青島近岸野生牡蠣及海灘沉積物中的微塑料季節性分布特征及其關聯性

黃六一，黃杰鴻，尤鑫星，盛化香，王 沖，彭 海

(中國海洋大學水產學院，青島 266000)

塑料一般通過石油、天然氣或者煤衍生的單體聚合產生，是一種高分子量的有機聚合物[1]。塑料是人類生活中不可或缺的一種材料，由于其具有質量輕、多功能及耐用等良好的性能，被廣泛用于日常生活及工農業產品和領域中，如日用品、服裝、產品包裝、漁用材料等。

隨著塑料生產量的增加，由于處理不當和降解有限等原因，造成塑料垃圾急劇增加，塑料污染已成為嚴重的環境問題，尤其是對海洋環境的污染。海洋中大多數塑料碎片以微塑料(<5 mm的塑料顆粒)的形式存在，主要來源有兩種：原始制造的塑料顆粒或微珠(稱為初級微塑料)，或由較大的塑料垃圾分解而成(稱為次級微塑料)[2]。Jambeck等[3]估計，2010年192個沿海國家產生了2.75億t塑料垃圾，其中480萬t至1 270萬t最終進入海洋，在缺乏適當管理措施的情況下，到2025年，海洋塑料碎片將增加一個數量級。微塑料作為新興海洋污染物，近年來研究其在海洋中的分布以及對海洋生物的危害已受到世界范圍的關注。目前微塑料已在各地海水[4-6]、海洋沉積物[7-9]和生物體[10-12]中被發現。

人類活動頻繁的近岸海域是微塑料污染尤為嚴重的區域，是目前微塑料研究的熱點區域，而作為人類活動最為密集的沿海城市的海灘，受到國內外學者的重點關注[9,13-14]。目前已有相關的研究調查了微塑料在青島沿岸的分布，部分涉及棧橋海水浴場。如羅雅丹等[15]研究了青島近岸4個典型海水浴場海水和沉積物中微塑料的分布；尹詩琪等[16]研究了青島近岸4個不同海域(紅島水產養殖區、李村河口附近、團島污水處理廠、麥島沙灘附近)表層海水和潮灘沉積物中微塑料的分布；Gao等[17]對夏、冬季青島海水浴場海水和海灘的微塑料污染進行了調查研究。但整體而言，上述研究中對于海洋微塑料的季節變化關注較少，且未開展定居生物體內的微塑料研究。考慮到微塑料在環境中的廣泛分布及其對生物的影響，因此有必要同時開展海洋環境和定居生物體內的微塑料污染研究，從而分析微塑料在生物體內與海洋環境中的分布特征及其關聯性。

生物攝入微塑料后可能產生各種不良反應。有研究發現，牡蠣的繁殖受到聚苯乙烯微塑料的影響；貽貝因攝入微塑料而產生明顯的組織學變化和炎癥反應；許氏平鲉攝食微塑料后捕獵行為、能量儲備和營養質量均受影響[18-20]。因此，海洋微塑料可能降低野生或養殖水產品的品質甚至影響經濟效益。由于被人們大量食用，海產品中海洋微塑料的存在還可能對人類食品安全構成威脅。據統計，歐洲消費者每年通過食用貝類攝入達1.1萬個微塑料[21]。Set?l?等[22]和Wesch等[23]發現，雙殼類動物比其他海洋無脊椎動物和不同食性的捕食者更容易攝入微塑料。牡蠣(Ostreagigastnunb)隸屬軟體動物門、雙殼綱、珍珠貝目，是一種重要的海洋生物資源，廣泛分布在潮間帶和潮下帶水深不超過10 m的范圍內，是世界第一大養殖貝類。中國是世界上最大的牡蠣養殖國，據統計，2020年中國牡蠣產量達542萬t[24]。牡蠣以殼粘固于巖礁或其他物體上，通過鰓不斷過濾大量海水來進食和呼吸，與自由移動的生物相比，這種固著棲息的生物更容易反映所在區域的環境污染狀況，因此牡蠣可以作為海洋微塑料污染的指示種[22-23]。牡蠣除了作為海洋微塑料污染的指示種外，由于被人們大量食用，也可能成為評估人類通過海產品攝入微塑料的潛在健康風險的介質。有研究表明海灘上的微塑料可直接來源于漁業生產、旅游活動等[13-14,25]，且海灘環境有利于塑料的風化，產生微塑料的可能性更大。因海水具有流動性，只能反映采樣點當時的微塑料污染狀況，而牡蠣和沉積物能夠更好地反映一個區域內微塑料污染的長期狀態[26]。

