舟山朱家尖沙灘沉積物中微塑料污染調查研究

林朋，劉俊稚，趙晟

(浙江海洋大學海洋科學與技術學院，浙江舟山 316022)

隨著全球經濟的快速發展，大量塑料垃圾被排入海洋環境，并在光照輻射、海流擾動、波浪擊打、動物攝食與排泄和微生物降解等作用下發生風化、裂解、降解，形成塑料碎片[1-2]。其中，粒徑小于5 mm 的塑料碎片被定義為微塑料(microplastics，MPs)[3]。微塑料由于難以徹底降解而長時間大范圍地存在于近岸海域、深海大洋甚至極地等各種水體及海底沉積物中[4-6]。海洋環境中的微塑料會通過多種途徑進入海洋生物體內，會對海洋生物、生態環境和人體健康造成巨大威脅[7-8]。

作為一種新興污染物，微塑料相關研究成為近年來海洋科學和生態環境科學領域的研究熱點[6,9]。了解微塑料在自然界中的豐度與分布特性是研究其環境行為、生態效應及相應污染防治措施等的基礎，但由于相關研究起步較晚，還存在許多未知。我國是世界塑料生產與消費大國，舟山群島是我國東海地區最大群島，然而，目前對該地區微塑料污染狀況的有限研究主要集中在當地水產品[10]、表層水[11]和近岸海底沉積物[12]，而對近岸海灘沉積物的微塑料調查鮮見報道。因此，本研究以舟山本島朱家尖十里金沙沙灘表層沉積物為調查對象，對其中微塑料的豐度、粒徑、形態及化學成分等進行調查分析，以期為了解當地微塑料污染狀況及為采取相應污染防治措施提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 調查站點布設

如圖1 所示，本次調查在舟山市朱家尖近海沙灘的東沙、南沙和青沙沙灘分別選取5 個站位，共15 個站位采集沉積物樣品。具體每個點位以距離海邊由遠至近呈S 形選5 個邊長約0.3 m 的正方形采樣點。

圖1 朱家尖沙灘沉積物采樣地點Fig.1 Sampling sites of the sediments at Zhujiajian beach

1.2 樣品采集與預處理

在沙灘低潮時，用干凈的不銹鋼鏟子先將采樣點四周鏟松，再快速鏟起約2～3 cm 深、重1～2 kg 的沉積物樣品。采樣過程中，對樣品摻雜的海藻、樹葉、木材等大塊的天然碎屑或塑料碎塊直接挑出來丟棄。為防止沉積物樣品中的微塑料繼續降解，快速將采集好的沉積物樣品放在玻璃瓶中裝好，帶到實驗室置于陰涼干燥處自然風干。

1.3 樣品微塑料的分離及檢測方法

首先用以飽和氯化鈉溶液(1.3 g·cm-3)作為浮選液的密度分離法對所采集濕重約500 g 沉積物中的微塑料進行分離[13-16]，之后分別采取目視法、傅里葉變換紅外光譜分析法(FT-IR 法)以及掃描電鏡(SEM)法對樣品進行檢測分析。

具體過程為：將已從沉積物樣品中通過密度分離法分離后的含微塑料纖維濾膜(孔徑0.45 μm)，用光學顯微鏡觀察其微塑料的形態種類和粒徑，把濾膜在顯微鏡下“之”字形移動以尋找微塑料并計數；用傅里葉紅外光譜儀掃描分析濾膜中微塑料的主要化學組分，用掃描電鏡對微塑料的微觀表面進行觀測。

1.4 數據處理與分析

微塑料豐度用個·kg-1(沉積物)表示[13]。文中所有數據均為平均值±方差。

2 結果與討論

2.1 微塑料豐度

本研究微塑料豐度調查結果及一些文獻報道數據如表1 所示。本研究中舟山朱家尖十里金沙沙灘沉積物中的微塑料平均豐度為1 007 個·kg-1(沉積物)，與其他報道區域相比，其微塑料污染程度處于中等偏下水平。3 處沙灘沉積物中，微塑料豐度高低依次為東沙、南沙和青沙，分別為(1 207±193) 個·kg-1(沉積物)、(1 082±173)個·kg-1(沉積物)和(731±138)個·kg-1(沉積物)。東沙沙灘是一處沿海岸線長線分布、與東海接觸面較大的沙灘，微塑料易從陸地排至東沙沙灘；且東沙沙灘與其兩邊島嶼呈口袋狀，使得由東海聚集到東沙沙灘的微塑料不易流出。同時，東沙和南沙都是人流較大的景區，這些區域較高的微塑料豐度可能是人類活動頻繁所致。

