周添紅,張佳倩,閔 芮,楊思益,宋尚劍,張國(guó)珍

劉家峽水庫(kù)微塑料的賦存特征及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

周添紅,張佳倩,閔 芮,楊思益,宋尚劍,張國(guó)珍*

(蘭州交通大學(xué),甘肅省黃河水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州 730070)

以劉家峽水庫(kù)為研究對(duì)象,分別于2021年和2022年調(diào)查分析水庫(kù)內(nèi)不同水域表層水的微塑料賦存特征并采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法(PERI)進(jìn)行庫(kù)區(qū)微塑料污染的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估.結(jié)果表明:2021年劉家峽水庫(kù)表層水中的微塑料平均豐度為(0.52±0.21)items/m3,2022年平均豐度為(0.58±0.17)items/m3,其豐度水平顯著低于國(guó)內(nèi)湖泊型水體的豐度數(shù)據(jù),而略低于河流型水體,與水庫(kù)型水體的豐度相近,另外,高于其下游海洋渤海的豐度.經(jīng)傅里葉紅外光譜法和顯微共焦激光拉曼光譜法鑒定,微塑料類型主要為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)和聚氯乙烯(PVC),微塑料形貌以碎片和纖維為主,且呈現(xiàn)出粒徑越小,數(shù)量越多的特點(diǎn).2021年劉家峽水庫(kù)表層水微塑料潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),2022年水庫(kù)微塑料豐度較高,但聚合物類型相對(duì)毒性較小,無(wú)顯著生態(tài)風(fēng)險(xiǎn).

微塑料；劉家峽水庫(kù)；表層水；賦存特征；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

微塑料污染被列入環(huán)境與生態(tài)科學(xué)研究領(lǐng)域的第二大科學(xué)問(wèn)題,已成為與全球氣候變化、臭氧耗竭等并列的重大全球環(huán)境問(wèn)題[1].微塑料在不同水體中的遷移主要是基于水流動(dòng)力學(xué)[2]形成的水環(huán)流的“源”與“匯”關(guān)系[3],故研究者開(kāi)始關(guān)注微塑料在不同水體中的賦存特征、輸運(yùn)過(guò)程和生態(tài)系統(tǒng)傳遞[4]等問(wèn)題.水庫(kù)蓄水后庫(kù)內(nèi)水體流動(dòng)有限,污染物的擴(kuò)散隨之受限且受人類活動(dòng)影響較大,是內(nèi)陸淡水系統(tǒng)中微塑料的主要匯集地[5],研究水庫(kù)中的微塑料是了解內(nèi)陸淡水系統(tǒng)中微塑料的賦存特征非常重要的部分,且對(duì)研究?jī)?nèi)陸淡水水體與海洋水體中微塑料的通量問(wèn)題具有代表性的意義.

另外,由于目前還沒(méi)有公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)采樣方法,內(nèi)陸淡水水體微塑料研究經(jīng)常采取與海洋研究中不同的采樣方法[6-7]和單位度量[8-9]等[10],導(dǎo)致無(wú)法獲得兩者間可比較性的數(shù)據(jù),對(duì)研究全球范圍內(nèi)微塑料通量問(wèn)題造成了極大的阻礙.Manta拖網(wǎng)法可過(guò)濾數(shù)百立方米的水,從而能夠得到較為準(zhǔn)確的表層水體微塑料豐度數(shù)據(jù),同時(shí),2015年美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)推薦Manta拖網(wǎng)(330 μm網(wǎng)孔)法作為表層水微塑料采樣方法[11],此方法得出的微塑料監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)最具可比較性[3].

劉家峽水庫(kù)是位于黃河上游的大型水庫(kù),兼有灌溉、養(yǎng)殖,和旅游等多種功能,同時(shí)也是周邊城市的核心水源地,有必要對(duì)劉家峽水庫(kù)微塑料污染進(jìn)行全面的調(diào)查.本研究采用Manta拖網(wǎng)法對(duì)水庫(kù)內(nèi)微塑料進(jìn)行采集,分別于2021年和2022年調(diào)查分析劉家峽水庫(kù)內(nèi)不同水域表層水微塑料的賦存特征,完成了水庫(kù)微塑料污染的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,為水庫(kù)微塑料污染的管控方案和處理方法提供了數(shù)據(jù)支撐,同時(shí)可為研究?jī)?nèi)陸淡水水系統(tǒng)輸送到海洋的微塑料通量問(wèn)題提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息.

