珠三角河網魚類微塑料污染特征研究

樊珂宇，高原，賴子尼，曾艷藝，劉乾甫，李海燕，麥永湛，楊婉玲，魏敬欣，孫金輝，王超*

1.天津農學院/天津市水產生態及養殖重點實驗室，天津 300384；2.中國水產科學研究院珠江水產研究所，廣東 廣州 510380；3.農業農村部珠江流域漁業生態環境監測中心，廣東 廣州 510380；4.國家漁業資源環境廣州觀測實驗站，廣東 廣州 510380；5.廣東省水產動物免疫技術重點實驗室，廣東 廣州 510380；6.上海海洋大學海洋生態與環境學院，上海 201306

塑料是指從石油或天然氣中提取的合成有機聚合物，因具有耐用、輕便、成本低、易成型的特性而被廣泛應用（Li et al.，2016；Firdaus et al.，2019）。自1940年塑料被發明至今，世界塑料總產量高達8.3×109t（孫凱，2021）。塑料經過物理降解、光降解和生物降解作用，會進一步分解形成粒徑小于5 mm的微塑料（Law et al.，2014)。由于微塑料體積小，且在環境中的持久性，易被各種生物攝食，相關研究報告，在自然環境中有超過一百多種魚類、無脊椎動物、鳥類和海洋哺乳動物攝食了微塑料（Cole et al.，2011；Lusher et al.，2013；Fossi et al.，2014；Rochman et al.，2015；Terepocki et al.，2017）。微塑料在海洋環境中廣泛存在（Law et al.，2010；Desforges et al.，2014；Lavers et al.，2017），《科學》雜志預測，到2025年進入海洋的塑料垃圾將達 2.5×108t（Jambeck et al.，2015）。目前微塑料的主要研究區域集中于海洋環境中（Cole et al.，2011；Do Sul et al.，2014），然而在淡水湖泊和河流中也檢測到了高豐度的微塑料（Klein et al.，2015；Baldwin et al.，2016；Su et al.，2016；Zhang et al.，2017）。

珠江三角洲位于中國廣東省中南部，是中國經濟增長速度最快的區域之一，人口眾多，產生了大量的塑料垃圾向外排放（趙肖等，2021）。從國家統計局數據庫得知，在2021年，中國共產生8004×104t塑料，其中廣東省產生1510×104t，排全國第一。而且據研究表明，珠江每年向南海排放10×104t塑料，已經成為河流塑料向海洋排放的第三大貢獻者（Lebreton et al.，2017）。

目前，在河流、海洋、河口等生態系統中均發現微塑料（Valente et al.，2019；Yuan et al.，2019；Kasamesiri et al.，2020；Talley et al.，2020）。此外，對于魚類而言，無論其來源于野生環境還是養殖池溏，在其腸道、鰓等組織中均發現了不同數量的微塑料（Rochman et al.，2015；Wu et al.，2020；Wootton et al.，2021）。在英吉利海峽（Lusher et al.，2013）、地中海（Bellas et al.，2016；Nadal et al.，2016）和東太平洋（Rochman et al.，2015）中均檢測出魚類體內含有微塑料的存在，但對自然水體中淡水魚類體內微塑料分布特征的研究卻很少。本文選取珠江三角洲河網水域幾種常見淡水魚為對象，對魚體鰓部和腸道微塑料數量、分布及特征進行研究，有助于我們更清楚地了解珠江流域水生態環境中微塑料的分布特征和微塑料對水生態環境及人類的影響和危害。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

于2021年8月，在珠江流域西北江河網采集了8個品種魚，采樣地點是左灘和蓮花山（具體位置見圖 1）。所有樣品均來自漁民當天用拖網捕撈上來的野生淡水魚，這 8種魚分別是：鳙（Aristichthys nobilis）、鯉（Cyprinus carpio）、麥瑞加拉鯪（Cirrhinus mrigala）、羅非魚（Oreochromis mossambicus）、鰱（Hypophthalmichthys molitrix）、海南鲌（Culter recurviceps）、廣東魴（Megalobrama terminalis）、泥鰍（Misgurnus anguillicaudatus）。將完整魚體包在錫箔紙中，放入密封袋，置于低溫冰箱冷凍保存。

