舟山沿海水域海蟹體內微塑料污染特征

王洪燕 趙泓睿 桂峰 趙晟

[摘要]以舟山海域海岸環境中的海蟹為研究對象，分析舟山海域海蟹微塑料的污染特征。研究結果表明，這5個站位海蟹體內微塑料平均豐度為2.37±0.41n·g-1（濕重）。微塑料的尺度均小于5mm，其中絕大部分小于<1mm，占總體94.64%。在海蟹體內發現的微塑料類型主要是發泡類、纖維和碎片類三種，其中含量最高的是纖維，占91.42%以上。經過紅外光譜檢測分析，纖維的主要化學成分是聚乙烯和聚酯類，發泡類的主要化學成分是聚苯乙烯。掃描電鏡的結果顯示，微塑料的表面都出現了一定程度的破損和斷裂或粘附一些雜質。陸源污染是海蟹體內微塑料主要來源，其中生活污水的排放占最高比重。

[關鍵詞]舟山;海蟹;微塑料

[中圖分類號]Q331[文獻標識碼]A

引言

塑料產品的使用極大地便利了人們的生活以及呈現出顯著地社會效益，故而年產量不斷地增加。全球塑料的年生產量從1950年150萬t增加到目前約3億t，而且年生產量的增加速度不斷上升。目前多個海域都在甲殼類中檢測出微塑料，由于微塑料的尺寸特別小，所以特別容易被雙殼類和浮游生物等海洋生物攝入體內。大量的浮游生物和甲殼類和軟體動物和棘皮動物的幼蟲階段將在攝食時采用微塑料。這些食物網低端的生物被食物網高層的魚類等捕食者捕食后，進入到海洋食物網高層的生物體內。微塑料本身給海洋食物網造成了生態威脅，微塑料由于其難以分解的特性，在海洋中長久存在并且吸附運輸有機污染物（例如，多環芳烴（PAHs）等），對于海洋生物在生理上造成了更大的傷害。

本研究以舟山沿海海蟹為研究對象，選擇不同地區沿海水域中的海蟹，從微塑料的豐度、類型、粒徑和表面特征等角度，綜合分析微塑料的污染特征，并且進一步探討海蟹體內微塑料的來源，以期為海岸帶區域的海洋微塑料污染防治和監管提供科學支持。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

舟山位于長江和錢塘江、甬江的入海口處，地處中國東部黃金海岸線與長江黃金水道的交匯處，素有“東海魚倉”之美譽，是中國最大的海產品生產基地。本研究選擇5個地區的10個采樣站位，在沿海海岸帶附近采集海蟹。

1.2 樣品制備與微塑料提取

本次樣品消解采用的是Dehaut 等在2016年提出的使用KOH 10%溶液并在60℃下水浴加熱24小時的方案導致生物組織的有效消化。將螃蟹的鰓與腸道提取出放在不同的燒杯中進行消解。

1.3 微塑料的提取

微塑料分離采用較為常用的飽和氯化鈉密度浮選分離法。據已有研究表明，海洋環境中存在的微塑料密度大都在0.8～1.4g/cm?之間。使用飽和NaCl溶液通過將微塑料與其他的雜質和生物軟組織碎片進行密度分離。密閉靜置一周后，將上層清液通過硝酸纖維素濾膜過濾器（5μ孔徑，47mm直徑），將下層的沉淀加超純水通過900目的鋼篩，并用超純水多次沖洗鋼篩，將沖洗的溶液通過硝酸纖維素濾膜過濾器（5μ孔徑，47mm直徑）。將濾膜放入烘箱中60℃烘干，取出后按順序放入到培養皿中，待進一步分析。

1.4微塑料鑒定

1.4.1 目視與體式顯微鏡檢測。將烘干后的濾膜先進行目視分離，目視分離作為識別微塑料的常用方法工具是體視顯微鏡，通過調節倍數來計數視野中濾膜上的微塑料數量，微塑料的鑒定主要使用探針、鑷子和微塑料的物理化學特征（即顏色，不透明度，硬度，比彈性和結構）來完成。

1.4.2 使用紅外光譜與掃描電鏡驗證微塑料。將濾膜上的微塑料與疑似微塑料的顆粒放入到傅里葉紅外光譜儀進行鑒定區分，紅外光譜儀選用透射模式得到的紅外光譜圖結合官能團的特征峰以確定聚合物的類型。運用掃描電子顯微鏡進行觀察鑒定，確定其表面的特征與組成。

