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天津近岸海域微塑料分布特征及污染风险评价 韩龙.pdf


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2022年8月PERIODICAL OF OCEAN UNIVERSITY OF CHINAAug.,2022
天津近岸海域微塑料分布特征及污染风险评价*
韩 龙1,吕浩然2,韩 彤1,夏妍梦1,王秋莲1**
(,天津300191;,山东青岛266100)
摘 要: 为研究微塑料(Microplastics,MPs)在天津近岸海域的分布特征和污染风险,本文于2019年秋季对海水、海滩、
鱼类体内的微塑料数量、粒径、成分等进行了定性和定量分析。结果表明微塑料在天津近岸海域不同介质中广泛存在,其
,主要化学成分为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),%;海滩微塑料平均
,主要化学成分为聚碳酸酯(PC),%;,
主要化学成分为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),%。微塑料主要来源包括陆源、气源和海源,可能通过地表径流、入
海排污口、风力及海上活动等进入水体、海滩和鱼体。运用污染负荷指数对微塑料的污染程度进行评价,天津近岸表层海
水和海滩沉积物中的微塑料污染较轻,鱼类体内微塑料处于中度污染。
关键词: 微塑料;分布特征;污染风险
中图法分类号: X55 文献标志码: A 文章编号: 1672-5174(2022)08-124-08
DOI: .
引用格式: 韩龙,吕浩然,韩彤,[J].中国海洋大学学报(自然科学
版),2022,52(8):124-131.
Han Long,Lv Haoran,Han Tong,et characteristics and pollution risk of microplastics in Tianjin coastal
waters[J].Periodical of Ocean University of China,2022,52(8):124-131.
微塑料(Microplastics,MPs)为直径小于5mm的通过对天津近岸海域海水、海滩、鱼类体内微塑料数
塑料,其概念是由英国学者Thompson等在《科学》杂量、粒径、形态、颜色、成分的系统定性和定量分析,揭
志上首次提出[1]。近年来塑料垃圾已成为影响海洋生示天津近岸海域微塑料的分布规律和污染特征,评估
态环境的新兴重大问题[2],其中微塑料作为污染物的其潜在的生态风险。
载体对海洋生态系统和人类的危害性可能比大块塑料
1 材料与方法
垃圾危害更大,因此更受到全球广泛关注[3-6]。研究表
明,微塑料在海洋环境中普遍存在[7],大西洋[8]、
洋[9]、印度洋[10],乃至极地[11]均发现了微塑料,在近岸天津近岸海域研究范围为天津行政管辖海域,位
海域和沿岸河口的分布更为集中[7,12-14],甚至在鱼类、于渤海湾最西部,陆地毗邻天津市滨海新区,自然岸线
虾类等生物体内也均发现了微塑料[15-16]。153km,面积约2 046km2。在地理分布上对应滨海新
中国海洋微塑料的研究起步较晚,直至最近十几区汉沽、塘沽、大港三个滨海工业产业基地,入海河流
年才逐步开展,近年发展迅速,对海洋微塑料分布、来对应北塘口、大沽口、北排河口等主要河流入海口,人
源、毒理以及仪器分析等方面都有了较多研究[17-20],在类活动频繁,入海水量丰沛。
南海[21]、东海[22]、黄海[17,23]、渤海[17]
也都发现微塑料,表明我国各海域也普遍存在微塑料。2019年9月在天津近岸海域的汉沽、塘沽、大港毗
但对单个海域各介质中微塑料的系统调查及其关联性邻海域各设置1条垂直于湾底的断面(见图1,S1~S3),
的研究还比较少,尤其是天津近岸海域位于渤海湾半每个断面设置3个采样站位,采用孔径为333μm、网口
封闭海域的最底部,生态系统脆弱,,以2~3kn船速
能对海洋生态系统的稳定造成不利影响。因此本研究水平拖网10~15min,通过拖网距离与网口面积得出采
* 基金项目:国家重点研究发展计划项目(2018YFC1407602);中央海岛及海域保护资金项目(Z155060010002)资助
Supported by the National Key Research and Development Program of China(2018YFC1407602);the Island and Sea Area Protection
