珠三角河网鱼类微塑料污染特征研究

樊珂宇，高原，赖子尼，曾艳艺，刘乾甫，李海燕，麦永湛，杨婉玲，魏敬欣，孙金辉，王超*

1.天津农学院/天津市水产生态及养殖重点实验室，天津 300384；2.中国水产科学研究院珠江水产研究所，广东 广州 510380；3.农业农村部珠江流域渔业生态环境监测中心，广东 广州 510380；4.国家渔业资源环境广州观测实验站，广东 广州 510380；5.广东省水产动物免疫技术重点实验室，广东 广州 510380；6.上海海洋大学海洋生态与环境学院，上海 201306

塑料是指从石油或天然气中提取的合成有机聚合物，因具有耐用、轻便、成本低、易成型的特性而被广泛应用（Li et al.，2016；Firdaus et al.，2019）。自1940年塑料被发明至今，世界塑料总产量高达8.3×109t（孙凯，2021）。塑料经过物理降解、光降解和生物降解作用，会进一步分解形成粒径小于5 mm的微塑料（Law et al.，2014)。由于微塑料体积小，且在环境中的持久性，易被各种生物摄食，相关研究报告，在自然环境中有超过一百多种鱼类、无脊椎动物、鸟类和海洋哺乳动物摄食了微塑料（Cole et al.，2011；Lusher et al.，2013；Fossi et al.，2014；Rochman et al.，2015；Terepocki et al.，2017）。微塑料在海洋环境中广泛存在（Law et al.，2010；Desforges et al.，2014；Lavers et al.，2017），《科学》杂志预测，到2025年进入海洋的塑料垃圾将达 2.5×108t（Jambeck et al.，2015）。目前微塑料的主要研究区域集中于海洋环境中（Cole et al.，2011；Do Sul et al.，2014），然而在淡水湖泊和河流中也检测到了高丰度的微塑料（Klein et al.，2015；Baldwin et al.，2016；Su et al.，2016；Zhang et al.，2017）。

珠江三角洲位于中国广东省中南部，是中国经济增长速度最快的区域之一，人口众多，产生了大量的塑料垃圾向外排放（赵肖等，2021）。从国家统计局数据库得知，在2021年，中国共产生8004×104t塑料，其中广东省产生1510×104t，排全国第一。而且据研究表明，珠江每年向南海排放10×104t塑料，已经成为河流塑料向海洋排放的第三大贡献者（Lebreton et al.，2017）。

目前，在河流、海洋、河口等生态系统中均发现微塑料（Valente et al.，2019；Yuan et al.，2019；Kasamesiri et al.，2020；Talley et al.，2020）。此外，对于鱼类而言，无论其来源于野生环境还是养殖池溏，在其肠道、鳃等组织中均发现了不同数量的微塑料（Rochman et al.，2015；Wu et al.，2020；Wootton et al.，2021）。在英吉利海峡（Lusher et al.，2013）、地中海（Bellas et al.，2016；Nadal et al.，2016）和东太平洋（Rochman et al.，2015）中均检测出鱼类体内含有微塑料的存在，但对自然水体中淡水鱼类体内微塑料分布特征的研究却很少。本文选取珠江三角洲河网水域几种常见淡水鱼为对象，对鱼体鳃部和肠道微塑料数量、分布及特征进行研究，有助于我们更清楚地了解珠江流域水生态环境中微塑料的分布特征和微塑料对水生态环境及人类的影响和危害。

1 材料与方法

1.1 样品采集

于2021年8月，在珠江流域西北江河网采集了8个品种鱼，采样地点是左滩和莲花山（具体位置见图 1）。所有样品均来自渔民当天用拖网捕捞上来的野生淡水鱼，这 8种鱼分别是：鳙（Aristichthys nobilis）、鲤（Cyprinus carpio）、麦瑞加拉鲮（Cirrhinus mrigala）、罗非鱼（Oreochromis mossambicus）、鲢（Hypophthalmichthys molitrix）、海南鲌（Culter recurviceps）、广东鲂（Megalobrama terminalis）、泥鳅（Misgurnus anguillicaudatus）。将完整鱼体包在锡箔纸中，放入密封袋，置于低温冰箱冷冻保存。

