寧波市水體中微塑料的賦存特征及影響因素*

2022-09-22 04:07:32商衛純盧璽丹陳胤再

環境污染與防治 2022年9期

商衛純鄭吉盧璽丹陳胤再

(寧波市生態環境科學研究院，浙江寧波 315012)

近年來，塑料產量大幅增加，年產量超過3.3億t[1]。塑料中超過10%最終進入河流、湖泊和海洋等水體環境，并在水體中不斷堆積，這就使得微塑料污染問題日益嚴峻。微塑料會對水生物種、生態系統和人類健康產生不利影響[2]。研究證實，微塑料對水體中的細菌、藻類、輪蟲、軟體動物和節肢動物等均會產生不良影響[3]。它們會通過食物鏈轉移到人體中，在人體中積累，損傷不同組織，引起慢性炎癥[4-5]。另外，微塑料具有較高的比表面積，因此具有較強的吸附能力，可以作為重金屬、有機物等不同的水體中污染物的載體[6]，同時，還可以作為不同生物體的載體[7-8]。此外，微塑料本身是由各種單體及化學添加劑組成的，內部添加劑的釋放也會造成潛在的環境風險[9]。

迄今為止，水體微塑料的研究主要集中在海洋[10],[11]418,[12]18，且主要集中在微塑料污染的程度(積累、來源、豐度)和對海洋生物的影響兩個方面。表層水體、深海、沉積物中均檢測到了微塑料[13]1557,[14]，此外，不僅是人口密集的地區，而且在相對原始和偏遠的地區也發現了微塑料的蹤跡[13]1557,[15]884。同時，微塑料會對生物體造成不良的影響也已被證實[16-18]。

與海洋系統相比，淡水系統中的微塑料研究要少得多[11]418。盡管如此，有足夠的證據表明，微塑料在淡水中廣泛存在，在世界上每個大陸的河流或湖泊中都發現了微塑料[12]18,[19]129,[20]。研究表明，在許多河流的不同深度的水體及沉積物中都發現了微塑料。研究證實，河流中這種微塑料污染的主要來源是城市徑流，特別是在高降雨量期間[15]874、來自城市地區的灰水[21]和污水處理廠的流出[22-23]。但是，目前城市水體微塑料的數據依然缺乏，這使得全面評估它們對水體生態系統產生的影響變得困難。因此，有必要針對城市水體中微塑料的賦存特征進行研究，并分析城市水體中微塑料的影響因素。

本研究選取寧波市的部分干流和支流水體為研究對象，考察了寧波市城市水體中微塑料的豐度水平，分析了水體中微塑料的類型及形貌特征，探討了城市水體微塑料的影響因素，提供了河網密布的沿海港口城市水體微塑料污染的基本數據，對城市水體中微塑料的管控具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區域及樣品采集

寧波市是中國東南沿海的一個大型港口城市，物流及電子商務產業發達，制造業也發達，尤其是塑料加工及紡織業。全市河網密布，大小河流總計173條，河道長度超過180 km，水域面積達400萬m2。

本研究在對寧波市水系進行實地踏勘的基礎上，結合水體類型、下墊面土地利用情況、地理分布等，選定干流監測斷面6個，支流監測點19個。干流的6個監測斷面選擇連續的水體，采樣點編號為M1～M6,M1和M2位于剡江，M3和M4位于奉化江，M5和M6位于甬江。依據地表水監測斷面布設原則對每個監測斷面左側、中部、右側設置3處采樣(受環境因素的制約，M6只設置了中部1處采樣)，每處用不銹鋼采樣器采集3次水體樣品。19個支流監測點遍布整個寧波市，包含所有的市轄區及下墊面。采樣點編號為T1～T19,每個采樣點處用不銹鋼采樣器采集3次水體樣品。采樣點位置見圖1。

圖1 采樣點位置

1.2 微塑料檢測

將水樣用NaOH在避光條件下消解12 h，以去除表面的部分有機污染物，減少對后續操作的干擾。采用真空泵將水樣中的微塑料富集到濾膜上，再將濾膜放置在顯微鏡下，通過目檢的方法檢出所有疑似的微塑料樣品，并記錄其粒徑、形狀和顏色等基本形貌特征。疑似的微塑料樣品通過傅立葉紅外顯微成像光譜儀(Nicolet In10 MX)進行紅外鑒定，判斷其是否為微塑料以及微塑料的類型。