Fund of China(Z155060010002)
收稿日期:2022-01-10;修订日期:2022-02-24
作者简介:韩 龙(1985—),男,工程师,主要从事海洋生态环境研究。E-mail:******@
** 通讯作者:E-mail:******@
8期韩 龙,等:天津近岸海域微塑料分布特征及污染风险评价521
样体积,检测海水中的微塑料。在汉沽大神堂自然岸线集表层5~10cm沉积物,检测海滩沉积物中的微塑
所在海滩(潮上带)设置9个采样点位(见图1,T1~T9),料。在汉沽大神堂附近码头(见图1,FP)获取体长相
每个点位设置1m2样方,随机选取3个1/16m2样方采似的虾虎鱼20条,检测鱼类肠道内的微塑料。
图1 天津近岸海域微塑料采样站位示意图
Sampling stations in Tianjin coastal waters
。公示如下:
参照《海洋微塑料监测技术规程》的方法对样品进
CF=C/C0;PLIn=■CF;
行处理。加入饱和***化钠溶液对样品进行消解、浮选,
PLIZ=n ■PLI1×PLI2×…PLIn。
加入过氧化氢溶液去除生物残体,将消解后的滤
30%式中:CF为微塑料污染系数;C为微塑料在单个采样
膜放在洁净的玻璃培养皿中自然风干,准备镜检。
点的实测丰度;C0为微塑料丰度的参考值;PLI为单
;n为采样点个数;
使用奥林巴斯体式显微镜进行观测,对整张滤膜
PLIZ为天津近岸海域为某介质总的微塑料污染负荷
上所有疑似微塑料的颗粒物进行扫描,鉴定形状、粒指数。本研究以渤海海域相似调查方法的微塑料研究
径、颜色,人工挑选后放置在清洁滤膜上并做好标记。结果作为参考值,以《中国近岸海域环境状况公报》发
利用布鲁克LUMOSⅡ型傅里叶显微红外光谱仪再次布的2019年渤海中部海域调查结果[26]作为表层海水
扫描,并对标记的颗粒物进行成分鉴定。微塑料污染状况参考值,以2016年Yu等[27]学者对渤

利用excel 2010和ARCGIS ,以2017年Jabeen等[28]学者在中国近海鱼类的研
制图。究结果作为鱼类体内微塑料污染状况参考值。污染负
-污染负荷指数法荷指数评价标准如表1所示。
利用Tomlinson污染负荷指数法(Pollution Load
[2425]2 研究结果
Index)-对天津近岸海域海水微塑料的污染状况进
行评估。 表层水体中微塑料的分布
的污染状况与渤海类似研究进行比较,综合评估整个天津近岸海域表层水体中,共获取样品198个,其
621中 国 海 洋 大 学 学 报2 0 2 2年
中139个为微塑料。各点位微塑料的丰度变化范围为
~,。
各毗邻海域中,大港>汉沽>塘沽,各海域3个点位平
、(见图
2)。微塑料样品按形态特征分为4类,包括纤维状、碎
片状、棒状、薄膜状,%、
%、%、%(见图3)。微塑料样品按颜色
分为6类,包括蓝色、紫色、红色、透明、黑色、白色,所
%、%、%、%、%、
%(见图4)。微塑料粒径介于7~4 532μm之间,
按粒径长度可分为三类,即小于500μm,500~图3 表层海水中不同形态微塑料数量比例
1 000μm,大于1 000μm, Shapes of MPs in surface seawater
%、%、%(见图5)。使用傅里叶显微
红外光谱仪对样品成分进行分析,结果显示,天津近
岸海域表层海水微塑料化学组成包括聚对苯二甲酸
乙二醇酯(PET)、酚醛树脂(PF)、纤维素塑料(CE)、
聚乙烯(PE),%、%、%、%
(见图6)。
表1 微塑料污染负荷划分标准
Table 1 Criteria for degrees of the pollution
load of Microplastics
PLI污染程度Contamination degree图4 表层海水中不同颜色微塑料数量比例
Colours of MPs in surface seawater
<1轻度污染Light contamination
1~2中度污染Medium contamination
>2重度污染Heavy contamination
图5 表层海水中不同粒径微塑料数量比例
Partical sizes of MPs in surface seawater
图2 表层海水中微塑料丰度
Density of MPs in surface seawater图6 表层海水中不同成分微塑料数量比例
