独流减河入海口微塑料空间分布特征_钱红.pdf

第4 5卷 第1期2 0 2 3年 2月海 洋 湖 沼 通 报T r a n s a c t i o n so fO c e a n o l o g ya n dL i m n o l o g yV o l.4 5 1F e b.,2 0 2 3独流减河入海口微塑料空间分布特征钱 红1,戴媛媛2*,张 鑫1,杨鸿炜1,张盛南1,王 帅1,任 玲1,方 媛1,孙学亮3,王若男4,吴济舟5,蔡 超2,彭 楚6(1.天津市农业发展服务中心,天津3 0 0 0 6 1;2.天津市水产研究所,天津3 0 0 2 2 1;3.天津市农学院,天津3 0 0 3 8 4;4.四川省生态环境监测总站,四川 成都6 1 0 0 9 1;5.广州京诚检测技术有限公司,广东 广州5 1 1 4 0 0;6.南开大学 环境科学与工程学院,天津3 0 0 3 5 0)摘 要:为了探究独流减河入海口微塑料空间分布特征,本研究于2 0 2 1年3月采集了该区域不同环境介相样品,通过消解浮选和激光红外成像系统对样品中微塑料种类、丰度、粒径和形状进行了深入研究。结果显示,在水样中检测到的微塑料的浓度范围为2 2 74 0 2i t e m s/L。共检测到1 7种微塑料,其中丰度最高的是聚丙烯(P P)、聚乙烯(P E)、聚酰胺(P A)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(P E T)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA);沉积物中微塑料数量丰度为84 3 01 26 0 0i t e m s/k g,共检测到1 8种微塑料,其中丰度最高的是P E、P P、P E T、P A和聚氯乙烯(P V C)。在水样和沉积物中,粒径分布表现为随着粒径减小微塑料的数量急剧增加;在形状分布上,除少部分大粒径的P E T、P A和P P表现为纤维外,绝大多数微塑料为颗粒态。本研究表明,微塑料随独流减河从淡水到海水的传输过程中,随着盐度和密度提高,水体中微塑料丰度显著提高;而同样由于密度的差异及使用用途的差异,导致水样和沉积物之间微塑料组成结构具有明显差异。揭示了水体及微塑料密度及微塑料用途是影响河口区域微塑料空间分布的重要因素。关键词:微塑料;独流减河入海口;分布特征中图分类号:X 1 3 1 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 3-6 4 8 2(2 0 2 3)0 1-0 8 2-0 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 1.0 1 2引 言微塑料最先在海洋环境被关注,T h o m p s o n等在2 0 0 4年首次使用了“m i c r o s c o p i cp l a s t i c”一词描述海洋中的小粒径塑料,并提出海洋中微塑料含量巨大且还会急剧增长1。通常将粒径小于5mm的塑料称为微塑料2。第二届联合国环境大会上,微塑料污染被列入环境与生态科学研究领域的重要科学问题,成为一项重大全球环境问题3。陆源输入是海洋中微塑料的主要来源之一4。对于陆源输入来说,主要来自于人类活动产生的塑料垃圾,例如塑料包装袋、合成纤维等。环境中的大块塑料每时每刻受环境中生物和非生物活动的影响,有可能导致其降解和破碎成更小的微塑料5。同时地表径流会将环境中的微塑料冲刷入河道,并最终将其携带进入海洋环境。河口河流近口段以河流特性为主,口外海滨以海洋特性为主,河口段的河流因素和海洋因素则强弱交替地相互作用,有独特的性质6。且其水文和水化学条件变化剧烈,可能对各类污染物的环境行为产生剧烈影响。因此,研究入海口微塑料空间分布特征就显得尤为重要。渤海是中国最北的近海,同时也是我国的内海,但对其入海口区域微塑料的分布调查研究,目前尚较缺乏。独流减河口位于渤海湾西部,属于淤泥质平原型短引河建闸河口,入海径流受大气降雨支配及城市居民活动影响较大。