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域和樣品采集

劉家峽水庫(kù)位于甘肅省臨夏州境內(nèi)的黃河干流上,水庫(kù)匯入了黃河、大夏河和陳家河等河流,屬大型水庫(kù),水庫(kù)面積約131km2,庫(kù)區(qū)跨越46個(gè)行政村,周邊常住人口約13萬(wàn).劉家峽水庫(kù)是甘肅省最大的漁業(yè)養(yǎng)殖水域,是保持黃河上游生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和區(qū)域生物多樣性的有效載體.作為周邊城市的核心水源地,水庫(kù)承擔(dān)了數(shù)百萬(wàn)群眾的飲水責(zé)任.開(kāi)展劉家峽水庫(kù)微塑料污染現(xiàn)狀研究,對(duì)維護(hù)水庫(kù)良好的水域生態(tài)環(huán)境,提升飲用水源地保護(hù)工作具有十分重要的意義.

本課題組分別于2021年6月和2022年8月進(jìn)行微塑料采樣工作,環(huán)繞劉家峽水庫(kù)河岸線設(shè)置如圖1所示6條采水路線,記為W1～W6.其中, W1和W6水域?yàn)樯顓^(qū), W2水域?yàn)槁糜螀^(qū), W3水域?yàn)辄S河入庫(kù)口, W4水域?yàn)榇笙暮尤霂?kù)口, W5水域?yàn)榇笙暮尤霂?kù)口下游.本研究使用Manta拖網(wǎng)按預(yù)先規(guī)劃的路線以不高于1m/s的速度進(jìn)行采集,表層水采集深度15～20cm, 50min拉一次網(wǎng),所得樣品用純水沖入預(yù)先用純水潤(rùn)洗過(guò)3遍的水樣瓶中,對(duì)水樣進(jìn)行編號(hào),記錄網(wǎng)口流量計(jì)數(shù)據(jù),同時(shí)用純水沖洗拖網(wǎng)以備下一次采樣.

1.2 水樣前處理

本文參照李常軍等[10]的前處理方法并進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn).將全部水樣依次用40目、150目、300目的金屬篩進(jìn)行篩分,將金屬篩上肉眼可見(jiàn)的雜質(zhì)收集在玻璃培養(yǎng)皿中用不銹鋼鑷子進(jìn)行分揀并仔細(xì)觀察,篩分后的水樣仍然收集在水桶中.隨后,將金屬篩放入裝有飽和NaCl密度浮選液的燒杯中超聲清洗0.5h,溶液的配制比例如表1所示,取出金屬篩,再將燒杯于室溫下靜置24h后收集上清液.繼續(xù)將各個(gè)燒杯中的上清液和水桶中的水樣分別用0.45 μm混合纖維素濾膜進(jìn)行過(guò)濾,濾膜分別放置在玻璃培養(yǎng)皿中.在濾膜上滴入30% H2O2以除去與微塑料共存的有機(jī)組織,室溫下消解24h,以待鑒定.

1.3 微塑料的觀察和鑒定

使用光學(xué)顯微鏡以Z字型路徑對(duì)濾膜上的物質(zhì)進(jìn)行觀察,觀察過(guò)程中對(duì)微塑料的形貌特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì).觀察到的疑似微塑料顆粒具備以下特點(diǎn)[16]:①纖維顏色均勻,表面光滑,末端有斷裂毛流感;②碎片棱角鋒利,表面裂紋不規(guī)則,有一定硬度;③顆粒長(zhǎng)度較纖維短,厚度較碎片厚,表面光滑或裂紋不規(guī)則.將標(biāo)尺放置在顯微鏡10X視野下拍照,拍照方式與拍攝微塑料的方式統(tǒng)一.使用Nanomeasure粒度分析軟件對(duì)所有顆粒進(jìn)行尺寸統(tǒng)計(jì),使用傅里葉紅外光譜儀和顯微共焦激光拉曼光譜儀對(duì)微塑料的成分進(jìn)行鑒定.