Chemical components of MPs in surface seawater
8期韩 龙,等:天津近岸海域微塑料分布特征及污染风险评价721
(CE),%、%、%(见图8)。
天津近岸海域海滩沉积物中,采集的27个样方共
获取微塑料样品2 446个,各采样点位微塑料丰度变化
~,
pieces/kg。通过显微镜鉴定,微塑料样品按形态特征
分为2类,包括纤维状和碎片状,所占比例分别为
%%。微塑料样品按颜色分为5类,包括
红色、蓝色、白色、黑色、透明,%、
%、%、%、%。微塑料粒径介于19~
1 739μm之间,其中小于500μm、500~1 000μm、大
于1 %、
%、%。使用傅里叶显微红外光谱仪对样品成
分进行分析,结果显示,天津近岸海域大神堂海滩沉积
物中微塑料化学组成包括聚对苯二甲酸乙二醇酯
(PET)、聚***丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、图8 虾虎鱼肠道中不同类型微塑料数量比例
聚丙烯酰***(PAM)、纤维素塑料(CE), Types of MPs in Gobiidae guts
为、、、、(见图)。
%%%%%
通过污染负荷指数法进行微塑料污染风险评估,
结果显示,表层海水各采样点位污染负荷指数PLI介
~,PLIZ=,PLIZ<1,污染风险
处于轻度污染水平,最高PLI值点位位于汉沽毗邻海
域的S3点位,从各海域平均值来看,PLI塘沽<PLI汉沽<
PLI大港。大神堂海滩沉积物各采样点位污染负荷指数
~,PLIZ=,PLIZ<1,除
一个点位PLI>1,为中度污染外,海滩沉积物微塑料污
染风险总体处于轻度污染水平。鱼类肠道样品污染负
~,PLIZ=,PLIZ>
1,总体处于中度污染水平,其中10个样品PLI>1,处
于中度污染,2个样品PLI>2,为重度污染(见表2)。
表2 天津近岸海域微塑料分布情况
图7 海滩沉积物中不同类型微塑料数量比例
Table 2 Distribution of microplastics in Tianjin coastal waters
Types of MPs in sediment of coastal beach
样品来源采样方法微塑料数量
鱼类体内微塑料的分布丰度

Abundance
20条虾虎鱼肠道中共获取样品208个,其中177of MPsmethodsof MPs
个为微塑料,检出数量范围为1~22pieces/individual,
表层海水

Surface139pieces3
(333μm)pieces/m
鉴定,微塑料样品按形态特征分为2类,包括纤维状、seawater
薄膜状,所占比例分别为、。微塑料样品
%%
2 446pieces
按颜色分为6类,包括红色、蓝色、黄色、白色、黑色、透Coastal beach(表层5~10cm)pieces/kg
明,%、%、%、%、
/
、。,取肠道样品177pieces
%%微塑料粒径介于430~8 240μm之间Gobiidaeindividual
其中小于500μm、500~1 000μm、大于1 000μm的微
%、%、%。使用傅
3讨论
里叶显微红外光谱仪对样品成分进行分析,结果显示,

二甲酸乙二醇脂(PET)、聚乙烯(PE)、纤维素塑料从微塑料在天津近岸海域的分布特征来看,表层
821中 国 海 洋 大 学 学 报2 0 2 2年
。鱼类样品种类为虾虎鱼,其肠道中
[]
部海区()[26],且汉沽和大港毗邻海域的微塑料丰度略高于Jabeen等28等对中国近岸绿鳍
沿岸点位丰度也低于离岸较远点位,与刘涛等[29]对东马面鲀的研究结果(),远高于
海微塑料的部分调查结果相似,其发现离宁波较远的Digka等[44]对地中海鱼类的研究结果(~
东海中部海域微塑料丰度高于其近岸海域点位。这说pieces/individual)。这可能主要与不同鱼类的生活****br/>明尽管陆源输入(入海河口、入海排污口、海岸带人类性、摄食****惯及栖息地环境等有关,虾虎鱼生存于浅海
活动)是海洋微塑料的主要来源[13,30-32],往往河口丰度环境,主要栖息于近岸潮间带、底质为泥沙或岩礁的浅
较高,但沿岸的丰度并不一定高于远海,微塑料会随着海区,天津近岸潮滩为淤泥质,海水和沉积物中均检出
海水的运动而迁移,河流的推动和稀释作用也会影响一定数量的微塑料,对虾虎鱼体内微塑料均有一定贡
微塑料的分布[33]。同时,天津近岸海域位于渤海湾“盆献。同时,鱼类摄食经消化吸收后,会有一部分随粪便