圖1 采樣點具體位置Figure 1 Location of the sampling sites

1.2 組織內微塑料的分離和提取

處理樣品時，先將冷凍的樣品放在通風處常溫解凍，然后將表面污垢清洗干凈，對鑒定出的每條魚進行測量，記錄各個樣品的體長和體質量（體長、體質量分別精確到0.1 cm、0.1 g）。

樣品解剖時，取出魚體的鰓和腸道部分，用氫氧化鉀消解法對魚體組織進行消解，從其中提取微塑料，方法為：將魚體組織放入500 mL燒杯中并加入10%的氫氧化鉀溶液，溶液體積至少是所取組織體積的3倍，加完溶液的樣品用錫箔紙將燒杯密封起來，放入60 ℃烘箱中消解5 d（確保樣品完全消解完全）（Bessa et al.，2018）。然后用去離子水清洗3遍過濾裝置，將消解液抽濾到玻璃纖維膜（GF/F，孔徑0.7 μm，直徑47 mm）上，取下玻璃纖維膜放入培養皿中，貼好標簽，置于60 ℃的烘箱中烘干。

1.3 微塑料鏡檢與化學成分鑒定

借助體式顯微鏡（SteREO Discovery V8）對微塑料樣品進行鏡檢，觀察并記錄樣品的粒徑、形態、顏色等特征。使用賽默飛顯微紅外光譜儀（Thermo Fisher Company，Waltham，MA，USA）鑒定聚合物成分，應用OMNIC軟件分析光譜，并與定制參考數據庫進行比較，可接受的有效數據是匹配度大于70%的聚合物。

1.4 質量控制

所有采樣器和容器均在采樣前用純水沖洗3次。在樣品采集、提取和鑒定過程中，操作人員穿戴丁腈手套和純棉實驗服，以減少塑料污染。在鑒定和定量檢測之前，對體視顯微鏡和FTIR光譜儀的樣品支架進行仔細清洗和檢查，同時作空白試驗以評估檢測過程中潛在的污染，結果表明每個空白對照中均未檢測到微塑料。

1.5 數據分析

應用ArcMap 10.2軟件繪制站點圖，GraphPad Prism 8軟件對魚體內的微塑料豐度與魚的體長、體質量等數據進行線性回歸分析，Excel 2019對實驗結果進行處理，Origin 2019b進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 魚類的形態指標及食性特征

8種野生淡水魚類的形態參數及食性特征如表1所示。結果顯示，鰱棲息于表層水體，鳙、海南鲌棲息于中上層水體，羅非魚、廣東舫棲息于中下層水體，鯉、麥瑞加拉鯪和泥鰍棲息于底層水體；食性方面，鳙、鏈屬于濾食性魚類，鯉、麥瑞加拉鯪、羅非魚、海南鲌、廣東魴和泥鰍屬于雜食性魚類；魚體長范圍為10.5—60.0 cm，體質量范圍為6.1—2900.9 g。

表1 珠三角河網魚類基本信息Table 1 Basic informations of fishes in the Pearl River Delta

2.2 魚類微塑料的豐度和粒徑

調查的8種淡水魚均檢測出微塑料的存在，其中鰓部的微塑料檢出率為84%，腸道的微塑料檢出率為78%。在所有魚體中共檢測出60個微塑料，平均每條魚攝入了1.6個微塑料，鰓部微塑料的豐度范圍為0.029—4 items·g-1，平均豐度為(0.638±1.276)items·g-1，腸道中微塑料的豐度范圍為0.019—1.000 items·g-1，平均豐度為(0.256±0.326) items·g-1。

