趙祺，于佳，石保佳，侯潤(rùn)，張秀文，葉敏，張?jiān)茙X，齊遵利，李春

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 海洋學(xué)院，河北 秦皇島 066000； 2.唐山海洋牧場(chǎng)實(shí)業(yè)有限公司，河北 唐山 063611)

自20世紀(jì)70年代在海洋中發(fā)現(xiàn)微塑料以來(lái)，由塑料引起的環(huán)境問(wèn)題引起了越來(lái)越多研究人員的關(guān)注[1-4]。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化和海浪沖擊，較大的塑料會(huì)破碎成較小的狀態(tài)。目前研究中，把微塑料定義為粒徑小于5 mm的塑料顆?；蛩槠浣Y(jié)構(gòu)和性質(zhì)穩(wěn)定，可在環(huán)境中存留百年之久[5]。海洋是微塑料的主要聚集區(qū)域，而海洋中的大部分微塑料污染來(lái)自陸源輸入[6]，同時(shí)還包括海洋旅游、海洋工程和水產(chǎn)養(yǎng)殖等?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外對(duì)微塑料進(jìn)行了廣泛研究，如王旭[6]和陳宏偉等[7]分別對(duì)天津入海排污口和大遼河入海河段微塑料分布特征進(jìn)行了研究。微塑料的分布受許多環(huán)境因素的影響，如風(fēng)、洋流、人類(lèi)活動(dòng)等[8-10]。隨著對(duì)水域中微塑料研究的不斷深入，微塑料對(duì)水生生物的影響也受到了關(guān)注，如李慶潔等[11]、于萍[12]和韓旭[13]分別研究了大菱鲆Scophthalmusmaximus、中華絨螯蟹Eriocheirsinensis和斑馬魚(yú)Daniorerio對(duì)微塑料的攝入、組織積累和危害。雖然對(duì)微塑料進(jìn)行了大量研究，但對(duì)其效果評(píng)價(jià)的報(bào)道較少。

祥云灣海洋牧場(chǎng)位于河北省唐山市京唐港祥云灣海域，處于渤海灣灤河入?？诟浇Ｔ摵Ｓ蛩|(zhì)環(huán)境優(yōu)越，隨著人工魚(yú)礁的投放，海洋生物多樣性顯著提高。目前，對(duì)祥云灣海洋牧場(chǎng)生境、漁業(yè)資源等進(jìn)行了大量研究，但對(duì)微塑料方面的研究尚未見(jiàn)報(bào)道，因此,對(duì)祥云灣海洋牧場(chǎng)開(kāi)展微塑料調(diào)查十分必要。本試驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)祥云灣海洋牧場(chǎng)夏季微塑料進(jìn)行調(diào)查和污染負(fù)荷分析，以期為祥云灣海洋牧場(chǎng)生境狀況提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查時(shí)間與站位

本次調(diào)查為連續(xù)調(diào)查，采樣時(shí)間為2020年7月21日—8月9日。設(shè)置6個(gè)采樣點(diǎn)，其中魚(yú)礁區(qū)內(nèi)(ar1、ar2、ar3)和對(duì)照區(qū)(ts1、ts2、ts3)各設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)。

圖1 采樣點(diǎn)布設(shè)Fig.1 Sampling site layout

1.2 方法

1.2.2 樣品分析及質(zhì)量管控 將盛有待測(cè)樣品的濾膜置于體式顯微鏡下，測(cè)量其類(lèi)型、顏色、數(shù)量和規(guī)格。使用傅立葉紅外顯微光譜儀，對(duì)挑出的樣品成分進(jìn)行分析，從而判斷樣品是否為微塑料。

為了確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)人員在試驗(yàn)過(guò)程中均穿了試驗(yàn)服，試驗(yàn)中使用的工具和用具用蒸餾水沖洗并加熱烘干后再使用。

1.2.3 微塑料豐度 微塑料豐度計(jì)算公式為

A=(N/V)×1 000。

(1)

其中：A為海水中微塑料豐度(個(gè)/L)；N為微塑料數(shù)量；V為過(guò)濾水的總體積(mL)。

1.2.4 污染負(fù)荷指數(shù) 參考徐沛[15]對(duì)長(zhǎng)江口臨近海域微塑料污染負(fù)荷指數(shù)的計(jì)算公式：

CF=C/C0，

(2)

(3)

(4)