表1 水體常用密度浮選液配制比例表

紅外光譜法是一種廣泛應(yīng)用于微塑料檢測(cè)的技術(shù),該方法利用微塑料顆粒特有的光譜特征,通過(guò)與現(xiàn)有光譜庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)光譜進(jìn)行比對(duì),實(shí)現(xiàn)微塑料與其它有機(jī)、無(wú)機(jī)顆粒的區(qū)分識(shí)別.拉曼光譜法也是一種廣泛應(yīng)用的微塑料樣品檢測(cè)手段,拉曼光譜使用單色激光,其激光能量可以檢測(cè)到更小粒徑的微塑料,是目前唯一能有效分析粒徑低至1 μm微塑料的技術(shù).

本研究中對(duì)于粒徑大于2mm的碎片狀微塑料,使用傅里葉紅外光譜儀采用薄膜法進(jìn)行成分鑒定,光譜圖用OMNIC光譜分析軟件自動(dòng)匹配化學(xué)成分,塑料成分匹配度360%且與完整的標(biāo)準(zhǔn)聚合物紅外圖譜特征吸收峰逐一對(duì)應(yīng)即認(rèn)定其為微塑料.對(duì)于2mm以下的微塑料,挑選形狀、顏色等表觀特征均一致的每一類疑似微塑料的30%,使用顯微共焦激光拉曼光譜儀進(jìn)行成分鑒定.若數(shù)量不足10個(gè)則全部鑒定,并選取疑似非微塑料至少30%,確定其成分.

圖1 劉家峽水庫(kù)微塑料采樣路線示意

1.4 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

表2 常見(jiàn)聚合物危害指數(shù)表[18]

目前國(guó)內(nèi)常用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法有污染負(fù)荷指數(shù)法[17](PLI)、聚合物風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[18](PHI)和本文所采用的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[19](PERI), PERI法綜合了前兩種方法的評(píng)估條件,能更加全面地評(píng)估水體中的微塑料污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí).公式如下:

式中:Z為各類塑料聚合物的危害指數(shù)(見(jiàn)表2);P為每個(gè)采樣點(diǎn)每種聚合物的百分比;T為某一樣本微塑料的綜合毒性響應(yīng)因子;C為樣本的實(shí)測(cè)微塑料豐度;0為環(huán)境安全濃度,使用Everaert等[19]利用數(shù)學(xué)模型估算的表層水體的微塑料安全濃度(即對(duì)生物體無(wú)效濃度)6650n/m3; PERI為樣本的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù); PERIzone表示研究區(qū)域微塑料的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù).

表3 微塑料生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和等級(jí)劃分表[10]

1.5 數(shù)據(jù)分析和質(zhì)量控制

采樣路徑位置信息圖使用ArcGis軟件制作,微塑料粒徑統(tǒng)計(jì)使用Nanomeasure軟件,紅外光譜圖分析使用OMNIC軟件,圖表制作使用Origin 2021等軟件.

在試驗(yàn)過(guò)程中,為避免樣品與其他塑料制品接觸而產(chǎn)生試驗(yàn)誤差,采用純水清洗所有實(shí)驗(yàn)儀器,使用完畢后同樣采用純水將實(shí)驗(yàn)儀器清洗干凈并用鋁箔封口.

2 結(jié)果和分析

2.1 微塑料豐度與粒徑

結(jié)果表明, 2021年劉家峽水庫(kù)水中微塑料平均豐度為(0.52±0.21) items/m3(0.078×106items/km2),不同水域的微塑料豐度從0.23～0.86items/m3不等(圖2(a)).其中,W1站點(diǎn)水域微塑料的豐度最低,在大夏河入庫(kù)點(diǎn)附近的W4站點(diǎn)水域,微塑料的豐度最高.本研究于2022年再一次對(duì)水庫(kù)中的微塑料進(jìn)行監(jiān)測(cè),其微塑料平均豐度為(0.58±0.17) items/m3(0.087× 106items/km2),不同水域的微塑料豐度從0.32～ 0.79items/m3不等(圖2(b)),而微塑料的粒徑總體呈現(xiàn)出粒徑越小,數(shù)量越多的特點(diǎn).將2022年微塑料豐度數(shù)據(jù)與2021年比較如圖3,結(jié)果表明,水庫(kù)微塑料豐度在空間上分布不均,但時(shí)間上較為穩(wěn)定.