1.3 質量控制

在實驗過程中對整個操作流程進行嚴格的質控，以減少操作流程對結果的影響。在采樣過程中，用不銹鋼采樣器采集水樣，用玻璃瓶存放樣品。實驗室分析過程全程在無塵室中進行，同時在消解及其他操作過程中用錫箔紙覆蓋，以避免空氣中微塑料的影響。從采樣開始到實驗結束整個流程進行空白實驗，空白樣品中未檢出微塑料。

2 結果與討論

2.1 寧波市水體中微塑料的豐度

寧波市水體微塑料豐度為0.81～69.92個/L，與其他地表水體相比，其微塑料豐度整體處于較高的水平，這可能與當地紡織業較發達有關，同樣以紡織業為主的紹興市水體中微塑料的豐度(2.1～71.0個/L)也處于該水平[24]。另外，寧波市電子商務和快遞業務發展迅速[25]，電子商務和快遞服務相關的塑料包裝也可能是水體中微塑料的重要來源。由圖2和圖3可見，寧波市干流中微塑料的豐度顯著高于支流中微塑料的豐度，干流微塑料平均豐度為(38.08±18.75)個/L，支流微塑料平均豐度為(3.25±2.62)個/L，這一結果與上海市的黃浦江與蘇州河中微塑料分布情況一致[26]4，城市各個支流都向干流匯集，因此導致干流成為城市水體中微塑料重要的匯。

圖2 干流各采樣點微塑料豐度

圖3 支流各采樣點微塑料豐度

干流中微塑料的豐度從上游到下游呈現出逐漸增高的趨勢。位于上游的M2豐度最低，為(15.55±5.03)個/L，該采樣點位于剡江，周邊人類活動較少，同時周邊匯集進入的水體也較少，從而減少了水體中微塑料的潛在來源。M6處豐度最高，為(69.92±17.04)個/L，該采樣點位于甬江的下游并最終匯入出海口，水體中的微塑料會在水力的作用下在該處匯集，同時海水倒灌也會導致此處微塑料豐度增加。

與干流相比，寧波市支流的微塑料豐度處于較低水平。但是，T1處豐度為(12.51±3.41)個/L，顯著高于支流微塑料豐度的平均值。T1采樣點是水庫，水庫中水體動能較低，流動性差，為微塑料的聚集創造了有利條件，隨著時間的推移微塑料不斷地累積[27]。因此，靜止水體中微塑料污染問題可能更為嚴重，比如金澤水庫和三峽水庫[26]4,[28]。寧波市水體與其他地表水體中微塑料豐度比較見表1。

表1 地表水體中微塑料豐度

2.2 微塑料的類型及形貌特征

寧波市水體中微塑料類型的數量占比依次為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET，62.04%)、聚酰胺 (PA，18.25%)、聚丙烯腈(PAN，5.11%)、聚乙烯(PE，2.92%)、聚氯乙烯(PVC，2.92%)、聚乙烯醇(PVA，2.19%)和聚丙烯(PP，2.19%)等(見圖4(a))。類型占比最大的是PET，與大部分城市水體中微塑料主要類型一致，如武漢[29]1373等。PET通常用于紡織品的生產，如衣服、毛毯等[29]1373。生活污水中的PET纖維可能是研究水域中纖維微塑料的重要來源。干流水體與支流水體中占比最大微塑料的類型一致，解釋了微塑料來源的一致性，進一步說明了干流是支流中微塑料的匯。

由圖4(b)、4(c)、4(d)可見，寧波市水體中微塑料的形狀以線狀為主，其次為片狀和顆粒狀，數量占比依次為91.99%、6.16%和1.85%；粒徑的數量占比為：≤500 μm占40.81%，500～1 000 μm占32.95%，1 000～3 000 μm占22.72%，3 000～5 000 μm占3.52%；顏色以無色透明為主，數量占比為60.39%，其次為黑色，數量占比為32.93%，藍色和紅色的數量占比分別為3.00%和2.28%。