本研究選取青島近岸礁石上大量分布的野生牡蠣和海灘沉積物作為研究對象，分別在夏、秋、冬季同時采集野生牡蠣及其附近的海灘沉積物樣本，開展3個季度的海洋微塑料調查，分析和評估該區域內牡蠣體內和海灘沉積物中海洋微塑料污染水平、季節性變化及二者的關聯性，研究結果可為青島沿岸海產品中微塑料污染的風險評估以及海洋微塑料的監測治理提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集

采樣于2021年夏季的8月16日、秋季的10月17日、冬季的12月12日進行，采樣區域如圖1所示。

圖1 采樣位置

牡蠣樣品采集于棧橋旅游區內退潮后的巖礁上，每次隨機采集35個(殼長3.2±0.4 cm)。為避免其他因素對樣品產生微塑料污染，樣品用鋁箔密封，帶回實驗室，在-20℃冰箱中保存。沉積物采樣使用樣方法[27]。采集地點選擇在棧橋旅游區海灘高潮線和潮間帶。每次在海灘高潮線和潮間帶沿著海岸100 m范圍內各隨機選擇3處50 cm×50 cm的樣方，用不銹鋼勺采集上層5 cm以內的沉積物，每個樣品重量200 g左右，每次采集6個樣本，用鋁箔紙密封帶回實驗室。

1.2 微塑料的提取

分析前先用電子游標卡尺(得力DL91150)測量樣本牡蠣的殼長，然后用蒸餾水沖洗所有樣本，以去除樣本外部的顆粒，再用解剖工具撬開外殼，分離其軟組織。將5個樣本的軟組織加在一起置于燒杯中作為一個試驗組，因此每個季節可獲得7個試驗組。用電子天平分別稱量獲得每個試驗組的軟組織重量，對每個季節35個牡蠣軟組織重量進行季節間的方差分析，發現其重量差異不顯著(P>0.05)。每個試驗組中加入200 mL 10%氫氧化鉀溶液，進行組織消解。所有燒杯均用鋁箔覆蓋，在60℃水浴鍋中加速消解3 h，然后在室溫下消解24 h，再用真空抽濾機(予華SHZ-DⅢ)進行抽濾。真空抽濾機濾膜采用0.45 μm孔徑的玻璃纖維素濾膜。為減少微塑料粘附造成的樣品損失，用蒸餾水反復沖洗燒杯和漏斗的內壁。最后將濾膜放入有蓋玻璃培養皿中避光保存，待下一步試驗。

沉積物中微塑料的提取方法使用密度浮選法[28]。在60℃烘箱內將沉積物樣本干燥72 h至恒重；從每個樣本稱取50 g恒重的子樣本，放置在玻璃燒杯中，加入200 mL飽和氯化鈉溶液(1.2 g/cm3)，用干凈的玻璃棒手動攪拌1 min；用鋁箔覆蓋燒杯口，靜置5 min之后，將沉淀物層以上的水溶液轉移到另一個空置清潔玻璃燒杯中，獲得含有微塑料的上清液體。為提高微塑料回收率，每個子樣本重復浮選3次。3次收集的上清液置于同一燒杯，添加15 mL質量分數為30%的過氧化氫試劑在黑暗中消解24 h，以去除其中的生物有機質[28]。隨后的抽濾過程和濾膜保存與前述的操作一致。

1.3 微塑料的類別統計與計數

試驗中依據如下標準判斷是否為微塑料：1)用鑷子不能將顆粒夾碎；2)顆粒顏色分布均勻；3)顆粒不含生物組織和細胞結構[29-30]。本試驗將微塑料分為碎片狀、薄膜狀和纖維狀3種形狀。采用目視識別法，用立體顯微鏡(Olympus，SZ51，日本，放大倍數8～40倍)從左到右按Z字形觀察濾膜上的微塑料的形狀和顏色，并進行記錄。微塑料的粒徑以其最長邊為準，用目鏡上的顯微刻度尺進行測量和計數[26]，按照<0.5 mm、0.5～1 mm、1～2 mm、2～3 mm、3～4 mm和4～5 mm六大類進行分類和數量記錄。