圖3 2021年和2022年劉家峽水庫(kù)微塑料豐度對(duì)比圖

2.2 微塑料成分統(tǒng)計(jì)

2021年,在劉家峽水庫(kù)中共鑒定出9種微塑料,類型占比較大的聚合物分別是PET、PP、PE、PS、PVC和ABS,分別占比34%、17%、14%、6%、3%、2%.2022年,共鑒定出11種微塑料,類型占比較大的聚合物分別是PET、PP、PE、賽珞玢、PS和PVC,分別占比28%、26%、8%、6%、5%、2%.經(jīng)過(guò)微塑料成分統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),劉家峽水庫(kù)微塑料種類較多,其主要類型有PET、PP、PE、PS和PVC,其中PET和PP占據(jù)微塑料種類的半壁江山.

在對(duì)微塑料聚合物成分進(jìn)行分析的過(guò)程中,涉及到使用譜庫(kù)進(jìn)行比對(duì)這一步驟.進(jìn)行成分對(duì)比的軟件會(huì)預(yù)先裝入大量的譜庫(kù)作為匹配的參考,且這些譜庫(kù)在大部分情況下是精確而有效的.但是,在真實(shí)的環(huán)境中,分離得到的微塑料會(huì)受到風(fēng)化、侵蝕、摩擦等不同的物理、化學(xué)作用,樣品表面凹凸不平,黏附、融合環(huán)境中的其他雜質(zhì),在儀器檢測(cè)的過(guò)程中可能導(dǎo)致匹配結(jié)果的差異.在這種情況下,本研究對(duì)劉家峽水庫(kù)中主要存在的兩種聚合物類型進(jìn)行特征峰歸納(表4),并對(duì)其紅外圖譜進(jìn)行特征峰位的歸屬分析(圖4).在對(duì)環(huán)境樣品進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中,將根據(jù)官能團(tuán)的特征峰來(lái)識(shí)別微塑料的類型和譜圖庫(kù)匹配同步進(jìn)行,最大程度上消除由于環(huán)境、儀器和操作等條件的不同而帶來(lái)的譜庫(kù)匹配誤差,為微塑料聚合物類型的鑒定提供更為有效的證據(jù).經(jīng)大量譜圖統(tǒng)計(jì),如圖4、圖5所示,PET微塑料特征吸收峰在波長(zhǎng)633、1120、1301、1440、1636和1751cm-1附近, PP微塑料特征吸收峰在波長(zhǎng)841、972、1166、1376、1458和2958cm-1附近.其特征吸收峰代表的官能團(tuán)如表4所示.

表4 PET和PP的特征吸收峰及其代表的官能團(tuán)

圖6 光學(xué)顯微鏡檢微塑料

2.3 微塑料形狀與顏色

研究結(jié)果表示, 2021年水庫(kù)表層水50.5%微塑料為碎片, 37.5%為纖維,顆粒(包含泡沫)僅占比12.0%, 2022年微塑料碎片占53.1%,纖維占36.0%,顆粒占比10.9%.本研究只將長(zhǎng)寬比大于3[20]的微塑料列為纖維,各研究水域內(nèi)微塑料形狀比例如圖所示(圖7(b)(d)).由于纖維輕且柔軟的特性,在水體中的分布具有較高的空間異質(zhì)性, 2021年,在W1站點(diǎn)水域中纖維占比61%,而在W2站點(diǎn)水域中僅占26%.值得一提的是,經(jīng)常有纖維類微塑料聚集成團(tuán)的現(xiàn)象(圖6(d)),為方便統(tǒng)計(jì),本研究將一團(tuán)微塑料只算作1items.

