别采取目视法、傅里叶变换红外光谱分析法(FT-IR 法)以及扫描电镜(SEM)法对样品进行检测分析。

具体过程为：将已从沉积物样品中通过密度分离法分离后的含微塑料纤维滤膜(孔径0.45 μm)，用光学显微镜观察其微塑料的形态种类和粒径，把滤膜在显微镜下“之”字形移动以寻找微塑料并计数；用傅里叶红外光谱仪扫描分析滤膜中微塑料的主要化学组分，用扫描电镜对微塑料的微观表面进行观测。

1.4 数据处理与分析

微塑料丰度用个·kg-1(沉积物)表示[13]。文中所有数据均为平均值±方差。

2 结果与讨论

2.1 微塑料丰度

本研究微塑料丰度调查结果及一些文献报道数据如表1 所示。本研究中舟山朱家尖十里金沙沙滩沉积物中的微塑料平均丰度为1 007 个·kg-1(沉积物)，与其他报道区域相比，其微塑料污染程度处于中等偏下水平。3 处沙滩沉积物中，微塑料丰度高低依次为东沙、南沙和青沙，分别为(1 207±193) 个·kg-1(沉积物)、(1 082±173)个·kg-1(沉积物)和(731±138)个·kg-1(沉积物)。东沙沙滩是一处沿海岸线长线分布、与东海接触面较大的沙滩，微塑料易从陆地排至东沙沙滩；且东沙沙滩与其两边岛屿呈口袋状，使得由东海聚集到东沙沙滩的微塑料不易流出。同时，东沙和南沙都是人流较大的景区，这些区域较高的微塑料丰度可能是人类活动频繁所致。

表1 本次调查及一些文献报道的微塑料丰度Tab.1 Abundance of micro plastics under different sites

2.2 微塑料粒径

本次调查测得的微塑料粒径分布如表2 所示。可见，3 处沙滩沉积物中微塑料粒径最高占比均为小于1 mm，东沙、南沙和青沙沙滩分别为61%、69%和85%；其次为粒径1～3 mm，3 处沙滩分别为27%、18%和10%；而粒径为3～5 mm 的微塑料占比最少，东沙、南沙和青沙沙滩分别仅占12%、13%和5%。与表1 对比可以发现，微塑料污染程度更高的东沙和南沙2 处沙滩中粒径＜1 mm 的微塑料占比低于微塑料污染相对较轻的青沙，这可能是由于东沙和南沙沉积物中的许多微塑料为近年来新排入积存所致，而这些新排入的塑料颗粒尚未被破碎成粒径＜1 mm 的更小微塑料颗粒。

表2 朱家尖十里金沙微塑料粒径分布Tab.2 Particle size distribution of the microplastics at Zhujiajian

2.3 微塑料形态种类及化学成分

通过傅里叶变换红外光谱分析，获得本次调查得到的微塑料形态种类和化学成分如表3 所示。可见，其形态主要为纤维状、碎片状和薄膜状，相应化学成分分别为聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯。其中，纤维状聚乙烯微塑料占比最多，东沙、南沙和青沙沙滩分别为59%、69%和42%；其次为薄膜状聚苯乙烯，3 处沙滩分别为29%、40%和18%；最后为碎片状聚丙烯，3 处沙滩分别为12%、9%和18%。纤维状微塑料主要源自人类纺织衣物所掉落的碎片[15]，这些碎片会在海水或沉积物中进一步破碎成微塑料。而东沙和南沙2 处沙滩沉积物中的纤维状微塑料含量较高，也与其相对更频繁的人类活动相符。从化学成分角度分析，聚乙烯应用最为广泛，常用于产品包装，聚丙烯主要用于服装和塑料零件生产，而聚苯乙烯则常被用来制作泡沫塑料制品[18-19]。不同化学成分对应的生态效应及环境影响可能不同，有待深入研究。

表3 朱家尖十里金沙的微塑料形态种类和化学成分Tab.3 Shape types and chemical compositions of the microplastics at Zhujiajian beach

2.4 微塑料微观表面特征

朱家尖十里金沙3 处沙滩沉积物中典型微塑料的表面SEM 如图2 所示。可见，这些微塑料颗粒表面并不像肉眼直接观察到的那样完整、平滑，而是十分粗糙，且有明显裂缝。这应该是进入环境中的微塑料在风力、波浪、辐射等各种物理和化学作用下被长时间自然风化的结果。同时，这些不平整、不光滑的表面会增加微塑料对环境中其他各种有毒有害污染物的吸附量，从而形成微塑料和其他有毒有害污染物的复合污染[19]。

图2 东沙(a)、南沙(b)和青沙(c)沙滩沉积物中典型微塑料的SEM图Fig.2 Typical SEM images of microplastics in sediments of Dongsha (a),Nansha (b) and Qingsha (c) beaches

3 结论

本研究调查分析了舟山市朱家尖近海沙滩十里金沙沙滩沉积物中的微塑料污染现状，主要得到以下结论：(1)该区域沙滩沉积物中微塑料丰度平均为1 007 个·kg-1(沉积物)，总体污染程度处于全球中等偏下水平。(2)微塑料粒径占比高低依次为＜1 mm、1～3 mm 和3～5 mm，具体数值受到微塑料排放时间和排放强度的影响。(3)微塑料形态占比高低依次为纤维状、碎片状和薄膜状，相应化学成分分别为聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯。(4)微塑料微观表面粗糙且有明显裂缝，使其易于吸附其他有毒有害污染物从而产生复合污染。这些研究结论能够为当地微塑料污染风险评估及污染防治提供数据支持和科学指导。