1.4 微塑料的成分鑒定

成分鑒定委托相關鑒定公司利用顯微紅外光譜儀(賽默飛IN10)對顏色和形狀最具代表性的9個夏季沉積物中的微塑料樣品進行光譜分析。將樣品光譜圖與標準數據庫進行比較，當與標準數據庫匹配度超過80%時，可確定該微塑料的聚合物類型[16]。

1.5 污染控制

本研究設置暴露于空氣中的濕潤濾膜(16組)、牡蠣消化過程用蒸餾水代替軟組織(6組)二種空白試驗，以校正試驗過程中空氣和操作過程可能帶來的污染。參照前人研究排除與空白對照相似的污染物[31-32]。在試驗過程中，操作人員要求穿棉質實驗服。試驗中使用的玻璃器皿、解剖工具等器具在使用前均用蒸餾水清洗3次。

1.6 數據處理

采用Microsoft Office Excel 2016、SPSS 25.0進行數據統計分析和作圖。因討論比較需要，牡蠣體內的微塑料豐度以平均每個個體所含的微塑料個數(items/individual)和每克軟組織濕重對應的微塑料個數(items/g)表示；沉積物中的微塑料豐度以每克干重樣本所含的微塑料個數(items/g)表示。當數據同時滿足正態性及方差齊性時，采用獨立樣本T檢驗或ANOVA(單因素方差分析)進行差異性檢驗；否則用Mann-Whitney U檢驗或獨立樣本Kruskal-Wallis檢驗；當P<0.05時，表示二者差異顯著。

2 結果

2.1 檢測出的微塑料數量

每個空氣中的空白對照平均含0.4個污染物，每個消化過程空白試驗平均含0.7個污染物，說明試驗過程受輕微污染。夏、秋、冬季牡蠣體內檢出的微塑料個數分別為53、26、37個；夏、秋、冬季沉積物中檢出的微塑料個數分別為101、43、84個。

2.2 微塑料豐度

如圖2所示，夏季牡蠣體內微塑料豐度為1.51±0.71 items/individual，秋季為0.74±0.43 items/individual，冬季為1.06±0.49 items/individual。按照由大到小的排列順序為：夏季>冬季>秋季。夏季顯著高于秋季(P<0.05，ANOVA)，夏季與冬季、秋季與冬季間均無顯著性差異(P>0.05，ANOVA)。3個季節牡蠣體內的微塑料平均豐度為1.10±0.62 items/individual。

圖2 不同季節牡蠣體內微塑料豐度變化

如圖3所示，當以items/g為單位時，夏季牡蠣體內微塑料豐度為1.15±0.55 items/g，秋季為0.63±0.35 items/g，冬季為0.80±0.56 items/g，3個季節間無顯著性差異(P>0.05，Kruskal-Wallis檢驗)。

圖3 不同季節牡蠣及沉積物中的微塑料豐度變化

3個季節牡蠣體內的微塑料平均豐度為0.86±0.52 items/g。沉積物中微塑料豐度按照由大到小的排列順序為：夏季(0.34±0.12 items/g)>冬季(0.28±0.07 items/g)>秋季(0.14±0.10 items/g)，夏季顯著高于秋季(P<0.05，Kruskal-Wallis檢驗)，夏季與冬季、秋季與冬季間均無顯著性差異(P>0.05，Kruskal-Wallis檢驗)。3個季節沉積物中微塑料平均豐度為0.25±0.12 items/g。夏、秋、冬3個季節中牡蠣體內的微塑料豐度均極顯著高于沉積物(P<0.01，Mann-Whitney U 檢驗)，分別是沉積物中的3.4倍、4.5倍和2.9倍。