1.5 質量控制

在整個研究期間，穿著100%純棉服裝（實驗室外套，以及穿在下面的日常服裝）。所有解剖都在流動柜中進行，以確保不會發生空氣污染。在將生物樣品放入層流柜中之前，將生物樣品全部沖洗干凈，以降低外部存在的顆粒污染的風險。每次實驗時做一個空白對照，以除去實驗室環境對樣品的沾污，實驗過程中應避免接觸纖維類以及塑料器材。另外所有使用的玻璃容器均用超純水沖洗3 次。對于非使用中的樣品及溶液，應覆蓋避免沾污。

2 結果與討論

2.1 豐度

微塑料豐度指標的參數常用“n.g-1”方式表達（n為number，即微塑料數量）。經分析統計，舟山沿海5個站位的微塑料豐度數據如表1所示。舟山海域海岸沿海海蟹微塑料平均豐度為2.37±0.41n·g-1（濕重），標準差顯示個體螃蟹在微塑料攝取中的個體差異很大。

本研究中設置5個采集站位，微塑料豐度大小依次為：定海>普陀>岱山>嵊泗>東極島。從各站點所處位置考慮，養殖器具的磨損產生的微塑料以及廢棄養殖器具的隨意丟棄，各類陸源垃圾的排放，雨水沖刷和陸源排污口或河流的輸入，以及海流和潮汐的聯合作用是造成微塑料地域分布差異的主要原因。定海和普陀與岱山人口密集，產生了較多的陸源垃圾，例如洗滌衣物產生的大量纖維，以及生活污水中含有的大量來自于化妝品的塑料顆粒。其中普陀和岱山以及嵊泗枸杞島作為旅游區吸引游客的同時也在沙灘上留下了更多的垃圾，這些垃圾通過海水的沖刷直接進入到海洋環境中，螃蟹等在此環境中生存的生物將這些微塑料攝食進入體內。而東極島和以及嵊泗的采樣點則臨近外海，水域較為開闊且干凈，在此采集的螃蟹的微塑料豐度較低。

2.2 微塑料類型和顏色與粒徑

根據微塑料的形態差異，本研究中將所檢出的微塑料分為發泡類和纖維類以及塑料碎片3種類型。經分析統計，舟山養殖海域5個站位不同類型微塑料數量比例如圖2所示。纖維的比例最高，占91.42%，且纖維的顏色以透明或者灰白等淺色為主。其次發泡類的比例為8.18%，顏色以白色為主，碎片類僅占0.4%。

本次研究中將微塑料的粒徑分為四個等級：20～50μm，50～100μm，100μm～1mm，1mm～5mm。微塑料的粒徑大部分都集中于100μm～1mm以下，比例為94.64%。

在沉積物樣品尤其是沙灘沉積物樣品中，透明纖維的數量特別多，而彩色纖維的數量較少，這表明在紫外線強烈的太陽輻射的影響下，纖維會迅速褪色。發泡類塑料在沿海地區的普遍存在與其來源密切有關。沿海養殖和漁業等活動頻繁，從而發泡塑料制品在沿海地區廣泛使用，一些漁船船體發泡塑料浮子和海水養殖所用的發泡塑料板和泡沫箱等都是發泡類微塑料的來源。

2.3 組成成分

對舟山沿海采集的海蟹中提取的微塑料進行紅外光譜分析以確定各類型的微塑料組成成分。典型微塑料樣品紅外光譜如圖3 所示。對比標準圖譜及峰值數據，確認纖維類的化學組分是聚乙烯和聚酯類和聚酰胺，發泡類的主要成分是聚苯乙烯。

根據海蟹的生活習性和攝食方式，海蟹體內的微塑料來源與采樣點的環境相關。聚乙烯的密度低于水，因此能夠懸浮在水面上，能夠檢測到這些成分是因為微塑料發生了沉降，然后進入到海蟹體內。Enders等人在2015的研究中觀察到這種沉降過程對于尺寸小于100μm的所有微塑料顆粒是自然發生的。另外微生物/藻類附著在微塑料表面，有機物的吸附，微塑料的聚集或它們集合成海洋雪，可能導致其密度和表面疏水性增加。聚苯乙烯也可能出現沉淀現象，其密度范圍很寬（0.16～1.05g.cm-3），該聚合物因為它的絕緣性能好，主要用于生產泡沫塑料，包裝材料和電子產品。聚酯類代表一組聚合物，主要用作紡織紗線。

