天津入海排污口微塑料分布特征

陳宏偉，陳燕珍，劉憲華，屠建波，白璐

（1.天津大學 環境科學與工程學院，天津 300350；2.國家海洋局天津海洋環境監測中心站，天津 300457）

塑料由于具有較低的熱導率、較大的強度、高耐用性等優勢，在全世界范圍內得到了極為廣泛的應用（Andrday，2011）。塑料是一類持久性聚合物，化學性質穩定，在環境中可存在數百年甚至更久（Thompson et al，2004）。塑料污染已經對全球經濟和環境造成了嚴重的威脅（Eerkes-medrano et al，2015）。截至2015 年，全球塑料產量已經達到了3.22 億噸（冉文，2018）。這些塑料垃圾每年有大概10%進入到海洋中，使得海洋受到越來越嚴重的污染（Browne，2008）。海洋環境中的塑料經過物理（機械作用、風力和海流）、化學和生物作用等破碎或降解成體積更小的顆粒或纖維狀的塑料，即微塑料（Alimi et al，2018；Wright et al，2013）。近幾年，微塑料已經在生活中普遍存在。2004 年，Thompson 第一次在《Science》上提出微塑料一詞（Thompson et al，2004；Murray，2011），將小于5 mm 的塑料顆粒定義為微塑料，微塑料作為一種新型的污染物，成為科學家近些年的研究熱點之一。海洋微塑料污染也成為全球重大的環境問題（李瀟等，2019）。

微塑料可導致生物生長發育變得緩慢，生物攝食率降低，行為活動發生異常，甚至會造成生物死亡（Lnnstedt et al，2016；Kind et al，2017）。微塑料由于其比表面積大，疏水性強，顆粒小等特點，能夠吸附重金屬和有機污染物，對生物產生聯合毒性效應（孫承君等，2016；夏斌等，2019），有機污染物中的多環芳烴具有致癌和內分泌干擾作用（張晨晨等，2018），有機氯農藥硫丹能影響魚類的生理和生殖（劉慧慧等，2015），重金屬對生物有毒性效應作用（寧璇璇等，2013），微塑料吸附有機污染物和重金屬進入海洋環境，對海洋生物造成潛在的威脅。

海洋中微塑料的來源多種多樣，主要有陸源輸入和海源輸入，其中陸源輸入是海洋微塑料的一個重要來源（Wang et al，2014），海源輸入包括海上漁業，濱海旅游業，運輸業等（Hinojosa et al，2009；Zhao et al，2014）。我國每年都有大量微塑料排入海洋中，渤海、黃海、東海、南海等海域表層水體中都檢測到大量微塑料（Zhao et al，2015）。Zhang等（2017）在渤海發現微塑料的主要成分是聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯。周倩等（2016）在山東沿海旅游海灘及河口中檢測出聚乙烯和聚丙烯成分的微塑料，在椒江、甌江和閩江河口采集的樣品中塑料顆粒粒徑范圍是0.50 ～ 10.16 mm，其中小于2 mm 的微塑料顆粒在70%以上，在長江口檢測出的微塑料顆粒含量約為4 173 個/m3（Zhao et al，2015）。Marcus 等（2013）在美國勞倫蒂安五大湖中檢測出微塑料碎片，平均豐度約為43 000 個/km2。美國切薩皮克灣內的4 個河口檢測出0.3～5.0 mm的微塑料，濃度與人口密度和流域內城市發展比例呈顯著正相關關系（Yonkos et al，2014）。

本文主要從天津海岸線附近入海排污口采集微塑料，研究排污口中微塑料的形狀、粒徑、顏色、和成分，對排污口中微塑料的分布特征進行分析，了解微塑料的分布情況，為渤海微塑料的污染防治和治理提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域

濱海新區位于天津東部沿海地區，環渤海經濟圈的中心地帶，主要由塘沽區、漢沽區和大港區三個區域組成，還有海濱旅游區，海港物流區，中新生態城，臨港工業區，南港工業區等9 大功能區。本文研究區域為濱海新區附近海域入海排污口，主要覆蓋區域為塘沽區，漢沽區和大港區，圖1 為入海排污口的采樣地點。