按魚類食性區分，結果顯示，鳙、鰱兩種濾食性魚類體內微塑料豐度最低，且鰓部微塑料豐度大于腸道微塑料豐度；雜食性魚類體內微塑料豐度顯著大于濾食性魚類，其中只有羅非魚體內腸道微塑料豐度大于鰓部，其余種類均為鰓部微塑料豐度大于腸道。按棲息水層區分，結果顯示，棲息于表層和中上層水體的魚類體內微塑料平均豐度最低，腸道微塑料平均豐度為0.053 items·g-1，鰓部為0.060 items·g-1；棲息于中下層水體的魚類體內微塑料平均豐度居中，腸道微塑料平均豐度為0.232 items·g-1，鰓部為0.270 items·g-1；棲息于底層水體的魚類體內微塑料平均豐度最高，腸道微塑料平均豐度為0.395 items·g-1，鰓部為1.460 items·g-1（圖 2）。

圖2 微塑料豐度分布Figure 2 Abundance distribution of microplastics

魚體微塑料粒徑以大于100 μm為主，其中粒徑小于100 μm的微塑料有10個，大于100 μm的微塑料粒徑有50個，腸道中粒徑大于100 μm的微塑料占比大于鰓部的。如圖3所示，鰓部中粒徑大于100 μm的微塑料占77%，腸道中粒徑大于100 μm的微塑料占90%。底層魚類攝食了更多大于100 μm的微塑料。

圖3 微塑料粒徑分布Figure 3 Size distribution of microplastics

2.3 魚類微塑料的形態和顏色

魚體中共檢測出顆粒類、纖維類、碎片類 3種類型微塑料，其中顆粒類占 15%，纖維類占10%，碎片類占75%（圖4）。在這些魚的鰓部中共檢測到31個微塑料，碎片類占68%、顆粒類占23%、纖維類占9%，其中麥瑞加拉鯪、鰱、廣東魴和泥鰍的鰓部只檢測出碎片類微塑料，鳙、鯉、海南鲌鰓部檢測出 3種形態的微塑料（顆粒類、纖維類、碎片類）。顆粒類大多被中上層的魚類所攝入，底層魚類攝入更多的碎片類，腸道中共檢測到29個微塑料，碎片類占 83%、纖維類占10%、顆粒類占7%，鰓部的碎片類微塑料占比大于腸道（圖4）。

圖4 微塑料形態分布Figure 4 Morphology distribution of microplastic

檢測出的微塑料顏色以褐色、黑色、灰色為主。如圖5a所示，鰓部灰色的微塑料占42%，黑色占39%，褐色占 13%，其他顏色占 6%。腸道中灰色的微塑料占55%，黑色占38%，褐色占7%（圖5b）。腸道中沒有其他顏色的微塑料。鰓部和腸道中灰色微塑料的占比最大。

圖5 微塑料顏色分布Figure 5 Color distribution of microplastics

2.4 魚類微塑料的組成成分

共檢測到15種化學組分，主要為聚乙烯（polyethene，PE）和聚丙烯（polypropylene，PP），其顯微圖片和FTIR光譜圖見圖6和圖7。其他組分包括聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC）、聚苯乙烯（polystyrene，PS）、聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）、聚異戊二烯（polyisoprene，PI）、乙烯（ethylene）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene glycol terephthalate，PET）等。如圖 8a和8b所示，鰓部和腸道中 PE占比均為最大，分別為39%和38%。

圖6 魚體內部分微塑料顯微圖Figure 6 Micrograph of microplastics in fish

圖7 魚體內主要微塑料的紅外光譜圖Figure 7 Infrared spectra of major microplastics in fish

圖8 微塑料化學成分類型組成分布Figure 8 Chemical composition distribution of microplastics

2.5 魚類微塑料分布與個體之間相關性分析

采集了8種野生淡水魚，不同種類魚的體長、體質量存在較大差異，為了研究魚的體長、體質量與魚體中鰓部和腸道的微塑料豐度之間的相關性，對這8種魚的體長、體質量對鰓部和腸道微塑料的豐度進行了線性回歸分析。研究發現：鰓部微塑料豐度（r= -0.412，P=0.31＞0.01）和腸道微塑料豐度（r= -0.494，P=0.213＞0.001）與魚的體質量相關性較弱；鰓部微塑料豐度（r= -0.603，P=0.114＞0.01）和腸道微塑料豐度（r= -0.662，P=0.074＞0.01）與魚的體長相關性較弱（圖9）。