其中：CF為微塑料的污染系數(shù)；C為微塑料在某個(gè)站點(diǎn)的實(shí)測(cè)含量(個(gè)/kg)；C0為微塑料濃度的參考值(個(gè)/kg)，C0為利用數(shù)學(xué)模型估算出的沉積物中微塑料的安全濃度(即對(duì)生物體無(wú)效應(yīng)濃度)6 650個(gè)/kg[16]；PLIn為單一站點(diǎn)微塑料污染負(fù)荷指數(shù)，n為站點(diǎn)數(shù)；PLIt為區(qū)域內(nèi)微塑料污染負(fù)荷指數(shù)，其中，PLI≤1時(shí)為輕微污染，PLI=1～2時(shí)為中污染，PLI≥2時(shí)為極強(qiáng)污染。

但好好過(guò)日子又是何等艱難！孩子的父親走了，我每日拄著拐杖，拖著尚未愈合的傷腿，在家中忙碌著洗衣、做飯，操持著家務(wù)。還好，女兒乖巧懂事，每天放學(xué)回來(lái)都是自己學(xué)習(xí)做功課，從沒(méi)讓我操心。雖然女兒不能像其他小朋友一樣享受父親的愛(ài)撫，吃著豐富可口的飯菜，穿著漂亮的小花裙，但女兒在整個(gè)小學(xué)過(guò)程中，都是班上的前幾名，“懂事、勤奮、樂(lè)觀向上、團(tuán)結(jié)同學(xué)”也成了老師評(píng)語(yǔ)中不可缺少的部分。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用SPSS 19.0 軟件對(duì)魚(yú)礁區(qū)與對(duì)照區(qū)間的微塑料類(lèi)型、顏色、粒徑和豐度等進(jìn)行單因素方差分析，用Duncan法進(jìn)行組間多重比較，顯著性水平設(shè)為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 微塑料類(lèi)型、顏色

本試驗(yàn)中共檢測(cè)到3種類(lèi)型微塑料，分別是纖維類(lèi)、薄膜類(lèi)和顆粒類(lèi)(圖2)，其中，人工魚(yú)礁區(qū)3種微塑料數(shù)量占比依次為纖維類(lèi)>薄膜類(lèi)>顆粒類(lèi)，對(duì)照區(qū)3種微塑料數(shù)量占比依次為薄膜類(lèi)>纖維類(lèi)>顆粒類(lèi)(表1)。整體來(lái)看，人工魚(yú)礁區(qū)和對(duì)照區(qū)纖維類(lèi)、薄膜類(lèi)占比相似，且占比較大。單因素方差分析顯示，人工魚(yú)礁區(qū)與對(duì)照區(qū)微塑料形態(tài)比例無(wú)顯著性差異(P>0.05)。

表1 3種類(lèi)型微塑料占比Tab.1 Proportion of three types of microplastics

圖2 3種類(lèi)型的微塑料Fig.2 Three types of microplastics

從圖3可見(jiàn)：本試驗(yàn)中共檢測(cè)出8個(gè)顏色的微塑料，分別為藍(lán)色、黑色、紅色、透明、黃色和其他顏色(粉色、綠色和棕色)；人工魚(yú)礁區(qū)和對(duì)照區(qū)微塑料的顏色主要以藍(lán)色、黑色為主，兩種顏色的樣品數(shù)之和分別占各區(qū)總樣品數(shù)的64.11%和55.02%；人工魚(yú)礁區(qū)與對(duì)照區(qū)微塑料同種顏色比例無(wú)顯著性差異(P>0.05)。

圖3 不同顏色微塑料占比Fig.3 Proportion of microplastics with different color

2.2 微塑料組成成分

經(jīng)檢測(cè)可知，祥云灣海洋牧場(chǎng)微塑料主要為聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和尼龍(PA)等。從整體來(lái)看，纖維類(lèi)微塑料主要成分為聚乙烯、聚丙烯、尼龍，占微塑料總數(shù)的64.32%，其來(lái)源可能是釣具或刺網(wǎng)等生產(chǎn)漁具；薄膜類(lèi)和顆粒類(lèi)主要成分為聚丙烯和聚對(duì)苯二甲酸乙二酯等，占微塑料總數(shù)的35.68%(表2)。

表2 微塑料組成成分Tab.2 Composition of microplastics

2.3 微塑料豐度的空間和時(shí)間分布

從圖4可見(jiàn)：在調(diào)查的20 d內(nèi)，人工魚(yú)礁區(qū)的微塑料豐度范圍為0.55～1.13個(gè)/L，平均豐度為(0.82±0.16)個(gè)/L，對(duì)照區(qū)的微塑料豐度范圍為0.43～1.68個(gè)/L，平均豐度為(0.88±0.33)個(gè)/L，人工魚(yú)礁區(qū)略低于對(duì)照區(qū)(P>0.05)，整體上變化較為一致；時(shí)間變化上，人工魚(yú)礁微塑料豐度在7月31日最高，在7月29日最低，最高豐度是最低豐度的2.06倍；對(duì)照區(qū)塑料豐度在7月24日和31日最高，在7月25日最低，最高豐度是最低豐度3.88倍。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析可知，人工魚(yú)礁區(qū)與對(duì)照區(qū)微塑料豐度變化無(wú)顯著性差異(P>0.05)。