独流减河是天 基金项目:国家科技部蓝色粮仓重点专项(海洋牧场生物功能群构建与资源养护技术示范)子课题(2 0 1 9 Y F D 0 9 0 2 1 0 3);国家重点研发计划“政府间国际科技创新合作”项目(2 0 1 9 Y F E 0 1 2 2 3 0 0);天津市优秀农业科技特派员项目(2 1 Z Y C G S N 0 0 1 2 0);天津市淡水养殖产业技术体系创新团队项目(I T T F R S 2 0 2 1 0 0 0);天津市水产学会2 0 2 1年项目,教育部环境基准与环境污染重点实验室开放基金(2 0 1 9 0 4)第一作者简介:钱 红(1 9 6 9),女,高级工程师,主要研究方向为生态环境。E-m a i l:h h q i a n 1 9 6 91 6 3.c o m*通信作者:戴媛媛(1 9 8 2),女,工程师,主要研究方向为环境生物学与生态学。E-m a i l:d a i-y u a n y u a n 2 0 0 71 6 3.c o m 收稿日期:2 0 2 2-0 8-3 01期独流减河入海口微塑料空间分布特征8 3 津市一条重要的排污河道,全长6 7k m,流经天津市静海区、西青区和滨海新区南部。本研究选择独流减河入海口为目标区域,通过对独流减河-入海口-近岸海域环境中微塑料分布特征的调查,综合分析微塑料分布的影响因素,以期为河流向海洋排放微塑料通量的估算和近岸海域渔业资源多样性的保护与修复提供基础数据。图1 独流减河河口采样站位图F i g.1 S a m p l i n gp o i n tm a po fD u l i u j i a nR i v e rE s t u a r y表1 独流减河河口采样点经纬度T a b l e1 L o n g i t u d ea n dl a t i t u d eo f s a m p l i n gp o i n t a tD u l i u j i a n h eE s t u a r y位点经度()纬度()M 11 1 7.5 7 54E3 8.7 6 94NM 21 1 7.5 7 54E3 8.7 6 77NM 31 1 7.5 7 54E3 8.7 6 70NM 41 1 7.5 7 10E3 8.7 6 93NM 51 1 7.5 7 10E3 8.7 6 83NM 61 1 7.5 7 10E3 8.7 6 74NM 71 1 7.5 6 80E3 8.7 6 95NM 81 1 7.5 6 81E3 8.7 6 83NM 91 1 7.5 6 81E3 8.7 6 72N1 材料与方法1.1 样品采集分别在2 0 2 1年3月对独流减河河口区域进行实验样品采集。依据由河到海的距离设置9个站位(图1),位点具体经纬度如表1所示。在每个位点的1 0m1 0m的正方形区域中随机选择三个采样点,并用玻璃采水器和柱状沉积物采样器分别采集每个点的表层水样(01 0c m,1.0L)和表层沉积物样品(01 0c m,1.0k g),然后将三个采集点的水样和沉积物样品分别混合均匀,并将样品装入对应的棕色玻璃样品瓶和铝箔纸自封袋中。样品采集完成后尽快送回实验室,并置于4保存。1.2 检测方法水样中微塑料的检测。取1L的水样,用不锈钢镊子去除木屑等干扰物,然后使用不锈钢滤膜(1 0m,九鼎高科过滤设备有限公司)对水样进行过滤。过滤完成后将滤膜置 于 烧 杯,并 加 入H2O2溶 液(3 0%,5 0m L),然后以6 0 水浴加热1 2h。然后将烧 杯 超 声 清 洗3 0 m i n(4 0k H z,8 0 W,2 5),使滤膜上的颗粒物脱离滤膜。随后去除滤膜后将H2O2溶液蒸干,并向烧杯中加入5 0m L的Z n C l2溶液(5 2%,m/m,密度约为1.6g/m L)。充分混匀后静置1 2h,随后虹吸2 5m L上层清液并使用不锈钢滤膜(1 0m)再次过滤。将滤膜置于含有5 0m L无水乙醇的烧杯中超声清洗3 0m i n,用不锈钢镊子去除滤膜,然后使用氮气将体系浓缩至1m L。