圖9 魚體中鰓部微塑料豐度和腸道微塑料豐度與魚的體質量、體長的相關性Figure 9 Correlation between the abundance of microplastics in gill and intestine and the body weight and length of fish

3 討論

3.1 魚體內微塑料的豐度特征

研究發現，不僅在海洋生物體內，河流中的生物體內也有微塑料的檢出，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（劉思琪等，2022）等河流中的生物體內均有微塑料的檢出。本實驗選取了不同棲息水層、不同食性的魚類，其體內均有微塑料的檢出，證明淡水河流的魚類體內存在微塑料污染現象具有一定的普遍性。分析原因：（1）人口密集程度較大地區會產生大量生活污水，污水匯入河流后，增加了河流中塑料含量，導致水域中魚體內微塑料的豐度升高（鄭可，2019）；（2）個人護理和化妝品中的微珠在使用后被丟棄在排水溝里，并經過幾個處理過程，雖然 95%—99.9%的污染物通過在污水處理廠沉降而被去除，但其余的污染物隨污水排放并最終進入水生生物，這或許是導致河網水域的魚類微塑料的豐度更高的重要原因（Rochman et al.，2015)。

本研究結果顯示，泥鰍的微塑料豐度最高，鳙的豐度最低，根據棲息水層觀察，棲息在中上層的魚類的微塑料豐度較低，而棲息于中下層和底層的魚類的微塑料豐度較高，尤其是棲息在底層的魚類，微塑料豐度明顯高于中上層的魚類。分析原因，可能是底層水體中沉積的微塑料含量較高，增大了底層魚類誤食微塑料的幾率。Lusher（2013）進行研究時發現，底層魚類在捕食過程中不可避免地會攝取沉積物，由于沉積物中含有較高豐度的微塑料，這一過程導致微塑料在底層生物中的豐度普遍較高。王驥等（2007）和徐華林（2016）研究發現，體內微塑料個體豐度較高的物種，生活習性普遍偏向于底層或中下層生活，如褐牙鲆Paralichthys olivaceus、短吻紅舌鰨Cynoglossus joyneri、多鱗鱚Sillago sihama等，這與本研究結果相一致。

本研究結果發現，在濾食性魚體內，鰓部微塑料豐度占總體微塑料豐度百分比大于雜食性魚類。分析原因，主要是由于濾食性魚類利用鰓部濾食器官進食時，水體和食物中的微塑料被鰓耙截留，導致鰓部微塑料豐度較高。劉思琪等（2022）對上海主要河流魚類體內微塑料污染狀況進行研究時發現，魚體內微塑料豐度在魚類食性上也有差異，表現為雜食性＞草食性和濾食性＞肉食性，其原因除了與水層和食物中附著的微塑料密度有關外，也可能與肉食性魚類腸道較短、微塑料易排出有關。鄭可（2019）對珠江流域野生淡水魚體內微塑料污染進行研究時發現，雜食性魚類腸道中的微塑料豐度普遍高于草食性和濾食性魚類，這可能與不同魚種對食物的選擇性不同有關。

3.2 魚體內微塑料的形狀和顏色組成特征

本研究水域魚類攝入的微塑料大部分是碎片狀，其次是顆粒狀。碎片的形態各有不同，有類似于條狀的碎片，也有片狀和塊狀的碎片。Tanaka et al.（2016）對東京灣的研究中發現微塑料碎片的來源雖然無法確定，但它們的出現可能與其來源或在環境中的退化歷史有關。鄭可（2019）對微塑料的研究發現，碎片的來源可能是被遺棄后的質量堅硬的塑料制品，如瓶蓋、食物容器、生活用品等。但是由于這些物品硬度較大，不易破碎，但在長時間風化和光解作用下能破碎成微小的塑料碎片顆粒。Eriksen et al.（2014）對地中海水域進行表面網狀拖網和目測大型塑料碎片橫斷面研究后發現，該地區研究報告了8.9×105km2的塑料物品，其中大部分為碎片狀微塑料。顆粒狀塑料的主要來源是個人護理及化妝品中添加的塑料微珠，通過生活污水排放進入環境中（Lei et al.，2017）。一些洗面奶和一些個護產品含有球形微珠，產品上標注含有聚丙烯或聚乙烯，他們會在淡水系統中漂浮，從而出現在河流中，并被河流中的生物體攝入（Eriksen et al.，2013）。