對(duì)于顏色而言,2021年水庫(kù)內(nèi)微塑料透明占比32.6%,藍(lán)色占比32.9%,黑色占比19.4%,其他顏色比重較小.2022年水庫(kù)內(nèi)微塑料透明占比33.8%,藍(lán)色占比27.8%,黑色占比11.5%,白色占比11.0%,其他顏色比重較小.各研究水域內(nèi)微塑料顏色比例如圖所示(圖7(a)(c)),其中,透明和黑色的微塑料多是碎片狀的,而藍(lán)色微塑料多是纖維狀的.

圖7 微塑料顏色和形狀比例

2.4 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

本研究采用研究區(qū)域潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法(PERIzone)對(duì)劉家峽水庫(kù)微塑料污染進(jìn)行初步生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估.計(jì)算結(jié)果如表5所示: 2021年,劉家峽水庫(kù)表層水微塑料PERI指數(shù)范圍為0.0004～0.1085,跨越3個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)(無(wú)顯著風(fēng)險(xiǎn)、低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)),其平均PERI指數(shù)為0.0217,處于低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn). 2022年,劉家峽水庫(kù)表層水微塑料PERI指數(shù)范圍為0.0001～0.0482,跨越兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)(無(wú)顯著風(fēng)險(xiǎn)和低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)),其平均PERI指數(shù)為0.0005,處于無(wú)顯著風(fēng)險(xiǎn).

表5 2021年和2022年劉家峽水庫(kù)微塑料潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

3 討論

3.1 微塑料污染水平分析

為了實(shí)現(xiàn)劉家峽水庫(kù)水體與其它內(nèi)陸淡水水體和海洋水體中微塑料豐度的可比較性,本研究采用與國(guó)內(nèi)外大多數(shù)表層水研究相同的采樣方法,即Manta拖網(wǎng)法進(jìn)行樣品采集,獲得以濾水體積為單位的劉家峽水庫(kù)表層水平均豐度數(shù)據(jù)為0.52～ 0.58items/m3,以拖拽面積為單位的平均豐度數(shù)據(jù)為0.078×106～0.087×106items/km2.

將研究數(shù)據(jù)與國(guó)內(nèi)外其它內(nèi)陸淡水水體微塑料污染的調(diào)查結(jié)果相比,劉家峽水庫(kù)表層水微塑料豐度(0.52～0.58items/m3)與飛來(lái)峽水庫(kù)豐度[21](0.56n/m3)相似,這可能是因?yàn)樗畮?kù)水體具有相似的水質(zhì)管控方案導(dǎo)致微塑料豐度差異較小;而略低于臺(tái)灣新店河[22]((2.5±1.8) particles/m3),除了河流和水庫(kù)的水質(zhì)管控方案不同外,這可能是因?yàn)樾碌旰邮窃诒┯杲Y(jié)束后采集的水樣,而暴雨會(huì)使微塑料豐度增加;與國(guó)外的淡水水體比較,顯著低于葡萄牙Antua River[23](71～1265n/m3)和法國(guó)塞納河[24]((34.77±55.03) fibers/m3),除了地域差異外,這可能是因

表6 國(guó)內(nèi)外淡水水體的微塑料豐度

圖8 劉家峽水庫(kù)和海洋水體的微塑料豐度柱形分布

為拖網(wǎng)的孔徑所導(dǎo)致的,研究發(fā)現(xiàn)水體中微塑料呈現(xiàn)粒徑越小,數(shù)量越多的特點(diǎn),故55μm或80μm的拖網(wǎng)孔徑能比300μm收集更多的微塑料.另外,若以拖拽面積為計(jì)量單位的劉家峽水庫(kù)表層水微塑料豐度(0.078×106～0.087×106items/km2)與國(guó)內(nèi)湖泊相比,比如,太湖[25](0.01×106～6.8×106n/km2)、青海湖[26](0.05×106～7.58×106n/km2)和香溪河[27](0.055× 106～34.2×106n/km2),其平均豐度低2～3個(gè)數(shù)量級(jí),這表明劉家峽水庫(kù)作為一種河流型半封閉水體,其微塑料豐度遠(yuǎn)低于相對(duì)全封閉的湖泊型水體,也同樣說(shuō)明微塑料豐度與水體的水動(dòng)力條件相關(guān).