2.3 微塑料形狀

圖4為牡蠣體內(a)和沉積物中(b、c、d)的微塑料樣本形狀圖片，包括薄膜狀、纖維狀和碎片狀。

圖4 不同形狀的微塑料

如圖5所示，3個季節牡蠣體內的微塑料均以纖維狀為主，占比分別為98.1%(夏季)、96.2%(秋季)和100%(冬季)，其中，夏季有少量薄膜狀微塑料(占1.9%)，秋季有少量碎片狀微塑料(占3.8%)。沉積物中微塑料形狀與牡蠣體內的類似，也是以纖維狀為主，夏季纖維狀占98.0%，碎片狀占2.0%；秋季纖維狀占90.7%，碎片狀占9.3%；冬季纖維狀占98.8%，碎片狀占1.2%。

圖5 不同形狀的微塑料在牡蠣(a)和沉積物(b)中的季節性分布特征

2.4 微塑料顏色

如圖6所示，夏季牡蠣體內微塑料顏色以透明為主，占79.2%，紅色占9.4%，其他顏色(藍色、紫色和綠色)占11.3%；秋季主要是透明色，占61.5%，其次是藍色占30.8%，紅色占7.7%；冬季以透明和藍色為主，分別占48.6%、40.5%，黑色占8.1%，紅色占2.7%。總體而言，牡蠣體內的微塑料顏色以透明為主，秋、冬季藍色微塑料占比也處于較高的水平，其他顏色占比較少。

圖6 不同顏色的微塑料在牡蠣(a)和沉積物(b)中的季節性分布特征

夏季沉積物中微塑料顏色以紅色(52.5%)和透明(41.6%)為主，其他顏色(藍色和紫色)占5.9%；秋季以透明(46.5%)和藍色(32.6%)為主，紅色占16.3%，其他顏色(黑色和黃色)占4.6%；冬季以透明(36.9%)和藍色(32.1%)為主，黑色占20.2%，其他顏色(紅色和紫色)占10.7%。總體而言，沉積物中微塑料顏色以透明、紅色和藍色為主，3個季節中透明微塑料占比較高且比例相當，紅色微塑料比例在夏季較高，而藍色微塑料在秋、冬季較高。

2.5 微塑料粒徑

如圖7所示，夏季牡蠣體內檢出的微塑料粒徑范圍為0.15～1.575 mm，其中<0.5 mm的占47.2%，0.5～1 mm的占50.9%，1～2 mm的占1.9%；秋季的粒徑范圍為0.075～2.975 mm，<0.5 mm的占38.5%，0.5～1 mm的占46.2%，1～2 mm、2～3 mm的分別占7.7%；冬季的粒徑范圍為0.075～1.575 mm，<0.5 mm的占62.2%，0.5～1 mm的占32.4%，1～2 mm的占5.4%。

圖7 不同粒徑的微塑料在牡蠣(a)和沉積物(b)中的季節性分布特征

夏季沉積物中檢出的微塑料粒徑范圍為0.1～4.75 mm，最多為<0.5 mm，占37.6%，其次是0.5～1 mm，占35.6%，1～2 mm的占16.8%，2～3 mm的占8.9%，4～5 mm的占1.0%；秋季的粒徑范圍為0.125～3.8 mm，最多為0.5～1 mm，占37.2%，其次是<0.5 mm的占27.9%，1～2 mm的占23.3%，2～3 mm的占9.3%，3～4 mm的占2.3%；冬季的粒徑范圍為0.15～3.475 mm，最多為0.5～1 mm，占44.0%，其次是<0.5 mm的占31.0%，1～2 mm的占23.8%，3～4 mm的占1.2%。牡蠣體內和沉積物中的微塑料粒徑占比有一定差異，但均以粒徑<1 mm為主，占比達65.1%以上。

2.6 微塑料聚合物種類

夏季沉積物中的微塑料共檢出5種聚合物類型，包括纖維素(CE)、人造絲(RY)、腈綸(AC)、聚酯纖維(PES)和聚丙烯-聚乙烯共聚物(PP-PE)。圖8是5種微塑料樣品的光譜圖，與標準數據庫中的匹配度均達80%以上。