底”,形态是扇形(半圆形),这也导致了沿岸点位可能排出,所以,肠道中的微塑料含量与样品获取时鱼类处
仅受邻近的河流影响,而离岸较远点位和区域可能受在摄食时段也有关。由于国内外有关渤海湾沉积物及
多条河流共同影响,而且沿岸浅海存在较多的沉积物鱼类体内微塑料分布的研究较少,而且各研究间的计
悬浮颗粒也会携带一部分微塑料下沉进入海底。同量单位差异较大,因此多数研究可比性较差。
时,局部海域微塑料还可能会受河流与洋流、季风、
汐等的相互作用,进行迁移,造成局部海域丰度高、局陆源污水处理厂、河流及入海排污口是近岸海域
部海域丰度低[34]。微塑料来源之一[45]。从天津近岸海域各介质中检出的
从数量上看,与国内外研究相比,天津近岸海域表微塑料成分来看,表层海水微塑料主要成分包括聚对
层水体中的微塑料丰度与欧洲的葡萄牙近岸海域苯二甲酸乙二醇酯(PET)、酚醛树脂(PF)、纤维素塑料
(~)[35]相当,远低于美国旧金山湾(CE)和聚乙烯(PE),在海滩沉积物中和虾虎鱼肠道内
(15~2 000pieces/m2)[36]、加拿大西海岸((1 710±也检出了类似成分,说明三者间存在一定的交互关系,
1 110)pieces/m3)[37]、新加坡近岸((0~200)pieces/本研究与其他渤海近岸海域研究的主要成分相
[,]
m3)[38]和日本沿海((±)pieces/m3)[39]等发似2640-41。PET俗称涤纶树脂,大量用作纤维,是化纤
达国家近岸海域水平,略低于中国南海(,常见的包括衣物、生活纺织品、渔网及
m3)[39]、东海()[26]、黄海(,非纤维类制品广泛应用于瓶类及薄膜类,
m3)[39]、渤海()[40]四大海域中部海区的常见的如饮料瓶、食品包装袋等。PF又称电木,主要
丰度水平,所以,天津近岸海域微塑料丰度与国内外其用于制造各种塑料、涂料、胶粘剂及合成纤维等,常见
他海域相比,处于较低水平,污染负荷指数和污染风险的包括油漆、粘合剂、建筑用的隔热保温泡沫材料等。
也较低。PE广泛应用于薄膜、管材、注射制品等,常见的包括塑
即便在相同区域,不同研究间也存在较大差异,主料袋、电线包裹层、塑料容器及生活用品等。CE是由
要来源于样品的采集和处理方法的差异,白璐等[41]对纤维素衍生物加入助剂后加工而成,常见制品包括汽
天津海域表层海水微塑料丰度的调查结果就远高于本车风档、文具、包装薄膜等。上述微塑料可由人类生活
研究,其采样方法为使用固定容积的不锈钢容器采集直接产生,例如衣物等生活纺织品洗涤后产生的次生
水样后过筛网,筛网最小孔径为125μm,而本研究使用微塑料随污水进入污水处理厂,污水处理厂出水可经
[46]
333μm标准Neuston采样网拖网采集,一方面固定体由河流或入海排污口进入海洋,白濛雨等在城市污
积容器采样量往往少于拖网采集,而且通常会采集到水处理厂出水中检出了PET、PE、人造纤维等各种微
更多的水-气界面微表层海水,另一方面筛网孔径不同塑料,陈宏伟等[47]在天津市入海排污口中检出了
对样品量的影响也较大。刘涛等[29]、Zhao等[42]在长江PET、PE、PC、PMMA等成分。同时,由于滨海新区工
口的网采微塑料和水泵抽水采集微塑料研究结果也有业发达、人口密集,各种海洋活动频繁,海边存在一些
相似的丰度差异,与本研究的结论一致。被丢弃塑料瓶、包装袋等经日晒、风化、海浪拍打腐蚀,
海滩微塑料样品采自汉沽大神堂海滩,从数量上破碎后形成微塑料,也是天津近岸海域微塑料来源[48]。
看,海滩沉积物中的微塑料丰度较小,总体上略低于除上述成分外,在海滩沉积物中还检出了聚***
Yu等[27]渤海兴城、笔架山等海岸的沉积物中微塑料丰丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯酰***
度调查结果(),也低于黄海近岸潮滩的(PAM)成分,与海水和虾虎鱼肠道中检出的略有不同。
微塑料丰度((±)pieces/kg)[43],这可能与PMMA又称作亚克力或有机玻璃,常用作街头标志、
大神堂海滩为自然岸线下的淤泥质海滩,淤泥较深,人道路及汽车照明灯罩、建筑墙壁护板材料等。PC工程
8期韩 龙,等:天津近岸海域微塑料分布特征及污染风险评价921
塑料常见应用内包括建筑玻璃、标志牌、电子绝缘件、biotics and ARGs by microplastics in river,estuary and marine wa-
[],,:
可重复使用储水瓶等。PAM在石油开采、污水处理、 of the Total Environment20**********-
134594.
