海洋动物体内微塑料分布规律与变化特征_王亚新.pdf

第4 5卷 第3期2 0 2 3年 6月海 洋 湖 沼 通 报T r a n s a c t i o n s o f O c e a n o l o g y a n d L i m n o l o g yV o l.4 5 3J u n.,2 0 2 3海洋动物体内微塑料分布规律与变化特征王亚新1,贡 艺1,2,3,4*,陈新军1,2,3,4,徐 超1(1.上海海洋大学 海洋科学学院,上海 2 0 1 3 0 6;2.农业农村部大洋渔业开发重点实验室,上海 2 0 1 3 0 6;3.国家远洋渔业工程技术研究中心,上海 2 0 1 3 0 6;4.大洋渔业资源可持续开发教育部重点实验室,上海 2 0 1 3 0 6)摘 要:海洋微塑料污染及其生态效应已成为全球关注的热点问题。因其粒径小、分布广等特点,易被海洋动物摄入体内并随之迁移,并沿食物链进行传递,进而对不同营养级的海洋动物产生潜在影响。因此,海洋动物体内微塑料污染状况与分布变化规律越来越受到关注。本文在总结海洋动物微塑料研究的发展动态的基础上,综述了鱼类、甲壳类、贝类和头足类动物体内微塑料在机体组织(器官)中的分布规律,并对其空间分布特征和时间变异性进行探讨,剖析了当前海洋动物微塑料研究的不足,并对今后研究进行了展望。本文可为评估微塑料对海洋动物的影响和相关研究方案的设计与实施提供有益参考。关键词:微塑料;海洋动物;体内分布;时空异质性中图分类号:X 5 5 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 3-6 4 8 2(2 0 2 3)0 3-1 4 7-0 8D O I:1 0.1 3 9 8 4/j.c n k i.c n 3 7-1 1 4 1.2 0 2 3.0 3.0 2 0引 言塑料制品由于低成本、易制造和可塑性强等特性被广泛应用于生产和生活的多个领域。据统计,全球每年塑料制品产量已达到3亿吨1,其中餐盒和塑料袋等一次性制品超过4 0%且大部分无法回收利用,进而产生大量塑料废弃物2。这些废弃物中又有约1 0%通过河流输送和污水排放等途径汇入海洋,约占海洋垃圾的6 0%8 0%3。海水中的塑料废弃物经太阳辐射、物理磨损、化学作用和(微)生物降解等过程形成粒径小于5 mm的塑料纤维、颗粒或薄膜等,即微塑料(m i c r o p l a s t i c s)4。作为一种新型污染物,微塑料正受到越来越多的关注5-6。研究发现,由于微塑料具有持久性和高迁移性,已在全球海洋生态环境中广泛存在。与一般的塑料污染物相比,微塑料粒径小,易与海洋动物发生相互作用,并可通过多种途径进入海洋动物体内。目前已在全球2 3 3种海洋动物体内发现了微塑料7,而作为优质动物蛋白重要来源的海洋水产品种类也已受到微塑料的影响。如摄入海洋动物体内的微塑料会在消化道中累积并阻塞消化道7-8,产生假性饱腹感,导致其对食物的摄入能力下降,体内能量储备减少,最终影响其个体生长9。本文在查阅国内外相关研究的基础上,分析海洋动物微塑料研究的发展动态和现状,并从机体组织(器官)分布规律、空间分布特征和时间变异性3个方面归纳和总结海洋动物体内微塑料分布规律与变化特征,最后分析研究中的不足并进行展望,以期为评估微塑料对海洋动物的影响和相关研究方案的设计和实施提供有益参考。1 海洋动物微塑料研究发展动态尽管在1 9 9 0年已有发表的文献使用“m i c r o-p l a s t i c s”一词1 0,但直至2 0 0 4年,微塑料的概念才首次被R i c h a r d T h o m p s o n等学者用来描述尺寸较小的塑料,并指出应重视微塑料对海洋生态系统的潜在影响1 1。从此之后,微塑料及其对海洋生态系统的生态效应开始受到国内外学者的关注1 2。2 0 1 0年,L a w 基金项目:国家自然科学基金项目(3 1 9 0 0 3 3 3)第一作者简介:王亚新(1 9 9 5),女,硕士,从事大洋性海洋动物微塑料研究。