充分混匀后用移液枪吸取2 0L,并滴于玻璃窗片,待溶剂挥发后使用A g i l e n t 8 7 0 0L D I R激光红外成像系统进行检测。以与标准谱图6 5%的匹配度为阈值输出鉴定结果。仪器对于待测颗粒物的最低检测尺寸为1 0m。每个样品的测定设置三个重复(n=3)。沉积物中微塑料的检测。取2 0 0g沉积物,自然风干后将样品磨碎,然后过5mm的不锈钢筛。将过筛后的沉积物样品充分混匀后取其中5g,然后使用H2O2溶液消解,消解及后续的浮选和测定过程均与水样一致。1.3 质量保证与质量控制除移液枪头,样品采集、样品运输和保存及样品测定过程中均不使用塑料制品。玻璃仪器在使用前均置于5 0 0的高温中5h。样品测定的前处理过程均在通风橱中完成,以去除空气中颗粒物的干扰。水样和沉积物样品均分别设置了三组过程空白,在过程空白中均未有微塑料的检出。8 4 海 洋 湖 沼 通 报2023年1.4 数据分析本文采用O r i g i n2 0 2 1软件进行数据图表绘制,使用S P S S2 2.0进行数据统计和差异性分析(O n e-w a yANOVA,L S D),p0.0 5被视为差异显著。2 结果2.1 水样及沉积物中微塑料及天然颗粒的分布特征使用L D I R对水样及沉积物样品中固体颗粒物进行定性,并对微塑料的数量丰度进行定量(图2)。在9份水样中,L D I R一共检测了4 29 5 7个颗粒,其中有88 2 9个颗粒被定性为微塑料。本研究在水样中检测到的微塑料的浓度范围为2 2 74 0 2 i t e m s/L(算术平均数为2 9 6 i t e m s/L)。共检测到1 7种微塑料,其中丰度最高的是聚丙烯(P o l y p r o p y l e n e,P P)、聚乙烯(P o l y e t h y l e n e,P E)、聚酰胺(P o l y a m i d e,P A)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(P o l y e t h y l e n eT e r e p h t h a l a t e,P E T)和聚甲基丙烯酸甲酯(P o l y m e t h y l m e t h a c r y-l a t e,PMMA),它们的平均丰度分别为6 8.1 i t e m s/L、6 1.1 i t e m s/L、2 8.7 i t e m s/L、2 6.3 i t e m s/L和2 6.2i t e m s/L,其占比分别为2 3.0 5%、2 0.6 8%、9.7 0%、8.9 1%、5.0 0%。图2 水样(A)及沉积物样品(B)中微塑料丰度F i g.2 A b u n d a n c eo fm i c r o p l a s t i c s i nw a t e r s a m p l e(A)a n ds e d i m e n t s a m p l e(B)水样中M 1、M 2和M 3的微塑料平均丰度为3 6 3i t e m s/L,这一丰度显著高于M 4M 6(2 6 5i t e m s/L)和M 7M 9(2 5 9 i t e m s/L)的微塑料平均丰度(p3为纤维态。由于纤维在窗片上可能会存在弯曲的现象,从而造成系统误判,纤维和颗粒的判定结果还会进行人工校正。同时本研究将粒径为2 0 0m视为大粒径。在水样和沉积物样品中检测到的微塑料中分别随机挑选5 0 0个,粒径分布表明,随着粒径减小,两类样品中微塑料的数量急剧增加(图4)。在水体样品中一共对88 2 9个微塑料进行定性 确 认,其 中67 7 9个 微 塑 料 是 小 粒 径(7 6.7 8%),1 3 0 7个 微 塑 料 是 中 粒 径(1 4.8 0%),而7 4 3个微塑料为大粒径(8.4 2%)(图5)。这 些 微 塑 料 中 绝 大 多 数 是 颗 粒 态(82 8 4个,9 3.8 3%),而只有很少一部分是纤维(5 4 5个,6.1 7%),纤维主要表现为大粒径的P E T,P