造纸、建筑业等广泛应用。可以看出,以上成分与建筑
[7] 孙承君,蒋凤华,李景喜,、分布及生态
材料或道路交通有着直接或间接关系,而沉积物样品
环境影响研究进展[J].海洋科学进展,2016,34(4):449-461.
所在大神堂海滩附近的大神堂村在此前刚刚完成拆Sun C J,Jiang F H,Li J X,et research progress in source,
迁,一些磨损的建筑材料或道路灰尘可能随风力或径distribution,ecological and environmental effects of marine micro-
流进入海滩,可能是本研究海滩微塑料的来源之一。plastics[J].Advances in Marine Science,2016,34(4):449-461.
[8]MarieP,MatthieuJM,LaurentB,
除陆源和大气输入外,船舶活动和海洋作业也是 p
main contributor to plastic mass balance in the North Atlantic Sub-
近岸海域微塑料的来源[47]。例如在海水、海滩沉积物、
tropical Gyre[J].Environmental Science &Technology,2019,53
虾虎鱼肠道中均检出的PET成分也是渔网等的常用(3):1157-1164.
材料,在渔业生产中广泛应用,PF常在船体漆中应用,[9] Law K L,Moret-Ferguson S E,Goodwin D S,et
PAM在石油开采业广泛应用,因此海源也是天津近岸of surface plastic debris in the eastern Pacific Ocean from an 11-
[],,
海域微塑料的可能来源之一。year data Science &Technology201448
(9):4732-4738.
4 结语[10] Reddy M S,Basha S,Adimurthy S,et of the
small plastics fragments in marine sediments along the Alang-
在天津近岸海域表层海水、海滩沉积物、鱼类体内Sosiya ship-breaking yard,India[J].Estuarine,Coastal and Shelf
均发现微塑料。~Science,2006,68:656-660.
[],,,
,,各毗邻海域11 Bergmann MSandhop NSchewe Iet of float-
ing anthropogenic litter in the Barents Sea and Fram Strait,Arc-
中,大港>汉沽>塘沽,主要成分PET、PF、CE、PE分
tic[J].Polar Biology,2016,39(3):553-560.
别占、、、。海滩沉积物中微
%%%%[12] Giuseppe A D L,Ilaria C,Stefano M,et and distri-
~, of neustonic micro-plastic off the western Sardinian coast
pieces/kg,主要成分PET、PMMA、PC、PAM、CE所占(Central-Western Mediterranean Sea)[J].Marine Environmental
%、%、%、%、%。虾Research,2014,100(3):10-16.
[13] Dubaish F,Liebezeit microplastics and black carbon
虎鱼肠道内微塑料含量1~22pieces/individual,平均
particles in the Jade System,Southern North Sea[J].Water Air
,主要成分PET、PE、CE所占
&Soil Pollution,2013,224(2):1-8.
、、。
%%%污染负荷指数显[14] Collignon A,Hecq J H,Galgani F,et variation in ne-
示,表层海水和海滩沉积物中微塑料污染程度较轻,鱼ustonic micro-and meso-plastic particles and zooplankton in the
类体内微塑料处于中度污染。通过化学组成分析,陆Bay of Calvi(Mediterranean-Corsica)[J].Marine Pollution Bulle-
tin,2014,79(12):293298.
源-即污水处理厂、河流及入海排污口,气源-即风力作--
[15] Abbasi S,Soltani N,Keshavarzi B,et in differ-
用产生的大气沉降,以及海源-即海洋渔业及船舶活动
ent tissues of fish and prawn from the Musa Estuary,Persian
等均是天津近岸海域微塑料的来源。
Gulf[J].Chemosphere,2018,205:80-87.
[16] Su L,Deng H,Li B W,et occurrence of microplastic in
参考文献:
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[2] Kershaw P Plastic Debris and Microplastics:Global Les-[17] Zhao J M,Ran W,Teng J,et pollution in sedi-
sons and Research to Inspire Action and Guide Policy Ch

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