E-m a i l:m 1 9 0 2 0 0 5 3 4s t.s h o u.e d u.c n*通信作者:贡 艺(1 9 9 0),男,讲师,从事海洋生态学研究。E-m a i l:y g o n g s h o u.e d u.c n 收稿日期:2 0 2 0-0 9-0 71 4 8 海 洋 湖 沼 通 报2 0 2 3 年等1 3首次证实大量塑料垃圾在北大西洋环流中聚集。随后,各国学者在大西洋其他海域1 4、太平洋1 5和印度洋1 6等均发现微塑料分布,甚至极地1 7-1 8和深海1 9区域也有微塑料存在。作为一种新型海洋污染物和多种有毒化合物的传播载体,微塑料对海洋动物的潜在影响也逐渐受到各国学者的重视。目前,在多种海洋动物体内都发现了微塑料,包括鱼类、甲壳类、贝类和头足类。在W e b o f S c i e n c e数据库中使用检索主题词“M a r i n e m i c r o p l a s t i c s”,再分别以“F i s h”“C r u s t a c e a n”“S h e l l f i s h”和“C e p h a l o p o d”进行检索(检索日期为2 0 2 0年1 0月1 4日)。经筛选去重后,共统计出1 0 4 5篇文献,其中关于鱼类的研究最多,其次为甲壳类、贝类和头足类(图1)。这些研究也主要从2 0 1 0年开始,并在近十年保持着上升趋势,说明海洋动物微塑料研究正逐渐成为微塑料研究领域的热点。因此,对现有研究中海洋动物体内微塑料分布与变化特征的归纳总结可为今后开展相关研究提供参考。2 海洋动物体内微塑料分布规律与变化特征图1 海洋动物微塑料研究历年发文量F i g.1 T h e a n n u a l d i s t r i b u t i o n o f p u b l i s h e d a r t i c l e s o f m i c r o p l a s t i c s i n m a r i n e a n i m a l s2.1 机体组织(器官)分布规律微塑料粒径小、分布广,易被海洋动物摄入体内并随之迁移,同时会随着食物链传递到海洋食物网中,对不同营养级的海洋动物均会造成影响7-9。多项研究表明摄入海洋动物体内的微塑料可以在不同组织(器官)间转移,进而分布于机体多个组织(器官)中。对于甲壳类动物,C a u等2 0等研究发现,摄入挪威龙虾(N e-p h r o p s n o r v e g i c u s)体内的微塑料会由胃向肠道转移,且肠道中高聚物组分(1 8种)多于胃(1 2种),但粒径较小(肠道:0.2 30.1 6 mm;胃:1.0 00.1 6 mm)。另 一 项 对 普 通 滨 蟹(C a r c i n u s m a e n a s)的室内培养实验发现,微塑料会通过腮进入肠道,并留存在前肠内2 1。此外,微塑料还会分布于甲壳类动物的肝胰腺、性腺、胃等组织(器官)中,在一些蟹类的淋巴系统和脑中也发现有微塑料存在(表1和2)。贝类作为最常见的海水养殖物种,对其体内微塑料的研究也较为广泛。与甲壳类相似,微塑料在贝类组织(器官)间也会发生转移,并且随着暴露时间的增加,吸收和积累微塑料的组织/器官的数量也会增多。例如,B r o w n e等8将紫贻贝(M y t i l u s e d u l i s)暴露于不同粒径的聚苯乙烯颗粒中,1 2 h内,在肠腔及消化管中发现粒径为2 m和41 6 m的聚苯乙烯颗粒。暴露3 d后,发现粒径为3 m和9.6 m的聚苯乙烯颗粒在循环液中积累,并由循环系统转移至血细胞和血淋巴细胞中。也有学者发现高密度聚乙烯颗粒可以通过紫贻贝的肠胃系统进入其组织甚至细胞中3 0。这些机制使得贝类摄入的微塑料会分布于多个组织或器官中(表1和2)。此外,有证据表明贝类能将部分微塑料排出体外。