圖1 排污口采樣站位圖

1.2 樣品采集

1.3 樣品處理

1.4 儀器鑒定

1.5 污染控制

1.6 數據處理

本實驗利用Excel 2007 處理數據，利用ArcGIS10.5 繪制站位圖。

2 結果與討論

2.1 天津入海排污口MPs 的形狀和粒徑分布

本研究中檢測出來的微塑料主要有纖維、碎片、薄膜3 種形狀， 主要從大港、 塘沽和漢沽3塊區域進行分析，3 塊區域平均MPs 含量分別約為359 個/m3、324 個/m3、450 個/m3。羅 雅 丹 等（2019）在青島海水浴場海水中發現MPs 平均含量為5.05 伊103～1.25 伊104個/m3，海水浴場沙灘沉積物中MPs 平均含量為3.10 伊103個/m2，污染物較高可能與采樣點是功能區和人工打水方式有關。由圖2可知，大港、塘沽和漢沽微塑料形狀主要是纖維，分別占70.9%、76.1%、78.4%，其次是碎片，分別占26.6%、19.5%、20.4%，最少的是薄膜，分別占2.5%、4.4%、1.2%。每塊區域中大部分站位纖維狀微塑料都超過50%。微塑料粒徑大小為1 ～ 5 mm、0.5 ～ 1 mm 和0.125 ～ 0.5 mm 3 種。由圖3 可知，大港區域排污口1～5 mm、0.5～ 1 mm和0.125～0.5 mm 的MPs 比例分別為29.4%、31.0%、39.6 %；塘沽區域排污口1 ～ 5 mm、0.5 ～ 1 mm 和0.125～ 0.5 mm 的MPs 比例分別為37.3 %、32.9%、29.8%；漢沽區域排污口1～5 mm、0.5～1 mm 和0.125～0.5 mm 的MPs 比例分別為47.9%、23.8%和28.3%。

圖2 不同形狀微塑料數量比例

圖3 不同粒徑微塑料數量比例

天津入海排污口中纖維狀MPs 豐度最大，這與其他研究結果一致。在青島海水浴場的表層海水中發現纖維狀的MPs 比例最大，占到48.73%（羅雅丹等，2019）。Browne 等（2011）在兩極到赤道之間18 個地點的海岸線發現很大比例的纖維狀MPs，這些纖維可能是洗滌衣服產生的污水所造成。環境中的纖維狀MPs 主要來源于旅游業、服裝紡織業、漁業和海運等（Duis et al，2016）。天津入海排污口中的纖維狀MPs 也可能來自洗滌衣物產生的污水、旅游業、服裝行業及漁業。大港區域各站位總體上0.125～0.5 mm 的MPs 含量最多，并且含量隨著粒徑的增大而減小，與很多研究中隨著MPs 粒徑的增大而含量減少結果相符（Tang et al，2018）。塘沽區域排污口1 ～ 5 mm 的MPs 含量最多，大部分站位1～5 mm 的MPs 含量都在40%左右，然而MPs 含量卻隨粒徑增大而增大，可能是這塊區域工業比較發達，剛生成的MPs 數量多，因此大粒徑的MPs 比例多。漢沽區域排污口1 ～5 mm 的MPs 含量最多，在0.5 ～ 1 mm 之間最少，MPs 的含量與粒徑之間沒有明顯特征。MPs 粒徑與含量不成反比例關系，與來源有關（羅雅丹等，2019）。微塑料尺寸的下限取決于采樣方法即網篩的最小直徑（Hidalgo et al，2012），本研究中最小粒徑為0.125 mm，會造成實際微塑料豐度偏小，一般河口0.5 ～1 mm 的粒徑比較普遍（周倩等，2015），甌江口、椒江口和閩江口0.5～ 2 mm的微塑料比例在70%以上（Zhao et al，2015）。河口離污染源較近，剛生成的微塑料較多（羅雅丹等，2019），所以小于0.125 mm 的MPs 對結果影響較小。

2.3 天津入海排污口MPs 的顏色分布

圖4 為天津入海排污口不同顏色MPs 比例，入海排污口中檢測到的MPs 顏色有黃色、白色、黑色、紅色、藍色、綠色6 種。從圖中可知，大港、塘沽和漢沽3 塊區域排污口MPs 黑色比例最多，白色比例較少，各個站位中黑色、藍色和綠色比例占多。大港區域排污口黑色比例最大，比例為31.9%，最小的是綠色，其次是藍色。塘沽區域排污口黑色比例最大，最小的是綠色，與大港區域排污口類似。劉濤等（2017）在東海水體中檢測出白色MPs 比例最大，黑色比例最小，顏色較深的MPs 應該自于生活垃圾和塑料廢棄物，深色MPs可能來源于周邊的垃圾廢棄物，以及漁民廢棄的漁網、漁線。