進(jìn)一步將劉家峽水庫(kù)微塑料豐度與國(guó)內(nèi)的海洋水體進(jìn)行數(shù)據(jù)比較(圖8),發(fā)現(xiàn)渤海的豐度[28]((0.34±0.31) items/m3)低于劉家峽水庫(kù)的豐度(0.52～ 0.58items/m3),而南海((0.61±0.87) items/m3)高于劉家峽水庫(kù),這說(shuō)明內(nèi)陸淡水微塑料豐度與其下游海洋中的豐度不是一個(gè)簡(jiǎn)單遞增的過(guò)程,這可能與采集水量的體積有關(guān),也可能涉及到微塑料沉降或者向其他介質(zhì)中轉(zhuǎn)移的問(wèn)題.

綜上可知,劉家峽水庫(kù)微塑料豐度顯著低于國(guó)內(nèi)湖泊型水體的豐度數(shù)據(jù),而略低于河流型水體,與水庫(kù)型水體的豐度相近,另外,高于其下游海洋渤海的豐度.劉家峽水庫(kù)微塑料豐度數(shù)據(jù)與國(guó)內(nèi)采用Manta拖網(wǎng)采樣的研究屬同一個(gè)數(shù)量級(jí),且其污染水平在全國(guó)范圍內(nèi)處于中等水平.

3.2 微塑料來(lái)源和風(fēng)險(xiǎn)分析

經(jīng)過(guò)微塑料成分和形貌統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),劉家峽水庫(kù)內(nèi)微塑料顏色以透明和藍(lán)色為主,形狀以碎片和纖維為主,其中碎片多為透明微塑料,纖維多為藍(lán)色微塑料.PET和PP占據(jù)微塑料種類的半壁江山,其中,PET微塑料的形貌多為透明碎片和藍(lán)色纖維,PP微塑料的形貌多為透明和黑色碎片.PET是一類常被制成聚酯纖維和聚酯薄膜的工程塑料,PP是所有塑料中最輕的產(chǎn)品之一,常被用做網(wǎng)狀體和薄膜等.在對(duì)劉家峽水庫(kù)微塑料的粒徑、形狀、顏色和成分進(jìn)行分析后,本研究對(duì)水庫(kù)潮灘的大型塑料垃圾也進(jìn)行了成分分析,推測(cè)劉家峽水庫(kù)微塑料來(lái)源可能為生活洗滌廢水、破碎漁網(wǎng)、土地農(nóng)用薄膜和透明塑料瓶等.但劉家峽庫(kù)區(qū)微塑料不僅來(lái)源于周邊塑料垃圾,還有黃河干流和黃河支流大夏河的微塑料,微塑料來(lái)源涉及面廣、體量大.故劉家峽水庫(kù)微塑料污染問(wèn)題是一個(gè)復(fù)雜廣泛的黃河上游微塑料污染環(huán)境問(wèn)題,此問(wèn)題的解決最終要從源頭上進(jìn)行塑料制品的管控和塑料垃圾的回收.

Lithner等[17]建立了55種聚合物的危害指數(shù),用以評(píng)估聚合物對(duì)生物的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn).本研究對(duì)劉家峽水庫(kù)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估表明, 2021年水庫(kù)內(nèi)微塑料造成的微塑料潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn), 2022年為無(wú)顯著風(fēng)險(xiǎn).而微塑料豐度數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn), 2022年豐度高于2021年,但其微塑料成分多為相對(duì)毒性較小的PET和PP,導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)低于2021年,這說(shuō)明微塑料生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)不僅與豐度有關(guān),更與聚合物類型有關(guān).將劉家峽水庫(kù)微塑料最高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)(低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn))與太湖的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[25](中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn))相比低一個(gè)等級(jí),而與飛來(lái)峽水庫(kù)(低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn))[21]結(jié)果類似,說(shuō)明了水庫(kù)中的微塑料生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)一定程度上低于湖泊中的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn).

