北部湾海洋鱼类微塑料污染特征及其风险评估

李文菁，黄月群*，黄亮亮，李向通，苏琼源，孙扬言

1. 广西环境污染控制理论与技术重点实验室，广西 桂林 541004；2. 桂林理工大学喀斯特区域水污染控制和水安全合作创新中心，广西 桂林 541004；3. 桂林理工大学环境科学与工程学院，广西 桂林 541004

MPs 是一种新型污染物，其分布及其广泛，河流（Jin et al.，2022；Samandra et al.，2022）、海洋（Joshy et al.，2022）、土壤（Yang et al.，2022；Zhao et al.，2022）、空气（Ding et al.，2022）、动植物，甚至人类食物中均检测出MPs 成分，MPs在水生、陆地和大气环境中的进行循环运移，并转移至动植物和人体当中。目前，对于MPs 的研究主要侧重于海洋、河流、湖泊等区域水体、沉积物和土壤中的MPs 分布特征。如朱晓桐等（2018）和龙籍艺等（2021）分别对长江口湖滩和潮间带的表层沉积物中MPs 的分布特征研究得到，长江口潮间带植被分布区沉积物微塑料平均丰度为(0.015±0.002) n·g-1，微塑料平均粒径分布范围为（204.4—546.4 μm）；尹诗琪等（2021）对青岛近岸表层海水中MPs 的分布特征进行的研究，得到青岛近岸小粒径微塑料（＜1 mm）的含量最多，白色是青岛近岸微塑料的主要颜色，纤维在海水和潮滩沉积物中的含量最高；Yaranal et al.（2021）研究了印度Karnataka 海岸沉积物中MPs 的分布特征，得到海滩沉积物中的微塑料浓度为[(264±62)—(1 002±174) n·kg-1]，5 个海滩的平均丰度为 (664±114) n·kg-1。鱼类作为水生环境中的指示生物，能够反映水体环境中MPs 的污染状况及其分布特征（黄月群等，2022）。Jaafar et al.（2021）通过对马来西亚商业海洋鱼中MPs 的丰度及其特征进行研究，有的学者通过鱼类栖息地、体长体质量、饮食习惯和胃肠道丰度的不同对区域MPs 的污染状况及其相关性进行分析（Courtene et al.，2017；Devries et al.，2020；Wang et al.，2020；Cimmaruta et al.，2022）。通过鱼类对水生环境MPs 的污染状况及其分布特征进行分析，能够更加准确地认识水生环境MPs 分布特征及其变化规律，有助于了解塑料在水生环境的富集状态和迁移过程及其相关因素。

本文以北部湾周边6 个采样点为研究区域，通过提取海洋鱼类胃肠道和鳃组织中的MPs 进行实验分析，对北部湾海洋流域中鱼类鳃和胃肠道MPs数量及其分布特征进行研究内容。通过MPs 风险指数（H）和污染负荷指数（PLI），对北部湾MPs污染状况进行风险评估，为北部湾开展MPs 污染防治提供参考依据。

1 研究方法

1.1 样品采集

实验于2021 年9 月从北部湾6 个区域采集144尾海鱼样本，采样点分别为北海（S1）、江洪（S2）、企水（S3）、海口（S4）、白马井（S5）、崖州（S6）（图1），每个采样点均选取了蓝圆鲹（Decapterus maruadsi）、褐篮子鱼（Siganusfuscessens）、大吻斜齿鲨（Scoliodonmacrorhychos）和南海带鱼（TrichiurusNanhaiensis）各24 条作为样本。所有样品均来自渔民当天用拖网捕捞上来的野生鱼，用去离子水清洗鱼类样品表面污渍，进行分类标记后保存于低温环境中，用于后期分析实验。

图1 中国北部湾采样点分布图Figure 1 Distribution map of sampling points in Beibu Gulf, China

1.2 样品处理

测量鱼类样品全长和体质量后，在洁净台上进行鱼类解剖，将GIT 和鳃组织整体解剖放入含有10% KOH 的250 mL 锥形瓶中（溶液体积与组织体积比为6∶1），用铝箔纸进行密封（Tang et al.，2021）。在温度为60 ℃、转速为90 r·min-1的恒温水浴振荡器中持续48 h 振荡。采用超纯水洗涤3 次后的循环水式多用真空泵过滤装置，对消解样品进行过滤和真空抽滤，得到尺寸＞500 μm 和50—500 μm 的MPs，将滤膜转移至无污染的培养皿中进行烘干。使用MC-D200UVA（C）型号的体式显微镜观察并记录MPs 的颜色、形态、粒径等特征，结合原位红外光谱仪和激光拉曼光谱仪分析MPs 化学性质。该实验得到了桂林理工大学动物护理和使用伦理委员会的批准。