圖4 不同顏色微塑料數量比例

漢沽區域排污口黑色MPs 比例最大，比例為34.5%，大于其他兩塊區域，其次是綠色。這塊區域旅游業繁榮，微塑料大部分來源于生活污水，綠色MPs 很可能來自漁網。深色的MPs 顆粒表面更容易吸附銅、鉛等重金屬元素，更容易被海洋生物吸入體內，對生物造成雙重毒害作用（Turner，2018；Zhao et al，2015）。魚類也更喜歡吸附黑色的MPs（Lusher et al，2013），因此，沿海區域排污口中深色的MPs 排入渤海灣，可能對渤海海洋生物造成較大的風險。

2.4 天津入海排污口MPs 的成分分布

圖5 為天津入海排污口不同成分MPs 比例，入海排污口中檢測到的MPs 成分有聚氯乙烯（PVC）、聚酰胺（PA）、聚對苯二甲酸乙二醇脂（PET）、纖維素塑料（CE）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物（ABS）、環氧樹脂（EP）、聚丙烯聚乙烯共混物（PP-PE）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、共混物，此外還檢測出非塑料成分，圖6 為不同成分微塑料的紅外光譜圖。

圖6 不同成分微塑料紅外光譜圖

圖5 不同成分微塑料數量比例

從圖中可知，大港、塘沽和漢沽3 塊區域排污口MPs 成分豐富，各站位不同成分MPs 的比例也不同。大港區域排污口MPs 成分PET 比例最大，比例為54.2 %；其次是PP-PE，比例為20.4 %；第三為ABS，比例為9.3 %。同時還檢測出5.9%的非塑料成分物質。大部分站位PET 含量最高，超過40%。塘沽區域排污口MPs 成分含量較高的也是PET、PP-PE、ABS，比例分別為38.3 %、19.8%和9.5%，檢測出的非塑料成分比例為5.9%。其他研究也報道PET 含量最高，如羅雅丹等（2019）在青島近海岸海水浴場中檢測發現沉積物中含量最高的是PET，比例為37.5 %。衣服纖維破碎后產生的纖維MPs 主要成分就是PET。青島海水浴場PE 和PP 成分來源主要是釣魚線和塑料繩。趙世燁等（2017）在珠江口和北部灣岸灘中發現含量最高的是PP 和PE。PET、PP、PE 這3 種MPs 主要應用在旅游業、漁業和包裝行業（Auta et al，2017）。排污口中纖維狀的MPs 成分主要是PET，主要來源可能是生活洗滌污水、漁網以及沿海附近的工業。漢沽區域排污口含量較高的MPs為PP-PE、PET、CE，比例分別為23.4%、19.4%和15.4 %，非塑料成分比例為7.7 %。徐沛等（2019）在長江口沉積物中也檢測出六溴聯苯和三水合氧化鋁等非塑料成分。大部分站位PP-PE 含量相對較高。

天津入海排污口中檢測出的MPs 主要成分是PET 和PP-PE，大部分形狀是纖維狀。污染源可能來自附近生活污水、漁業、旅游業和工業。人口越密集的地區MPs 污染越嚴重，說明陸源污染是MPs 的主要來源。入海排污口會將陸地MPs 排入渤海，治理入海河流中的MPs 對減輕天津附近海域MPs 污染具有重要意義。

3 結論

本文對入海排污口中MPs 的形狀、粒徑大小、顏色、成分的分布特征做了調查分析。大港、塘沽和漢沽3 塊區域MPs 形狀主要是纖維狀，分別占70.9 %、76.1 %和78.4 %。MPs 的粒徑大小分為1 ～5 mm、0.5 ～ 1 mm 和0.125～0.5 mm 3 種，大港區域排污口MPs 含量最大的是0.125～0.5 mm，含量隨著粒徑的增大而減小；塘沽和漢沽區域排污口MPs 含量最大的是1～ 5 mm。排污口中檢測到的MPs 顏色主要有黃色、白色、黑色、紅色、藍色、綠色6 種，3 塊區域排污口MPs 黑色比例最多，白色比例都較少。顏色較深的比例較大，主要來源可能是垃圾廢棄物、漁民廢棄的漁網、漁線。檢測到的MPs 成分主要有PVC、PA、PET、CE、ABS、EP、PP-PE、PMMA 和共混物，含量最大的是PET 和PP-PE 兩種。排污口中MPs 主要來源可能是生活污水、漁業、旅游業和工業。陸源輸入是渤海MPs 污染的主要原因，治理入海河流中的MPs 對減輕天津附近海域MPs 污染具有重要意義。