微塑料與天然餌料的相似性可能會(huì)誤導(dǎo)魚(yú)類攝入[30],這會(huì)影響魚(yú)類的生長(zhǎng)速率、生物酶活性和生殖行為等,進(jìn)而影響漁業(yè)養(yǎng)殖產(chǎn)量和利潤(rùn).另外,劉家峽水庫(kù)是甘肅省最大的漁業(yè)養(yǎng)殖水域,導(dǎo)致微塑料還會(huì)沿著食物鏈累積入人體中,同時(shí),劉家峽水庫(kù)也是周邊城市的核心水源地,微塑料極易通過(guò)飲水進(jìn)入人體.故,水庫(kù)應(yīng)進(jìn)一步采取風(fēng)險(xiǎn)降低措施,替代甚至逐步淘汰一些具有高危害指數(shù)的塑料產(chǎn)品,盡可能將水庫(kù)微塑料生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)降至無(wú)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn).

4 結(jié)論

4.1 2021年劉家峽水庫(kù)表層水中的微塑料平均豐度為(0.52±0.21)items/m3,2022年平均豐度為(0.58± 0.17)items/m3,其豐度水平顯著低于國(guó)內(nèi)湖泊型水體的豐度數(shù)據(jù),而略低于河流型水體,與水庫(kù)型水體的豐度相近,另外,高于其下游海洋渤海的豐度.

4.2 水庫(kù)微塑料類型占比較大的分別為PET、PP、PE、PS和PVC,其中PET和PP占比一半以上, PET微塑料的形貌多為透明碎片和藍(lán)色纖維, PP微塑料的形貌多為透明和黑色碎片,其來(lái)源可能為生活洗滌廢水、破碎漁網(wǎng)、土地農(nóng)用薄膜和透明塑料瓶等.

4.3 劉家峽水庫(kù)表層水微塑料潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(PERIzone)于2021年和2022年分別為0.0217和0.0005, 2021年處于低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn), 2022年無(wú)顯著生態(tài)風(fēng)險(xiǎn).

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Occurrence characteristics and risk assessment of microplastics in Liujiaxia reservoir.

ZHOU Tian-hong, ZHANG Jia-qian, MIN Rui, YANG Si-yi, SONG Shang-jian, ZHANG Guo-zhen*

(Key Laboratory of Yellow River Water Environment in Gansu Province, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China)., 2023,43(11)：6007～6015

Liujiaxia Reservoir was selected as the research area in this paper, and the occurrence characteristics of microplastics in different surface water of reservoir were investigated and analyzed in 2021 and 2022 respectively, meanwhile, the potential ecological risk index (PERI) was used to assess the risk of microplastic pollution in the reservoir area. The results show that: The average abundance of microplastics in surface water of Liujiaxia Reservoir in 2021 is (0.52±0.21) items/m3, and the average abundance in 2022 is (0.58±0.17) items/m3. The abundance level is significantly lower than that of domestic lake-type water bodies, slightly lower than that of river type water bodies, similar to that of reservoir type water bodies, and higher than that of the downstream ocean Bohai Sea. Fourier infrared spectroscopy and microconfocal laser Raman spectroscopy were used to identify the types of microplastics, which are mainly polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), polyethylene (PE), polystyrene (PS) and polyvinyl chloride (PVC). The microplastics are mainly fragments and fibers, and the smaller the particle size, the more the number of characteristics. The potential ecological risk of microplastics in the surface water of Liujiaxia reservoir in 2021 is low, and the abundance of microplastics in the reservoir in 2022 is high, but the polymer type is relatively less toxic and has no significant ecological risk.

microplastics；liujiaxia reservoir；surface water；occurrence characteristics；risk assessment

X524

A

1000-6923(2023)11-6007-09

周添紅(1984-),男,甘肅蘭州人,副教授,博士,主要從事水污染控制研究.發(fā)表論文70余篇.zhouth@163.com.

周添紅,張佳倩,閔 芮,等.劉家峽水庫(kù)微塑料的賦存特征及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2023,43(11):6007-6015.

Zhou T H, Zhang J Q, Min R, et al. Occurrence characteristics and risk assessment of microplastics in Liujiaxia reservoir [J]. China Environmental Science, 2023,43(11):6007-6015.

2023-03-27

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(52060012);中國(guó)工程院院地合作項(xiàng)目(GS2022ZDI02);甘肅省科技廳自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(22JR5RA316);蘭州交通大學(xué)重大科技成果培育項(xiàng)目(2022CG07)

* 責(zé)任作者, 教授, guozhenzhang126@126.com