1.3 数据处理与分析

采用IBM SPSS、Origin 2018、Arcgis 和Excel完成数据统计分析和图形输出，对MPs 丰度和鱼类特征性指标（食性、栖息水层、体长和体质量）的差异进行显著性分析（P＜0.05 表示显著相关）。

将MPs 聚合物的化学毒性作为评价其生态危害的重要指标，在东海南部沉积物和长江口地表水中都得到验证（Xu et al.，2018；Li et al.，2022）。本研究通过MPs 风险指数、污染负荷指数来作为评估北部湾地区MPs 污染的风险指标（Lithner et al.，2011）。使用以下公式：

式中：

H——MPs 风险指数；

Pn——每个采样点收集的MPs 类型的占比；

Sn——Lithner et al.（2011）对MPs 的风险评分，根据风险指数（H）和污染负荷指数（PLI）风险评估方法，以微塑料聚合物简称、密度和评分标准见表1。

表1 微塑料聚合物简称、密度和评分Table 1 Microplastic polymer abbreviation, density,and scoring

式中：

Fi——每个站点的MPs 浓度因子；

其中：

Ci——每个站点的MPs 浓度；

Coi——最小MPs 浓度；

PLI——污染负荷指数。Coi定义为基于最小平均浓度，该值不影响PLI值，本文选取Coi为0.027 items·ind-1（Koongolla et al.，2020）。

1.4 质量保障和控制

为避免样品受到空气中MPs 的污染，整个实验过程在超洁净工作台上进行实验，严格控制外界MPs 污染、实验仪器优先选择玻璃制品，所有容器和样品用锡箔纸密封，且在使用前用去离子水或超纯水洗涤3 次以上。为确保实验的准确性，每组实验设置一个空白组进行比较，结果表明空白组中均未检测出MPs。

2 结果与分析

2.1 鱼类形态指标及食性特征

本研究在北部湾6 个区域共选取4 种海洋鱼类样本，其形态参数及食性特征见表2。蓝圆鲹和褐蓝子鱼栖息于中上层水体，分别为肉食性和杂食性鱼类，南海带鱼和大吻斜齿鲨鱼栖息于底层水体，且都为肉食性鱼类。鱼全长范围为183.13—610.99 cm，体质量范围为64.01—162.60 g。其中蓝圆鰺、褐篮子鱼和南海带鱼作为北部湾的优势群种，对北部湾地区的鱼类调查实验具有代表性和广泛性（李渊等，2016；张文超等，2017；凌炜琪等，2023）。因此，本研究在每个采样点均捕捞了这4 种海洋鱼类，每种鱼样选取了24 尾进行取样，样本量满足统计分析的要求。

表2 北部湾海洋鱼类样本数据Table 2 Data of the Beibu Gulf Marine fish samples

2.2 微塑料分布特征

2.2.1 鱼类微塑料丰度和粒径特征

检测的4 种鱼中有46%检测出MPs，共检测出70 个MPs，平均每条鱼摄入了0.490 个MPs，其中胃肠道MPs 检出率为36%，平均丰度为0.417 items·ind-1，鳃组织MPs 检出率为13%，平均丰度为0.069 items·ind-1。

根据鱼类食性分析，得到南海带鱼GIT 内的MPs 含量最低，大吻斜齿鲨内的MPs 含量最高，杂食性褐蓝子鱼体内MPs 丰度显著大于其余3 种肉食性鱼类，且所有鱼类的胃肠道MPs 丰度大于鳃组织。根据栖息水层分析结果，得到中上层水体的鱼类MPs 为40 个，GIT 平均丰度为0.472 items·ind-1，鳃平均丰度为0.083 items·ind-1，底层水体的鱼类MPs 为30 个，GIT 平均丰度为0.361 items·ind-1，鳃平均丰度为0.056 items·ind-1（图2a）。鱼类MPs粒径以50—500 μm 为主（91%），有6 个粒径大于500 μm 的MPs，除蓝圆鰺外，其余鱼类GIT 都含有粒径大于500 μm 的MPs（10%）。其中底层鱼类摄入更多大于500 μm 的MPs，鱼类鳃中MPs 的尺寸均在50—500 μm 之间（图2b、c）。

图2 鱼体内微塑料的丰度和粒径特征Figure 2 The abundance and particle size characteristics of the microplastics in fish

2.2.2 鱼类微塑料颜色和形状特征

对鱼体内的微塑料颜色进行分析，得到鱼体内的MPs 有透明、黑色、红色、绿色和蓝色共5 种颜色。其中GIT 和鳃中均以红色、蓝色和透明色为主，红色占比最大为36%。GIT 中的MPs 红色、蓝色和透明色分别占35%、18%、28%（图3a），鳃中的MPs 颜色占比为40%、30%、20%（图3b）。其中南海带鱼检测的MPs 颜色最丰富，大吻斜齿鲨中的MPs 颜色种类最少。鱼类样本名称