圖8 沉積物中5種微塑料樣品的顯微紅外光譜圖及其與標準數據庫的匹配度

3 討論

3.1 微塑料豐度及其季節性變化

青島近岸牡蠣體內3個季節的平均微塑料豐度(1.10±0.62 items/individual)與青島沙子口和黃島地區養殖牡蠣四季的平均微塑料豐度(1.2～3.3 items/individual)相近[33]，表明青島周邊海域的微塑料對生物的污染水平接近。夏季牡蠣體內微塑料豐度(1.51±0.71 items/individual)顯著低于桑溝灣養殖牡蠣(采集于夏季7、8月份)體內的微塑料豐度(19～164 items/individual)[34]，可能與桑溝灣海域大量的網箱、筏式養殖有關。青島近岸牡蠣體內微塑料豐度隨季節變化的趨勢呈夏季>冬季>秋季。當以items/individual為單位時，夏季顯著高于秋季(P<0.05)。溫度的變化對濾食性貝類的攝食有顯著的影響。Bayne等[35]研究表明，在適宜的溫度范圍內，攝食率隨著溫度的升高以冪函數的形式增加。夏季溫度相對更高，導致牡蠣攝食量增加，使更多的微塑料進入牡蠣體內，這可能是夏季牡蠣體內豐度高于秋冬季的原因。

青島近岸夏季沉積物中微塑料的豐度(337±116 items/kg)比Gao等[17]在2019年8月對棧橋海水浴場海灘沉積物中微塑料豐度的研究結果(30.02±2.49 items/kg)高一個數量級。Gao等[17]以棧橋海水浴場單位面積海灘沉積物中微塑料個數為單位得出的研究結果(279.63±23.18 items/m2)比羅雅丹等[15]的研究結果(4 350 items/m2)低一個數量級。青島近岸沉積物中微塑料豐度的季節變化趨勢為夏季>冬季>秋季，與Gao等[17]研究得到的青島海水浴場內水體、海灘沉積物中夏季微塑料豐度大于冬季的結果一致。值得注意的是，相關研究結果表明旅游旺季的海灘上會出現高豐度的微塑料污染[13-14]，但本研究青島近岸海灘沉積中的微塑料豐度在秋季(10月份)最低，而10月份屬于青島旅游旺季。推測其原因，本試驗秋季采樣時間為2021年10月17日，而2021年10月9日青島發生新型冠狀病毒疫情，導致海灘上的旅游活動大量減少，可能是導致本試驗結果與其他研究結果不一致的主要原因。

青島近岸牡蠣體內與沉積物中的微塑料豐度季節性變化趨勢一致。在夏、秋、冬3個季節中牡蠣體內的微塑料豐度都顯著高于沉積物中的豐度，與Jahan等[26]在澳大利亞新南威爾士州的研究結果類似，表明牡蠣體內可能出現了微塑料富集作用，需要引起重視。

3.2 微塑料形態

牡蠣體內和沉積物中微塑料的形狀基本呈纖維狀(占比大于90%)，無明顯季節性變化，高于沙子口和黃島4種雙殼貝類體內的纖維狀微塑料占比(45%)[33]以及珠江口野生牡蠣體內的占比(69.4%)[36]，與桑溝灣的養殖牡蠣中的纖維狀微塑料占比相當(99%)[34]，這與相關研究中微塑料纖維在腸道的轉運時間比微珠和碎片更長[37]這一結果吻合，但造成不同區域間的差異可能與當地的微塑料來源有關，有待進一步探討。3個季度青島近岸沉積物中纖維狀微塑料(占比90.0%以上)明顯高于青島近岸(紅島水產養殖區、李村河口附近、團島污水處理廠、麥島沙灘附近)潮灘沉積物中的占比(59.9%)[16]。人類活動可以產生大量的纖維狀微塑料，例如服飾、泳裝等紡織品在使用過程中的纖維脫落，有研究表明墨西哥的旅游海灘沉積物中較高豐度的纖維狀微塑料與泳衣和防紫外線服裝有關[13]。人類活動可能是造成上述結果的一個重要原因。其次，在研究區域西南方向距離不遠的海域建設有一定規模的塑料網箱，推測本研究中出現的大量纖維狀微塑料與漁用材料的磨損也有一定關系。本研究牡蠣體內與海灘沉積物中的纖維狀微塑料在3個季度的占比均在90%以上，表現出高度的一致性。