图1 采样点具体位置Figure 1 Location of the sampling sites

1.2 组织内微塑料的分离和提取

处理样品时，先将冷冻的样品放在通风处常温解冻，然后将表面污垢清洗干净，对鉴定出的每条鱼进行测量，记录各个样品的体长和体质量（体长、体质量分别精确到0.1 cm、0.1 g）。

样品解剖时，取出鱼体的鳃和肠道部分，用氢氧化钾消解法对鱼体组织进行消解，从其中提取微塑料，方法为：将鱼体组织放入500 mL烧杯中并加入10%的氢氧化钾溶液，溶液体积至少是所取组织体积的3倍，加完溶液的样品用锡箔纸将烧杯密封起来，放入60 ℃烘箱中消解5 d（确保样品完全消解完全）（Bessa et al.，2018）。然后用去离子水清洗3遍过滤装置，将消解液抽滤到玻璃纤维膜（GF/F，孔径0.7 μm，直径47 mm）上，取下玻璃纤维膜放入培养皿中，贴好标签，置于60 ℃的烘箱中烘干。

1.3 微塑料镜检与化学成分鉴定

借助体式显微镜（SteREO Discovery V8）对微塑料样品进行镜检，观察并记录样品的粒径、形态、颜色等特征。使用赛默飞显微红外光谱仪（Thermo Fisher Company，Waltham，MA，USA）鉴定聚合物成分，应用OMNIC软件分析光谱，并与定制参考数据库进行比较，可接受的有效数据是匹配度大于70%的聚合物。

1.4 质量控制

所有采样器和容器均在采样前用纯水冲洗3次。在样品采集、提取和鉴定过程中，操作人员穿戴丁腈手套和纯棉实验服，以减少塑料污染。在鉴定和定量检测之前，对体视显微镜和FTIR光谱仪的样品支架进行仔细清洗和检查，同时作空白试验以评估检测过程中潜在的污染，结果表明每个空白对照中均未检测到微塑料。

1.5 数据分析

应用ArcMap 10.2软件绘制站点图，GraphPad Prism 8软件对鱼体内的微塑料丰度与鱼的体长、体质量等数据进行线性回归分析，Excel 2019对实验结果进行处理，Origin 2019b进行绘图。

2 结果与分析

2.1 鱼类的形态指标及食性特征

8种野生淡水鱼类的形态参数及食性特征如表1所示。结果显示，鲢栖息于表层水体，鳙、海南鲌栖息于中上层水体，罗非鱼、广东舫栖息于中下层水体，鲤、麦瑞加拉鲮和泥鳅栖息于底层水体；食性方面，鳙、链属于滤食性鱼类，鲤、麦瑞加拉鲮、罗非鱼、海南鲌、广东鲂和泥鳅属于杂食性鱼类；鱼体长范围为10.5—60.0 cm，体质量范围为6.1—2900.9 g。

表1 珠三角河网鱼类基本信息Table 1 Basic informations of fishes in the Pearl River Delta

2.2 鱼类微塑料的丰度和粒径

调查的8种淡水鱼均检测出微塑料的存在，其中鳃部的微塑料检出率为84%，肠道的微塑料检出率为78%。在所有鱼体中共检测出60个微塑料，平均每条鱼摄入了1.6个微塑料，鳃部微塑料的丰度范围为0.029—4 items·g-1，平均丰度为(0.638±1.276)items·g-1，肠道中微塑料的丰度范围为0.019—1.000 items·g-1，平均丰度为(0.256±0.326) items·g-1。