图3 鱼体内微塑料的颜色和形状分布Figure 3 Color and shape distribution of microplastics in fish

鱼体中检测出颗粒、碎片和纤维类MPs，纤维占比最多为57%。GIT 中MPs 颗粒占13%、碎片占28%、纤维占59%（图3c）。鳃中MPs 颗粒占10%、碎片占40%、纤维占50%（图3d）。其中除南海带鱼检测出3 种形状外，其余鱼类只检测到了一种形状的MPs。

2.2.3 微塑料类型特征

对鱼体内微塑料类型进行检测分析，检测到共9 种MPs 化学组分，主要为PA（Polyamide，聚酰胺）占比17%，PC（Polycarbonate，聚碳酸酯）占比20%，PP（Polypropylene 聚丙烯）占比20%和PS（Polystyrene，聚苯乙烯）占比15%，其部分显微镜图和光谱图见图4 和图5。GIT 中PP 占比最大为22%，鳃中PC 占比最大为30%，鳃中只检测到7 种MPs（图6）。其中杂食性褐蓝子鱼GIT 和鳃中检测到的MPs 种类最多，大吻斜齿鲨和蓝圆鰺的鳃中只检测到了一种MPs。

图4 鱼体内部分微塑料显微镜图Figure 4 Micrograph of major microplastics in fish

图5 鱼体内部分微塑料光谱图Figure 5 Spectra of major microplastics in fish

图6 鱼体内微塑料化学组分Figure 6 Microplastic chemical components in fish

2.3 鱼类微塑料分布与个体之间相关性

2.3.1 全长、体质量与微塑料丰度相关性

通过线性回归对4 种鱼体的鳃组织和GIT 中MPs 与鱼类全长、体质量之间的关系进行分析，结果发现：胃肠道MPs 丰度与鱼类全长相关性较强，且呈负相关（r2=0.946，a= -0.013）；胃肠道MPs丰度与鱼类体质量相关性弱（r2=0.365，a= -0.604）；鳃中MPs 丰度与鱼类全长和体质量无相关性（全长：r2=0.040，a= -0.002；体质量：r2=0.073，a=-0.270）（图7）。

图7 鱼体中胃肠道和鳃微塑料丰度与鱼的全长、体质量的相关性Figure 7 Correlation of gut and gill microplastic abundance with full length and body weight of fish

2.3.2 栖息地、食性与微塑料丰度、尺寸和形状相关性

根据MPs 分布特征可知鱼类栖息地和食性与MPs 的尺寸和形状存在一定的数量关系。通过SPSS软件分析其相关性，得到杂食性鱼类主要摄入的MPs 类型为纤维类，肉食性鱼类摄入主要为碎片类MPs；纤维类大多被中上层鱼类摄取，底层鱼类多摄取大尺寸碎片和颗粒类MPs。对鱼类栖息地、食性与微塑料丰度、尺寸和形状进行Pearson 检验结果得到，丰度与栖息地、食性无相关性（P=0.157，t=0.244；P=0.083，t=0.537）；尺寸与丰度栖息地、食性无相关性（P=0.171，t=0.204；P= -0.040，t=0.383）；形状与丰度栖息地、食性无相关性（P=0.075，t=0.581；P=0.053，t=0.348）（表3）。

表3 栖息地、食性与微塑料丰度、尺寸和形状相关性Table 3 Correlation of habitat, diet between abundance, size and shape of MPs

2.4 微塑料风险评估

根据风险评估方法，计算得到北部湾各地区鱼类MPs 风险指数和污染负荷指数见表4。结果表明：采样点PLI指数除S5 外均在Ⅱ类风险类别范围，属于轻度污染，计算得到PLI(zone)=15.73，与表5 微塑料污染风险水平标准对照（Xu et al.，2018），说明北部湾区域内的鱼类MPs 风险类别为Ⅱ类，属于轻度污染水平。

表4 各采样点微塑料风险指数、浓度因子和污染负荷指数Table 4 MPs risk index, concentration factor and pollution burden index at each sampling point

表5 微塑料污染风险水平标准Table 5 Risk level standards of microplastics pollution

3 讨论

3.1 鱼类微塑料来源分析

目前，许多国内外学者在海洋鱼类中检测得到，大部分鱼类样本中的MPs 以透明色纤维MPs 为主（Lusher et al.，2013）。本研究检测得到北部湾4种海洋鱼类GIT 和鳃组织中以红色纤维MPs 占比最多，透明碎片MPs 其次，说明北部湾区域MPs污染主要来源于渔业捕捞造成的次生MPs，如渔网、捕鱼笼在环境中经过机械剥蚀、化学侵蚀等作用所产生的塑料纤维。栗志民等（2010）研究结果得到纤维状MPs 大量存在与周围频繁的渔业捕捞和广泛的水产养殖行业有关，以及国外研究人员得到捕鱼活动和MPs 丰度之间有很强的正相关性的结果（Dowarah et al.，2019；Wright et al.，2021）。本研究发现区域鱼类样本MPs 以PC 和PP 为主，而PP是一种常被用作薄膜、食品容器、汽车和电子零件等物品的材料，PC 则被用于电子电器、医疗器材和建筑材料等工业，以及发现PA 和尼龙等用于渔网制作的材料，表明北部湾区域MPs 污染主要来源于以上人工材料。