表1 本次調查及一些文獻報道的微塑料豐度Tab.1 Abundance of micro plastics under different sites

2.2 微塑料粒徑

本次調查測得的微塑料粒徑分布如表2 所示。可見，3 處沙灘沉積物中微塑料粒徑最高占比均為小于1 mm，東沙、南沙和青沙沙灘分別為61%、69%和85%；其次為粒徑1～3 mm，3 處沙灘分別為27%、18%和10%；而粒徑為3～5 mm 的微塑料占比最少，東沙、南沙和青沙沙灘分別僅占12%、13%和5%。與表1 對比可以發現，微塑料污染程度更高的東沙和南沙2 處沙灘中粒徑＜1 mm 的微塑料占比低于微塑料污染相對較輕的青沙，這可能是由于東沙和南沙沉積物中的許多微塑料為近年來新排入積存所致，而這些新排入的塑料顆粒尚未被破碎成粒徑＜1 mm 的更小微塑料顆粒。

表2 朱家尖十里金沙微塑料粒徑分布Tab.2 Particle size distribution of the microplastics at Zhujiajian

2.3 微塑料形態種類及化學成分

通過傅里葉變換紅外光譜分析，獲得本次調查得到的微塑料形態種類和化學成分如表3 所示。可見，其形態主要為纖維狀、碎片狀和薄膜狀，相應化學成分分別為聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯。其中，纖維狀聚乙烯微塑料占比最多，東沙、南沙和青沙沙灘分別為59%、69%和42%；其次為薄膜狀聚苯乙烯，3 處沙灘分別為29%、40%和18%；最后為碎片狀聚丙烯，3 處沙灘分別為12%、9%和18%。纖維狀微塑料主要源自人類紡織衣物所掉落的碎片[15]，這些碎片會在海水或沉積物中進一步破碎成微塑料。而東沙和南沙2 處沙灘沉積物中的纖維狀微塑料含量較高，也與其相對更頻繁的人類活動相符。從化學成分角度分析，聚乙烯應用最為廣泛，常用于產品包裝，聚丙烯主要用于服裝和塑料零件生產，而聚苯乙烯則常被用來制作泡沫塑料制品[18-19]。不同化學成分對應的生態效應及環境影響可能不同，有待深入研究。

表3 朱家尖十里金沙的微塑料形態種類和化學成分Tab.3 Shape types and chemical compositions of the microplastics at Zhujiajian beach

2.4 微塑料微觀表面特征

朱家尖十里金沙3 處沙灘沉積物中典型微塑料的表面SEM 如圖2 所示。可見，這些微塑料顆粒表面并不像肉眼直接觀察到的那樣完整、平滑，而是十分粗糙，且有明顯裂縫。這應該是進入環境中的微塑料在風力、波浪、輻射等各種物理和化學作用下被長時間自然風化的結果。同時，這些不平整、不光滑的表面會增加微塑料對環境中其他各種有毒有害污染物的吸附量，從而形成微塑料和其他有毒有害污染物的復合污染[19]。

圖2 東沙(a)、南沙(b)和青沙(c)沙灘沉積物中典型微塑料的SEM圖Fig.2 Typical SEM images of microplastics in sediments of Dongsha (a),Nansha (b) and Qingsha (c) beaches

3 結論

本研究調查分析了舟山市朱家尖近海沙灘十里金沙沙灘沉積物中的微塑料污染現狀，主要得到以下結論：(1)該區域沙灘沉積物中微塑料豐度平均為1 007 個·kg-1(沉積物)，總體污染程度處于全球中等偏下水平。(2)微塑料粒徑占比高低依次為＜1 mm、1～3 mm 和3～5 mm，具體數值受到微塑料排放時間和排放強度的影響。(3)微塑料形態占比高低依次為纖維狀、碎片狀和薄膜狀，相應化學成分分別為聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯。(4)微塑料微觀表面粗糙且有明顯裂縫，使其易于吸附其他有毒有害污染物從而產生復合污染。這些研究結論能夠為當地微塑料污染風險評估及污染防治提供數據支持和科學指導。