圖4 人工魚(yú)礁區(qū)和對(duì)照區(qū)微塑料豐度隨時(shí)間的變化Fig.4 Changes in the microplastics abundance in the artificial reef area and the control area with time

2.4 微塑料豐度與粒徑的關(guān)系

從表3可見(jiàn):本次調(diào)查中，檢出人工魚(yú)礁區(qū)微塑料粒徑范圍為0.03～4.76 mm，粒徑≤1 mm的微塑料數(shù)量豐度最多，占人工魚(yú)礁區(qū)總豐度的74.85%,其次為1.1～2.0 mm粒徑的微塑料,占礁區(qū)總數(shù)的17.89%,而粒徑為4 mm以上的微塑料僅占礁區(qū)總數(shù)的0.61%;與人工魚(yú)礁區(qū)一致，對(duì)照區(qū)微塑料粒徑范圍為0.04～4.12 mm，粒徑≤1 mm的微塑料豐度最多，占對(duì)照區(qū)總豐度的74.15%,其次為1.1～2.0 mm粒徑的微塑料,占對(duì)照區(qū)總數(shù)的20.74%,而粒徑>4 mm以上的微塑料僅占對(duì)照區(qū)總數(shù)的0.28%。上述結(jié)果顯示,魚(yú)礁區(qū)和對(duì)照區(qū)均呈現(xiàn)小粒徑微塑料豐度高于其他粒徑豐度的特點(diǎn)，多重比較結(jié)果顯示，魚(yú)礁區(qū)和對(duì)照區(qū)粒徑≤1 mm的微塑料豐度均顯著高于其他粒徑范圍的微塑料豐度(P<0.05),而其他粒徑范圍的微塑料豐度之間無(wú)顯著性差異(P>0.05)。

表3 不同粒徑微塑料豐度及其占比Tab.3 Abundance and proportion of microplastics with different particle sizes

2.5 微塑料污染負(fù)荷指數(shù)

經(jīng)計(jì)算可知,人工魚(yú)礁區(qū)和對(duì)照區(qū)微塑料污染負(fù)荷指數(shù)均<1，處于輕微污染狀態(tài)(表4)。

表4 人工魚(yú)礁區(qū)與對(duì)照區(qū)微塑料污染負(fù)荷指數(shù)Tab.4 Microplastic pollution load index(PLI) in artificial reef area and control area

3 討論

3.1 微塑料特征

本試驗(yàn)中檢測(cè)到纖維類(lèi)、薄膜類(lèi)和顆粒類(lèi)3種類(lèi)型的微塑料，本研究結(jié)果與田媛等[17]和王睿涵[18]對(duì)渤海相關(guān)海域微塑料調(diào)查結(jié)果相似。受人為影響，調(diào)查中纖維類(lèi)和薄膜類(lèi)數(shù)量占比較大，與程姣姣等[19]的研究結(jié)果相似，其主要成分為聚乙烯、聚丙烯和尼龍和聚對(duì)苯二甲酸乙二酯等。上述材質(zhì)主要來(lái)自養(yǎng)殖材料或捕撈網(wǎng)具或生活、建筑原料。祥云灣海洋牧場(chǎng)周邊海域海水捕撈業(yè)較發(fā)達(dá)，同時(shí)受附近河流、港口等影響，因此，采集到3種類(lèi)型共4種成分的微塑料。

本試驗(yàn)中共檢測(cè)出8個(gè)顏色的微塑料，主要以藍(lán)色和黑色為主，這與李征等[20]對(duì)連云港海域微塑料的檢測(cè)結(jié)果一致;與深顏色的微塑料相比，紅色、黃色、透明等顏色的微塑料在人工魚(yú)礁區(qū)與對(duì)照區(qū)僅分別占樣品總數(shù)的35.89%和44.98%，礁區(qū)內(nèi)鮮艷顏色的微塑料占比低于對(duì)照區(qū)，這可能與海洋生物的攝食有關(guān)，鮮艷顏色的物質(zhì)可更能引起海洋生物的注意[21]。