青島近岸牡蠣體內的微塑料顏色以透明和藍色為主，與Ding等[33]的研究中青島四種養殖雙殼類體內的透明和藍色微塑料含量明顯高于其他顏色以及Fu等[38]統計的中國水生生物體內的微塑料最常見的顏色是藍色和透明色的結果一致。青島近岸沉積物中微塑料顏色以透明、紅色、藍色為主，其中，3個季節透明微塑料占比較高且比例相當，部分可能是有色纖維在強烈的太陽紫外線輻射影響下轉化而來[14]；紅色和藍色纖維由于廣泛應用于服裝等編織物，可能與游客的服飾有關。牡蠣體內與沉積物中微塑料的顏色總體上保持一致，以透明、藍色為主。

本研究中牡蠣體內的微塑料粒徑范圍在75～2 975 μm，與Martinelli等[32]研究得到的美國薩利希海太平洋牡蠣體內的微塑料粒徑范圍102.45～2 885.49 μm相似，其中，以小于1 mm的微塑料為主(98.1%)，這與其他研究結果相一致[34,36]，這是由于無脊椎動物更有可能攝入粒徑較小(0.01～1 mm)的微塑料顆粒[39]。青島近岸海灘沉積物中的微塑料粒徑以小于1 mm居多，與其他研究一致[15-16]。牡蠣體內與沉積物中微塑料的粒徑分布總體上保持一致，均以1 mm以下的為主。

3.3 微塑料聚合物種類

本研究共檢測出夏季沉積物中有5種微塑料，包括聚酯纖維、人造絲、腈綸、纖維素和聚丙烯-聚乙烯共聚物，對比Gao等[17]對2019年夏季棧橋海水浴場海灘沉積物中的微塑料種類的研究只檢測出人造絲、聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚乙烯，其中以人造絲占比最高。由于本研究的微塑料成分鑒定僅檢測了9個典型樣品，因此沒有對每種微塑料的占比進行分析，需要在今后的研究中補充檢測樣品量。從微塑料種類分析其來源，人造絲、聚酯纖維、腈綸可能來源于服裝、洗衣廢水等。

3.4 生物指示種的討論

在豐度層面上，有研究表明牡蠣體內的微塑料豐度可以反映水體中的微塑料污染程度[36]。本研究發現，沉積物中與牡蠣體內的微塑料豐度的季節性變化趨勢一致，但3個季節中牡蠣體內的微塑料豐度都顯著高于沉積物中的豐度，約為3～4倍，說明環境中微塑料豐度的動態變化可以在牡蠣體內得到體現；在形狀層面上，二者之間的形狀保持了高度一致性，表明生物體內積累的微塑料形狀與沉積物中微塑料形狀密切相關；在顏色層面上，牡蠣體內與沉積物中微塑料的顏色總體上保持一致，可以反映環境中的微塑料顏色特征；在粒徑層面上，二者的粒徑分布總體上保持一致，均以1 mm以下的微塑料為主，可以反映環境中的微塑料粒徑特征。綜上所述，建議以礁石上的野生牡蠣作為青島近岸海洋微塑料污染的生物指示種。本研究目前主要從定性的角度分析了牡蠣體內和海灘沉積物中微塑料之間的關聯，未來還需要進一步開展更多的實驗室和野外試驗，以深入了解牡蠣攝取微塑料的機制，建立牡蠣體內與其周圍海洋環境中微塑料特征之間的對應關系，為減少牡蠣體內的微塑料富集及其健康養殖提供理論指導。

4 結論

本研究探討了夏、秋、冬季青島近岸牡蠣體內及沉積物中的微塑料分布特征及其隨季節的變化情況。結果顯示，牡蠣體內和沉積物中微塑料豐度的季節性變化趨勢具有一致性，均為夏季>冬季>秋季。總體上，牡蠣體內及海灘沉積物中均以粒徑<1 mm的纖維狀微塑料為主，無明顯的季節性變化；在顏色方面，牡蠣體內與沉積物中微塑料的顏色存在一定季節性差異，但總體上二者保持一致，以透明、藍色為主。顯微紅外光譜顯示，微塑料的化學成分有聚酯纖維、腈綸、人造絲、纖維素和聚丙烯-聚乙烯共聚物。基于牡蠣與沉積物中微塑料豐度隨季節變化的一致性和微塑料物理特征上的相似性，建議把牡蠣作為青島近岸海洋微塑料污染的指示生物。另一方面，在貝類等水產動物設施養殖區周圍應控制微塑料來源，以確保生物的健康和水產品的安全性。

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