2.4 表面特征

采用掃描電鏡（SEM）研究了沉積物中提取的微塑料的表面形貌。SEM圖像顯示了不同碎片的不同形狀和表面粗糙度。

掃描電子顯微鏡（SEM）用于研究鑒定的MP的表面形態，掃描電鏡不僅將微塑料的表面呈現出來，而且能夠進一步將一些疑似微塑料的藻類和礦物質排除。圖4顯示了不同類型微塑料的表面形態，發泡類的網狀多孔表面和碎片類的破損斷裂多孔隙表面以及纖維長條狀破損不光滑的表面。在微塑料表面還附著一些清理不掉的有機物質或者礦物質。在目前的研究中顯示，微塑料的破損的表面使其具有吸附有機污染物和重金屬的能力。且MPs和潛在有毒元素在不同物種中的積累取決于許多因素，包括棲息地，攝食策略，生物的生理特征，以及理化行為和污染物的特征。

由于微塑料在海洋環境中持續的時間不確定，但是若塑料中含有添加劑，會將存在的時間延長至少10年。螃蟹作為人們經常食用的海洋水產品，不僅口感鮮美而且其營養價值非常高。人們在食用海洋水產品的同時也將一些被污染的海鮮食入對人體造成危害。這些污染包括重金屬和有機污染物以及微塑料。而且目前許多的研究得出，微塑料對于有機污染物（DDTs和PCBs等）具有吸附和運輸作用，吸附的主要原因是微塑料經過太陽氧化和海浪的沖擊等作用下表面會產生許多的破損，就會成為重金屬和有機氯農藥等污染物的載體。從而加劇了對于海洋水產品的污染，這些食物鏈低級的海洋生物被食物鏈高等的海洋生物（魚類等）捕獲使污染在食物鏈中傳遞，加劇了生態污染。

2.5 微塑料來源

按照來源地的不同將海洋環境中微塑料的來源分為陸源微塑料和海洋微塑料以及大氣沉降。微塑料的來源廣泛，80%來源于陸地，通過各種渠道流入海洋，其他來源的微塑料是海上活動作業丟棄的破損捕魚器具直接丟棄到海洋中最終破碎成微塑料。由于微塑料顆粒尺寸較小，進入污水處理系統的不同來源的微納米塑料（日化制品和工業生產以及紡織纖維脫落）很難有效將其過濾去除，最終導致大量的微塑料顆粒被排放到海洋環境中。

在本研究和其他研究的采樣過程中，多次發現在東海的海面以及碼頭和海灣等都漂浮著許多大型塑料，這些塑料由于密度比較小，能夠長時間漂浮在海洋環境中。在海水拍擊和風化以及各種環境因素的腐蝕下逐漸的破碎和剝落出許多粒徑<5mm的微塑料。在多個采樣點附近發現的發泡類微塑料與其周邊漂浮或者是正在使用的漁具的大型發泡類塑料的材質基本一致。發泡類塑料在沿海地區的普遍存在與其來源密切有關。沿海養殖和漁業等活動頻繁，從而發泡塑料制品在沿海地區廣泛使用，一些漁船船體發泡塑料浮子和海水養殖所用的發泡塑料板和泡沫箱等都是發泡類微塑料的來源。在海浪和風的推動下，這些塑料能夠被帶到更遠的地方。而且類似港灣等地貌復雜且避風的地方更加容易堆積這些密度較小的垃圾。除去陸源纖維類的輸入，例如洗滌衣物時一件衣服可以釋放多達1900種纖維到環境中。養殖使用網箱以及漁網和繩索等都是附近沉積物中纖維比重上升的原因，這些纖維的材質主要是尼龍質地，尼龍的密度（1.15g-cm3）實際上高于海水的平均密度（1.03g-cm3），從而這些纖維會沉降在附近。