G o n c a l v e s等3 1将地中海贻贝(M y t i l u s g a l l o p r o v i n c i a l i s)暴露于不同粒径(2、6和1 0 m)和浓度(1 0个/m l和1 0 0 0个/m l)的聚苯乙烯颗粒环境中,结果发现聚苯乙烯颗粒可由排泄物从肠道中排出,并且不会对肠道上皮造成损伤。但B r a t e等3 2将地中海贻贝暴露于粒径为5 05 9 0 m、浓度为0.0 1 g/L的聚苯乙烯颗粒中,2 1 d后,发现聚苯乙烯颗粒不仅会改变地中海贻贝的腮及消化道结构,甚至可导致其外套膜坏死。此外,在紫贻贝的排泄物中也发现了微塑料,并且紫贻贝排泄物中的微塑料粒径(1 55 0 0 mm)高于其机体组织内的微塑料(2 09 0 mm)3 3。根据查阅到的文献,目前国内外对头足类动物体内微塑料的研究较少,但有证据表明头足类同样会摄入微塑料。例如厄瓜多尔沿海采集的茎柔鱼(D o s i d i c u s g i g a s)和澳大利亚东南部海域的澳大利亚拟3期海洋动物体内微塑料分布规律与变化特征1 4 9 乌贼(S e p i o t e u t h i s a u s t r a l i s)的胃中均发现了塑料碎片的存在3 9-4 0。最新一项研究表明,在葡萄牙拉玛赫特(R a m a l h e t e)海洋站及其附近的市场中出售的近海头足类物种乌贼(S e p i a o f f i c i n a l i s)的消化道和消化腺中发现了微塑料,主要为塑料微纤维和碎片4 1。鱼类是微塑料研究最关注的海洋动物种类。各国学者相继发现,栖息在近海和远洋,以及不同水层的海洋鱼类均会摄入微塑料4 2,并广泛分布在其多个组织(器官)中。L u s h e r等4 3对英吉利海峡1 0种鱼类(5种中上层鱼类和5种底栖鱼类)的调查发现,3 6.5%的样本肠道中发现微塑料。G a r n i e r等4 4在波利尼西亚莫奥雷岛(M o o r e i s l a n d,P o l y n e s i a)采集的1 3 3尾珊瑚礁鱼类中2 8尾成年鱼消化道检出微塑料。B o e r g e r等4 5通过研究北太平洋中央环流区域的鱼类发现约3 5%的鱼类肠道中存在微塑料。国内研究方面,H u a n g等4 6对湛江沿海红树林湿地中3 0种鱼类的解剖观察发现,在鳃、胃和肠道中均存在微塑料,但在肌肉和肝脏中未检测出微塑料。Z h a n g等4 7在东海舟山渔场1 1 1尾鱼类样品的腮、胃和肠道中检测出微塑料的存在。对鱼类物种的室内培养实验也表明微塑料可以进入并富集在多个组织(器官)中,但是微塑料粒径存在组织(器官)间差异。例如对斑马鱼(D a n i o r e r i o)肝脏组织切片的比较分析发现,生活在粒径为5 m、浓度为2.91 05个/m L及粒径为2 0 m、浓度为4.5 01 03个/m L的聚苯乙表1 野生海洋甲壳类和贝类动物体内微塑料分布T a b l e 1 I n v i v o d i s t r i b u t i o n o f m i c r o p l a s t i c s i n w i l d m a r i n e c r u s t a c e a n s a n d s h e l l f i s h e s物种组织/器官丰度粒径/mm主要类型(3 0%)主要颜色(3 0%)主要高聚物(3 0%)参考文献印度白对虾F e n n e r o p e n a e u s i n d i c u s胃肠道软组织0.0 4 0.0 7个/g0.1 62.7 9纤维红色、蓝色P E S、P A2 2澳洲淡水虾P a r a t y a a u s t r a l i e n s i s外 骨骼内的所有组织2.4 03.1 0个/g0.1 94.2 1纤维蓝色P E S2 3挪威龙虾N e p h r o p s n o r v e g i c u s胃、肠道1.7 52.0 1个/个体0.1 41 6.9 8纤维蓝色、黑