按鱼类食性区分，结果显示，鳙、鲢两种滤食性鱼类体内微塑料丰度最低，且鳃部微塑料丰度大于肠道微塑料丰度；杂食性鱼类体内微塑料丰度显著大于滤食性鱼类，其中只有罗非鱼体内肠道微塑料丰度大于鳃部，其余种类均为鳃部微塑料丰度大于肠道。按栖息水层区分，结果显示，栖息于表层和中上层水体的鱼类体内微塑料平均丰度最低，肠道微塑料平均丰度为0.053 items·g-1，鳃部为0.060 items·g-1；栖息于中下层水体的鱼类体内微塑料平均丰度居中，肠道微塑料平均丰度为0.232 items·g-1，鳃部为0.270 items·g-1；栖息于底层水体的鱼类体内微塑料平均丰度最高，肠道微塑料平均丰度为0.395 items·g-1，鳃部为1.460 items·g-1（图 2）。

图2 微塑料丰度分布Figure 2 Abundance distribution of microplastics

鱼体微塑料粒径以大于100 μm为主，其中粒径小于100 μm的微塑料有10个，大于100 μm的微塑料粒径有50个，肠道中粒径大于100 μm的微塑料占比大于鳃部的。如图3所示，鳃部中粒径大于100 μm的微塑料占77%，肠道中粒径大于100 μm的微塑料占90%。底层鱼类摄食了更多大于100 μm的微塑料。

图3 微塑料粒径分布Figure 3 Size distribution of microplastics

2.3 鱼类微塑料的形态和颜色

鱼体中共检测出颗粒类、纤维类、碎片类 3种类型微塑料，其中颗粒类占 15%，纤维类占10%，碎片类占75%（图4）。在这些鱼的鳃部中共检测到31个微塑料，碎片类占68%、颗粒类占23%、纤维类占9%，其中麦瑞加拉鲮、鲢、广东鲂和泥鳅的鳃部只检测出碎片类微塑料，鳙、鲤、海南鲌鳃部检测出 3种形态的微塑料（颗粒类、纤维类、碎片类）。颗粒类大多被中上层的鱼类所摄入，底层鱼类摄入更多的碎片类，肠道中共检测到29个微塑料，碎片类占 83%、纤维类占10%、颗粒类占7%，鳃部的碎片类微塑料占比大于肠道（图4）。

图4 微塑料形态分布Figure 4 Morphology distribution of microplastic

检测出的微塑料颜色以褐色、黑色、灰色为主。如图5a所示，鳃部灰色的微塑料占42%，黑色占39%，褐色占 13%，其他颜色占 6%。肠道中灰色的微塑料占55%，黑色占38%，褐色占7%（图5b）。肠道中没有其他颜色的微塑料。鳃部和肠道中灰色微塑料的占比最大。

图5 微塑料颜色分布Figure 5 Color distribution of microplastics

2.4 鱼类微塑料的组成成分

共检测到15种化学组分，主要为聚乙烯（polyethene，PE）和聚丙烯（polypropylene，PP），其显微图片和FTIR光谱图见图6和图7。其他组分包括聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC）、聚苯乙烯（polystyrene，PS）、聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）、聚异戊二烯（polyisoprene，PI）、乙烯（ethylene）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene glycol terephthalate，PET）等。如图 8a和8b所示，鳃部和肠道中 PE占比均为最大，分别为39%和38%。

图6 鱼体内部分微塑料显微图Figure 6 Micrograph of microplastics in fish

图7 鱼体内主要微塑料的红外光谱图Figure 7 Infrared spectra of major microplastics in fish

图8 微塑料化学成分类型组成分布Figure 8 Chemical composition distribution of microplastics

2.5 鱼类微塑料分布与个体之间相关性分析

采集了8种野生淡水鱼，不同种类鱼的体长、体质量存在较大差异，为了研究鱼的体长、体质量与鱼体中鳃部和肠道的微塑料丰度之间的相关性，对这8种鱼的体长、体质量对鳃部和肠道微塑料的丰度进行了线性回归分析。研究发现：鳃部微塑料丰度（r= -0.412，P=0.31＞0.01）和肠道微塑料丰度（r= -0.494，P=0.213＞0.001）与鱼的体质量相关性较弱；鳃部微塑料丰度（r= -0.603，P=0.114＞0.01）和肠道微塑料丰度（r= -0.662，P=0.074＞0.01）与鱼的体长相关性较弱（图9）。

图9 鱼体中鳃部微塑料丰度和肠道微塑料丰度与鱼的体质量、体长的相关性Figure 9 Correlation between the abundance of microplastics in gill and intestine and the body weight and length of fish