本試驗(yàn)中檢測(cè)到的微塑料粒徑主要集中在≤1 mm范圍內(nèi)，所占比例最大，與張欽洲等[22]對(duì)微塑料粒徑的研究結(jié)果一致。本研究顯示，微塑料粒徑越大數(shù)量越少。據(jù)調(diào)查，黃渤海海域微塑料粒徑均以小于1 mm為主，呈現(xiàn)隨著粒徑增大而數(shù)量減少的特點(diǎn)[23-24]，這與本研究結(jié)果一致。由此說(shuō)明，進(jìn)入到海水中的塑料最終受各種因素的影響，分解、破碎成微塑料，并以越來(lái)越小的粒徑留存在海中。由于海洋的連通性，洋流可將不同種類(lèi)、顏色和粒徑的微塑料卷帶至人工魚(yú)礁區(qū)和對(duì)照區(qū)，因此，人工魚(yú)礁區(qū)和對(duì)照區(qū)微塑料數(shù)量無(wú)明顯差異。

3.2 微塑料豐度及污染負(fù)荷指數(shù)

本研究中，祥云灣海洋牧場(chǎng)人工魚(yú)礁區(qū)與對(duì)照區(qū)微塑料平均豐度分別為(0.82±0.16)、(0.88±0.33)個(gè)/L，略低于煙臺(tái)表層水體(2.0個(gè)/L)[25]和桑溝灣表層水體(1.8～11.0個(gè)/L)[26]。這可能是由于夏季為渤海灣的汛期，大量降雨使入海口水體排放量增多，但減少了河流流量的停留時(shí)間，使微塑料濃度得到稀釋?zhuān)](méi)有表現(xiàn)出使入?？诘谋韺铀⑺芰蠞舛仍龆嗟默F(xiàn)象[18]；受風(fēng)雨天氣的影響，微塑料隨著洋流漂向外海，所以其在近岸海域的濃度就會(huì)降低[21]。微塑料豐度除人為因素影響外，還受降雨、風(fēng)速、洋流等因素的影響。本研究中，人工魚(yú)礁區(qū)微塑料豐度最高值在7月31日，受降雨的影響流速增加，致使當(dāng)天微塑料豐度到達(dá)近期峰值，而在7月23日海上環(huán)境較穩(wěn)定，故豐度較低；對(duì)照區(qū)7月24日微塑料豐度最高，因?yàn)楫?dāng)天為東南風(fēng)，微塑料受風(fēng)向和波浪的影響，而后在7月25日受往復(fù)流的影響，微塑料豐度最低。

本研究中，祥云灣海洋牧場(chǎng)兩個(gè)區(qū)域不同粒徑范圍下的微塑料豐度變化規(guī)律相近，人工魚(yú)礁區(qū)和對(duì)照區(qū)粒徑≤1 mm的微塑料豐度均顯著高于其他粒徑范圍的微塑料豐度，且隨著粒徑增大微塑料豐度減少，說(shuō)明微塑料豐度受粒徑影響較大，這與熊寬旭等[26]的研究結(jié)果一致。

根據(jù)微塑料污染負(fù)荷指數(shù)計(jì)算可知，本研究中，人工魚(yú)礁區(qū)和對(duì)照區(qū)微塑料處于輕微污染狀態(tài)。該方法主要取決于參考值的選擇，但是基于微塑料的研究進(jìn)展還是無(wú)法給定一個(gè)確定的微塑料濃度基準(zhǔn)值[15]。今后，應(yīng)進(jìn)一步完善微塑料的調(diào)查、分析和評(píng)價(jià)方法，為準(zhǔn)確、客觀地分析評(píng)價(jià)海洋中微塑料豐度及狀態(tài)提供理論依據(jù)。

4 結(jié)論

1)祥云灣海洋牧場(chǎng)檢測(cè)出8個(gè)顏色3種類(lèi)型的微塑料，主要材質(zhì)為聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚乙烯、聚丙烯和尼龍，其粒徑以≤1 mm為主。

2)祥云灣海洋牧場(chǎng)人工魚(yú)礁區(qū)微塑料平均豐度為0.82個(gè)/L，對(duì)照區(qū)平均豐度為0.88個(gè)/L，兩區(qū)域的豐度無(wú)顯著性差異。

3)微塑料豐度和粒徑呈負(fù)相關(guān)性，粒徑越小，豐度越大。

4)人工魚(yú)礁區(qū)和對(duì)照區(qū)污染負(fù)荷指數(shù)均<1，表明祥云灣海洋牧場(chǎng)微塑料處于輕微污染狀態(tài)。

本試驗(yàn)中還有諸多不足之處，今后應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)調(diào)查，探究微塑料在魚(yú)礁區(qū)內(nèi)外的變化規(guī)律；做好降雨、風(fēng)速、流速等自然因素的調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，分析這些因素與微塑料的相關(guān)關(guān)系；定期對(duì)海洋生物進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查，檢測(cè)海洋生物對(duì)微塑料的吞食情況及微塑料對(duì)海洋生物的危害。