圖4 寧波市水體中微塑料類型、形狀、粒徑和顏色數量占比

已有的研究表明，不管是遙遠的海床還是偏遠的內陸水體[46]，其中的微塑料都以線狀為主，也與我國以往的研究結果一致[32]882,[47],[48]7-9。線狀的微塑料可能來自于城市污水、廢織物和漁業活動[49-50]。城市污水是水體中線狀微塑料的重要來源[51]，尤其是生活污水。家用洗衣機廢水的研究結果表明，洗滌一件衣服可產生數千個線狀微塑料[52]，而目前城市中陽臺洗衣廢水直排的現象非常普遍，同時，郊區居民生活污水直排現象也十分嚴重，這些都會導致水體中線狀微塑料增加。寧波市眾多的服裝加工廠可能是水體中線狀微塑料的潛在來源。此外，經污水處理廠處理后，依然有40%左右的微塑料進入到自然水體中[53]。

水體中的微塑料以小粒徑的為主，通常≤500 μm的微塑料數量占比最大。中國淡水流域中的微塑料粒徑大部分小于1 mm[48]12,[54]，珠江口及其城市段地表水中粒徑小于2 mm的微塑料占80%以上[32]881。小尺寸微塑料具有較高的生物利用度，這可能會增加生態風險[55]。

顏色方面，無論是在中國淡水環境的地表水還是沉積物中，微塑料均以無色透明為主[56]707。這些無色透明的微塑料可能是塑料袋、水杯、塑料瓶等包裝產品破碎產生的。而淡水生物群中檢測到的微塑料除了無色透明的外，還有大量藍色的微塑料，這可能是由于誤食浮游生物造成的[56]706。微塑料的顏色會增加攝食的可能性，因為它們與食物十分相似，尤其是對視覺捕食者的影響更大，如魚和幼蟲等[57]。

2.3 城市水體微塑料的影響因素

城市水體中微塑料的賦存特征受到多重因素的影響，如國內生產總值、人口密度、距離城市中心的距離和下墊面等[26]8,[29]1369,[58]862,[59]448。本研究的結果表明，城市水體中微塑料的賦存特征主要受到人類活動及垃圾管理策略的影響。

將采樣點依據行政區劃分，對比各個行政區內自然水體微塑料污染的基本情況，微塑料豐度從大到小為：海曙區>北侖區>鄞州區>奉化區>鎮海區>江北區(見圖5)。該順序與各區的國內生產總值及人口密度均不一致。社會經濟因素對微塑料的賦存有重要的影響，并有研究證實水體中微塑料的豐度與國內生產總值或人口密度呈正相關[58]865,[59]453。此次結果表明，在城市尺度上，國內生產總值和人口密度并不是影響城市水體中微塑料分布的決定性因素。

圖5 各行政區微塑料豐度

淡水水體中的微塑料污染與人類活動及垃圾管理政策存在密切聯系。將采樣點依據不同城市功能區劃分，微塑料豐度從大到小為：居民與農業混合區>居民區(郊區)>居民區(城區)>農業區(見圖6)。居民與農業混合區微塑料的類型最為豐富，居民區(城區)微塑料的類型僅有PET和PA。該結果證實了城市土地覆蓋與微塑料分布存在顯著的相關性[60]可能是人類活動及垃圾管理策略問題共同造成的[61-62]。農業區水體微塑料豐度最低，是因為與其他下墊面相比，農業區人類活動最弱。但是，人類活動只能影響微塑料的產生量，并不是水體微塑料污染程度的決定因素。城區會產生更多的微塑料，同時也有更為成熟和完善的垃圾管理策略及治理設施，這能極大地減少進入環境中微塑料的量。居民與農業混合區的垃圾管理策略要弱于居民區，從而導致居民與農業混合區的水體中微塑料豐度最高。由于對塑料垃圾(如城鎮、旅游、農業、工業等)、船舶運輸、漁業活動等過程的管理不當，微塑料很可能直接進入水環境，造成一定程度的微塑料污染[63]。垃圾填埋場管理不善也會導致水體中微塑料的增加[64]。污水處理廠的污泥也是微塑料污染的主要來源[65]。暴雨或洪水過后，垃圾填埋場的徑流會將這些微塑料帶到附近的環境中，同時，降雨可能導致微塑料在地表水中的再懸浮[19]135。大氣沉降也是水環境中微塑料污染的重要來源[66]。