3 結論

我們的研究結果表明，在舟山沿海水域海蟹體內微塑料污染很普遍，且在人活動頻繁區域附近的海蟹攝入的微塑料較多，而且種類相對較多。微塑料以纖維為主，其次是發泡類，碎片類最少。微塑料的化學組分為聚酯類和聚乙烯、聚酰胺和聚苯乙烯。通過掃描電鏡觀察到微塑料的表面發生不同程度的腐蝕，存在破損和斷裂。微塑料以碎片類和發泡類為主，薄膜類和纖維類所占比例較少。碎片類和纖維類的主要成分是聚乙烯，發泡類和薄膜類的主要成分是聚苯乙烯。對提取的微塑料的來源進行探究發現海岸環境污染會影響到海蟹，也就是陸源污染是造成海蟹微塑料污染的主要原因。

[參考文獻]

[1] PLASTICSEUROPE.Plastics-The Facts：An analysis of European Plastic Production，Demand and Waste Data Brussels，Belgium[R].2016.

[2] CLAESSENS M，MEESTER S D，LANDUYT L V，et al.Occurrence and distribution of microplastics in marine sediments along the Belgian coast[J].Marine Pollution Bulletin，2011，62（10）：2199-2204.

[3] DEVRIESE L I，MEULEN M D，MAES T.Microplastic contamination in brown shrimp（Crangon crangon，Linnaeus 1758）from coastal waters of the Southern North Sea and Channel area[J].Marine Pollution Bulletin，2015，98（1/2）：179-187.

[4] FENDALL L S，SEWELL M A.Contributing to marine pollution by washing your face：Microplastics in facial cleansers[J].Marine Pollution Bulletin，2009，58（8）：1122-1225.

[5] VAN CAUWENBERGHE L J R.Microplastics in bivalves cultured for human consumption[J].Environmental Pollution，2014，193：65-70.

[6] FRIAS J L，OTERO V，SOBRAL P.Evidence of microplastics in samples of zooplankton from Portuguese coastal waters[J].Marine Environmental Research，2014，95（4）：89-95.

[7] THOMPSON J T，GRAHAM E R.Deposit-and suspension-feeding sea cucumbers（Echinodermata）ingest plastic fragments[J].Journal of Experimental Marine Biology and Ecology，2009，368（1）：22-29.

[8] BESSELING，ELLEN，WEGNER，et al.Effects of Microplastic on Fitness and PCB Bioaccumulation by the;Lugworm Arenicola marina（L.）[J].Environmental Science&Technology，2013，47（1）：593-600.

[9] DEHAUT A，CASSONE A L，FR?RE，et al.Microplastics in seafood：Benchmark protocol for their extraction and characterization[J].Environmental Pollution，2016，215：223-233.

[10] IMHOF H K，SCHMID J，NIESSNER R，et al.A novel，highly efficient method for the separation and quantification of plastic particles in sediments of aquatic environments[J].Limnology&Oceanography Methods，2012，10（7）：524-537.

[11] 周倩，章海波，周陽，等.濱海潮灘土壤中微塑料的分離及其表面微觀特征[J].科學通報，2016，61（14）：1604-1611.

[12] YOUNG A M.Characterization of microplastic and mesoplastic debris in sediments from Kamilo Beach and Kahuku Beach，Hawai＼"i[J].Marine Pollution Bulletin，2016，113：1-2.

[13] LI Jian-a，YANG Dong-qi，LAN Li，et al.Microplastics in commercial bivalves from China[J].Environmental Pollution，2015，207：190-195.

[14] VENDEL A L，BESSA F，ALVES V N，et al.Widespread microplastic ingestion by fish assemblages in tropical estuaries subjected to anthropogenic pressures[J].Marine Pollution Bulletin，2017，117（1/2）：448-455.

[15] BROWNE M A，CRUMP P，NIVEN S J，et al.Accumulation of Microplastic on Shorelines Woldwide：Sources and Sinks[J].Environmental Science&Technology，2011，45（21）：9175-9179.

[16] 孫承君，蔣鳳華，李景喜，等.海洋中微塑料的來源和分布及生態環境影響研究進展[J].海洋科學進展，2016，34（4）：449-461.

[17] PHAM C K，EVA R L，ALT C S，et al.Marine Litter Distribution and Density in European Seas，from the Shelves to Deep Basins[J].PLOS ONE，2014，9（4）：e95839.