本次調查采集到的微塑料顏色以黑色和灰色為主，結果與Lusher et al.（2013）在英吉利海峽和Mcgoran et al.（2017）在泰晤士河的研究結果相一致，這可能與魚類攝食大量的沉積物有關。但其他研究水域微塑料的顏色以彩色為主，如鄱陽湖（李文華等，2020）、格陵蘭島北部魚類（Morgana et al.，2018）等，可能來自漁業活動中老化的漁具。

3.3 魚體內化學組成特征

本研究中微塑料主要成分是 PE、PVC、PP，其中PE、PP占比較高，分析原因為，（1）PE是塑料中常見的主要成分，許多塑料制品及化妝品中都含有該成分。PP通常用于食品包裝、塑料容器和管道，它們越來越多地用于服裝和紡織品的制造（Park et al.，2004）。PVC材料主要用于管道、門窗上，也可用于瓶子、非食品包裝中，還可通過加入塑化劑制成軟管道、電纜絕緣體等產品。（2）PE和PP是世界上主要的塑料產品和塑料廢物類型（Geyer et al.，2017），也是生產漁器的主要來源，本研究微塑料的主要來源可能是源于廢棄的漁器降解后形成的塑料碎片。盡管PE和PP都屬于無毒材料，但這些材料可能會吸收環境中的污染物，從而對魚體的健康產生負面影響（Rochman et al.，2013）。

3.4 魚類微塑料分布與個體之間相關性分析

本研究結果表明，魚體內微塑料豐度與魚體體長、體質量相關性較弱，國外有研究也表明，魚體微塑料的豐度與魚體的體長和體質量均不相關（Foekema et al.，2013）。以上結果表明，微塑料在魚體內的存在是短暫的，可認為微塑料在魚體中的積累潛力很小。魚體內微塑料的存在說明魚類可能在被捕撈不久前剛攝入了微塑料（Güven et al.，2017）。

3.5 魚體內微塑料的分布與國內外其他地區的比較

研究證實，生物體內微塑料豐度與水環境（水體、沉積物等）中微塑料的污染水平相關，前者可間接反映出后者的污染水平（Pellini et al.，2018）。本研究中，魚類腸道中微塑料的檢出率為78%，鰓部微塑料的檢出率為84%。與國內外其他研究相比，本研究魚體內微塑料高于中國三峽大壩野生淡水魚的25.7%（Zhang et al.，2017），高于葡萄牙的蒙臺哥河口野生魚類的38%（Bessa et al.，2018），高于英吉利海峽的野生魚類的36.5%（Lusher et al.，2013）和日本東京灣海洋魚類中的77%（Tanaka et al.，2016）（表2）。說明珠三角河網中野生魚類的微塑料污染較嚴重。

表2 國內外地區野生魚體內微塑料檢出率Table 2 Detection rate of microplastics in wild fish at home and abroad

4 結論

對珠江三角洲水域8種野生淡水魚的鰓部和腸道中微塑料的豐度、粒徑、形態、顏色和組成成分進行分析，結果表明：

（1）在所有魚體中共檢測出60個微塑料，平均每條魚攝入了1.6個微塑料，鰓部的平均豐度為(0.638±1.276) items·g-1，腸道的平均豐度為(0.256±0.326)items·g-1，鰓部的平均豐度大于腸道的平均豐度。

（2）本實驗檢測出的微塑料粒徑多大于100 μm，主要為碎片狀，顏色主要為黑色和灰色，檢測到的聚合物類型主要為聚乙烯和聚丙烯。中上層魚類攝入的微塑料大多為顆粒狀，底層魚類攝入的多為碎片狀。

（3）通過對魚類微塑料的豐度與魚的體長、體質量的相關性分析表明，魚類微塑料的豐度與魚的體長、體質量相關性較弱。