在Wei et al.（2022）调查厦门市鱼类MPs 污染研究中发现有6 家污水处理厂在样本采集区附近，导致海水和鱼类中的人造纤维含量较高。目前中国污水技术能够一定程度上去除生活用水中的MPs及其污染物，但还有大部分MPs 残留在水环境当中，成为海洋鱼类摄取MPs 的通道。在本研究区域中，污水处理厂则为鱼体内MPs 来源的场所之一，在北海地区有一家北海市大冠沙污水处理厂，其中无法处理的MPs 进入湖泊和海洋。另外，北部湾海岸区域的渔业活动和生活垃圾中所导致的塑料制品也是该区域鱼体内MPs 的来源，这些MPs 在洋流等影响下汇聚并被鱼类摄入，使其在鱼类胃肠道和鳃组织中富集。

3.2 鱼类微塑料分布与个体相关性分析

本研究经过鱼类食性和栖息水层分类研究鱼样MPs 丰度、尺寸和形状组成情况，结合相关性得到虽然栖息地和食性与MPs 的丰度、尺寸和形状存在一定的数量关系，但通过样本相关性分析得出无相关性，表明鱼类摄取MPs 丰度、尺寸和形状与鱼类栖息地和食性无关。然而，在Wang et al.（2021）和Parvin et al.，（2021）的研究结果表明杂食性鱼类的MPs 含量明显多于肉食性鱼类。也有研究得出肉食性鱼类的MPs 摄入量要高于草食性和杂食性鱼类，更高营养水平的生物体可能通过生物积累更多的MPs（Wootton et al.，2021）。因此，摄取MPs的影响因素存在较大不确定性，需更为全面系统的调查研究。另外，通过样本相关性分析得到鱼类样本胃肠道MPs 丰度与摄取MPs 丰度鱼样全长相关性较强，而与体质量相关性弱；鳃组织中MPs 丰度与全长和体质量均不相关，说明鱼类的体质量不是影响鱼体内MPs 丰度分布特征的因素。

3.3 鱼类微塑料风险评估分析

在靳非等（2021）的研究中得到海水青鳉鱼长期暴露在聚苯乙烯MPs 中，对其亲代的生长、繁殖和子代胚胎发育具有不利影响，说明长期暴露在含有MPs 环境中，会对鱼类造成潜在的健康风险。通过MPs 风险指数和污染负荷指数评估北部湾海洋鱼类MPs 风险程度，污染风险的增加依赖于环境中MPs 高浓度的积累。得到的MPs 污染风险类别结果发现，北海（S1）、江洪（S2）、企水（S3）、海口（S4）和崖州（S6）风险类别为Ⅱ类，属于轻度污染水平，但白马井（S5）风险类别为Ш 类，说明白马井区域微塑料污染程度更严重，表现为该区域有更多种类和化学毒性更强的塑料聚合物。虽然本研究结果得到北部湾区域鱼类样本MPs 总体处于轻度污染水平，但长时期处于高浓度MPs 暴露的环境下，对鱼类具有巨大的潜在危害。

4 结论

本文对北部湾周边区域海洋鱼类的GIT和鳃组织中的MPs 进行量化分析，得到鱼类MPs 丰度、粒径、颜色和形状特征。发现栖息地和食性与MPs的丰度、尺寸和形状存在一定的数量关系，但不存在显著相关性，表明鱼类摄取MPs 丰度、尺寸和形状与鱼类栖息地和食性无关，而鱼全长与鱼样MPs丰度存在显著相关性，表明鱼类全长会影响鱼类摄食MPs 数量的多少。根据MPs 风险评估反映了北部湾区域海洋鱼类MPs 风险类别为Ⅱ属于轻度污染，虽然鱼类胃肠道和鳃组织会在烹饪过程中去除，但有些体型较小的鱼类和软体生物可以直接食用，因此不能排除MPs 对人类的健康风险。且小尺寸的MPs 会通过GIT 和鳃组织转移到其它食用组织当中，使食用者暴露在MPs 污染的威胁下。因此，在今后的研究应对MPs 及其携带的污染物对摄食生物的影响进行探讨，深入挖掘MPs 在水生生物病理学的影响机制及其响应原理。