3 讨论

3.1 鱼体内微塑料的丰度特征

研究发现，不仅在海洋生物体内，河流中的生物体内也有微塑料的检出，如葡萄牙蒙德古河（Bessa et al.，2018）、珠江流域（Zheng et al.，2019）和上海主要河流（刘思琪等，2022）等河流中的生物体内均有微塑料的检出。本实验选取了不同栖息水层、不同食性的鱼类，其体内均有微塑料的检出，证明淡水河流的鱼类体内存在微塑料污染现象具有一定的普遍性。分析原因：（1）人口密集程度较大地区会产生大量生活污水，污水汇入河流后，增加了河流中塑料含量，导致水域中鱼体内微塑料的丰度升高（郑可，2019）；（2）个人护理和化妆品中的微珠在使用后被丢弃在排水沟里，并经过几个处理过程，虽然 95%—99.9%的污染物通过在污水处理厂沉降而被去除，但其余的污染物随污水排放并最终进入水生生物，这或许是导致河网水域的鱼类微塑料的丰度更高的重要原因（Rochman et al.，2015)。

本研究结果显示，泥鳅的微塑料丰度最高，鳙的丰度最低，根据栖息水层观察，栖息在中上层的鱼类的微塑料丰度较低，而栖息于中下层和底层的鱼类的微塑料丰度较高，尤其是栖息在底层的鱼类，微塑料丰度明显高于中上层的鱼类。分析原因，可能是底层水体中沉积的微塑料含量较高，增大了底层鱼类误食微塑料的几率。Lusher（2013）进行研究时发现，底层鱼类在捕食过程中不可避免地会摄取沉积物，由于沉积物中含有较高丰度的微塑料，这一过程导致微塑料在底层生物中的丰度普遍较高。王骥等（2007）和徐华林（2016）研究发现，体内微塑料个体丰度较高的物种，生活习性普遍偏向于底层或中下层生活，如褐牙鲆Paralichthys olivaceus、短吻红舌鳎Cynoglossus joyneri、多鳞鱚Sillago sihama等，这与本研究结果相一致。

本研究结果发现，在滤食性鱼体内，鳃部微塑料丰度占总体微塑料丰度百分比大于杂食性鱼类。分析原因，主要是由于滤食性鱼类利用鳃部滤食器官进食时，水体和食物中的微塑料被鳃耙截留，导致鳃部微塑料丰度较高。刘思琪等（2022）对上海主要河流鱼类体内微塑料污染状况进行研究时发现，鱼体内微塑料丰度在鱼类食性上也有差异，表现为杂食性＞草食性和滤食性＞肉食性，其原因除了与水层和食物中附着的微塑料密度有关外，也可能与肉食性鱼类肠道较短、微塑料易排出有关。郑可（2019）对珠江流域野生淡水鱼体内微塑料污染进行研究时发现，杂食性鱼类肠道中的微塑料丰度普遍高于草食性和滤食性鱼类，这可能与不同鱼种对食物的选择性不同有关。

3.2 鱼体内微塑料的形状和颜色组成特征

本研究水域鱼类摄入的微塑料大部分是碎片状，其次是颗粒状。碎片的形态各有不同，有类似于条状的碎片，也有片状和块状的碎片。Tanaka et al.（2016）对东京湾的研究中发现微塑料碎片的来源虽然无法确定，但它们的出现可能与其来源或在环境中的退化历史有关。郑可（2019）对微塑料的研究发现，碎片的来源可能是被遗弃后的质量坚硬的塑料制品，如瓶盖、食物容器、生活用品等。但是由于这些物品硬度较大，不易破碎，但在长时间风化和光解作用下能破碎成微小的塑料碎片颗粒。Eriksen et al.（2014）对地中海水域进行表面网状拖网和目测大型塑料碎片横断面研究后发现，该地区研究报告了8.9×105km2的塑料物品，其中大部分为碎片状微塑料。颗粒状塑料的主要来源是个人护理及化妆品中添加的塑料微珠，通过生活污水排放进入环境中（Lei et al.，2017）。一些洗面奶和一些个护产品含有球形微珠，产品上标注含有聚丙烯或聚乙烯，他们会在淡水系统中漂浮，从而出现在河流中，并被河流中的生物体摄入（Eriksen et al.，2013）。

本次调查采集到的微塑料颜色以黑色和灰色为主，结果与Lusher et al.（2013）在英吉利海峡和Mcgoran et al.（2017）在泰晤士河的研究结果相一致，这可能与鱼类摄食大量的沉积物有关。但其他研究水域微塑料的颜色以彩色为主，如鄱阳湖（李文华等，2020）、格陵兰岛北部鱼类（Morgana et al.，2018）等，可能来自渔业活动中老化的渔具。

3.3 鱼体内化学组成特征

本研究中微塑料主要成分是 PE、PVC、PP，其中PE、PP占比较高，分析原因为，（1）PE是塑料中常见的主要成分，许多塑料制品及化妆品中都含有该成分。PP通常用于食品包装、塑料容器和管道，它们越来越多地用于服装和纺织品的制造（Park et al.，2004）。PVC材料主要用于管道、门窗上，也可用于瓶子、非食品包装中，还可通过加入塑化剂制成软管道、电缆绝缘体等产品。（2）PE和PP是世界上主要的塑料产品和塑料废物类型（Geyer et al.，2017），也是生产渔器的主要来源，本研究微塑料的主要来源可能是源于废弃的渔器降解后形成的塑料碎片。尽管PE和PP都属于无毒材料，但这些材料可能会吸收环境中的污染物，从而对鱼体的健康产生负面影响（Rochman et al.，2013）。

3.4 鱼类微塑料分布与个体之间相关性分析

本研究结果表明，鱼体内微塑料丰度与鱼体体长、体质量相关性较弱，国外有研究也表明，鱼体微塑料的丰度与鱼体的体长和体质量均不相关（Foekema et al.，2013）。以上结果表明，微塑料在鱼体内的存在是短暂的，可认为微塑料在鱼体中的积累潜力很小。鱼体内微塑料的存在说明鱼类可能在被捕捞不久前刚摄入了微塑料（Güven et al.，2017）。

3.5 鱼体内微塑料的分布与国内外其他地区的比较

研究证实，生物体内微塑料丰度与水环境（水体、沉积物等）中微塑料的污染水平相关，前者可间接反映出后者的污染水平（Pellini et al.，2018）。本研究中，鱼类肠道中微塑料的检出率为78%，鳃部微塑料的检出率为84%。与国内外其他研究相比，本研究鱼体内微塑料高于中国三峡大坝野生淡水鱼的25.7%（Zhang et al.，2017），高于葡萄牙的蒙台哥河口野生鱼类的38%（Bessa et al.，2018），高于英吉利海峡的野生鱼类的36.5%（Lusher et al.，2013）和日本东京湾海洋鱼类中的77%（Tanaka et al.，2016）（表2）。说明珠三角河网中野生鱼类的微塑料污染较严重。

表2 国内外地区野生鱼体内微塑料检出率Table 2 Detection rate of microplastics in wild fish at home and abroad

4 结论

对珠江三角洲水域8种野生淡水鱼的鳃部和肠道中微塑料的丰度、粒径、形态、颜色和组成成分进行分析，结果表明：

（1）在所有鱼体中共检测出60个微塑料，平均每条鱼摄入了1.6个微塑料，鳃部的平均丰度为(0.638±1.276) items·g-1，肠道的平均丰度为(0.256±0.326)items·g-1，鳃部的平均丰度大于肠道的平均丰度。

（2）本实验检测出的微塑料粒径多大于100 μm，主要为碎片状，颜色主要为黑色和灰色，检测到的聚合物类型主要为聚乙烯和聚丙烯。中上层鱼类摄入的微塑料大多为颗粒状，底层鱼类摄入的多为碎片状。

（3）通过对鱼类微塑料的丰度与鱼的体长、体质量的相关性分析表明，鱼类微塑料的丰度与鱼的体长、体质量相关性较弱。