鸭绿江大小潮位上溯线间区底质微塑料研究

2020-12-29杨清海

上海化工 2020年6期

王净夏倩杨清海

辽东学院城市建设学院（辽宁丹东 118000）

通常，微塑料定义为粒径小于5 mm 的塑料颗粒，又被称为海洋中的PM2.5[1]。微塑料在塑料被大规模应用于生产生活时就存在于环境中，直到近期才受到人们的重视。

不同材质形成的微塑料具有不同密度；微塑料在水中沉积特性差异明显，受水体动力学因素和密度变化影响较大。感潮河口海水往复运动，对底质强烈搅拌，水体密度变化频繁。大小潮位海水上溯带间区水体密度始终在1 g/cm3与海水密度（1.02～1.07）g/cm3之间变换，沉积与浮选条件更为复杂。沉积物在各种沉降、密度或联合沉淀等的作用下，成为海洋生态系统的“沉淀槽”和污染的第二来源[2]。

国内海域，相关研究区域多集中在长江口、渤海、黄海和东海[3-6]等，丹东地区研究甚少。丹东海水的悬沙带在浪头与入海口之间，悬沙带在运动时对微塑料造成的影响尚未可知。丹东潮汐以半月为单位交替，在大小潮间区，小潮时基本为淡水，大潮时混杂有海水，沉积作用复杂。监测鸭绿江大小潮位海水上溯线间区底质中的微塑料，可以探索特殊条件下微塑料沉积规律。

1 材料与方法

1.1 研究区域及样品采集

落潮期间，在大潮位海水上溯带月亮岛（N40°05′38.43″，E124°21′31.79″）潮滩位置设置垂直于鸭绿江的采样垂线，在垂线上潮间带近水、中间、近岸位置分别取样；在小潮位海水上溯带浪头港滩涂设3 个取样点，点 1（N40°02′36.03″，E124°20′6.03″），点2（N40°02′35.70″，E124°20′6.71″），点 3（N40°02′34.64″，E124°20′8.19″）。取样时涨潮水位与落潮水位间等距选取3 点（在1 m×1 m 的正方形区域中采用梅型布点法），每点分别取 0～5 cm 深、5～10 cm 深、10～15 cm 深的底质，置于不锈钢盘中，自然风干。

1.2 沉积物中的微塑料分离提取

微塑料污染研究的关键是环境样品中微塑料的分离和提取。迄今为止，沉积物样品中的微塑料主要通过浮选法分离，一种是直接通过密度分离的溶液浮选法，另一种是利用向悬浊液中通气的气浮分离法[7]。两种方法都具有操作简单、人工干预少且分离效率高的特点。相比之下，气浮分离法的缺点是扰动强烈，对较大颗粒塑料分选不彻底，浮选物质中干扰物质较多，不利于进一步镜检。为了减少干扰，彻底分选，降低后续操作难度，采用溶液浮选法、筛分和过滤法进行分离提取[8]。称取100 g 沉积物样品（以干重计）用于微塑料浮选。由于沉积物中物质比较复杂，微颗粒种类、含量较多，所以先用蒸馏水浸泡样品。样品浸泡并静置24 h 以上，倒掉上层液体，去除相对密度小于1 的悬浮物；加入用玻璃纤维滤膜过滤后的氯化钠饱和溶液进行浮选，搅拌后静置24 h，使微塑料完全上浮。收集上清液，用真空抽滤装置抽滤，将载有样品的滤膜放入玻璃培养皿中，于65 ℃烘箱内烘干，避光保存。

1.3 微塑料的分析与数据处理

滤膜于SZ2-ILST 体视镜（奥林巴斯株式会社）下观察。

2 结果与讨论

2.1 不同区域沉积物中微塑料的丰度及分布规律

对研究区域18 个沉积物样本进行微塑料浮选分离。结果显示，18 个样品中均检出微塑料。其丰度范围为 6～64 个 /100 g，平均丰度为 32.67 个 /100 g。具体见表1。

表1 各点微塑料数量统计个/100 g

表1 显示，浅层沉积物中微塑料数量总体高于沉积物，其中月亮岛地区潮滩沉积物中微塑料的分布，近岸比近水多145.28%，原因可能在于浅层、近岸区域人类活动频繁，导致塑料含量升高，长期累积使微塑料数量增加。其次，在月亮岛地区，只有大潮时海水才能到达，海水冲刷作用较弱，沉积作用较强，导致微塑料沉积数量较多。

对比月亮岛与浪头港各项数据，月亮岛微塑料数量比浪头港整体多出30%，原因可能在于：浪头港涨潮时就会有海水与其混合，海水冲击作用明显；而月亮岛沉积作用明显，微塑料更易沉积；月亮岛比浪头港受人类活动影响明显，塑料含量较为丰富。

相同之处，月亮岛与浪头港的浅层都比深层的微塑料丰度高，原因可能在于潮汐冲刷会阻碍潮滩沉积物中微塑料沉积，微塑料更易在潮滩表层沉积物中积聚。

鸭绿江潮滩沉积物中微塑料的丰度与下游表层水体差异较大，其水体中微塑料的平均丰度为：月亮岛区域（4.56±1.57）个 /L，浪头港区域（6.11±1.81）个/L。具体见表2。

表2 鸭绿江下游表层水体中不同地点微塑料的丰度以及类型百分比

月亮岛区域处于丹东市经济与旅游发展的重要位置，商业与人为活动密集，在已有调查中，武汉城市的湖泊与河流中受微塑料污染，其微塑料污染程度随人口密度变化而变化，二者呈正相关。浪头港区域涉及渔业、水产养殖、航运活动较多，导致微塑料丰度高。

造成微塑料在月亮岛与浪头港的水体与沉积物中丰度不同的原因在于，月亮岛为大潮位海水上溯带，浪头港为小潮位海水上溯带。在月亮岛，微塑料大多沉积在底质中；而浪头港处，微塑料大多漂浮在水体中：导致月亮岛沉积物中微塑料丰度大于浪头港，水体中微塑料丰度小于浪头港。

由表1 可知，月亮岛的微塑料平均丰度为36.89个/100 g，浪头港的平均丰度为28.44 个/100 g。我国河北省曹妃甸围填海区潮滩土壤供试土壤中微塑料丰度达到317 n/500 g[7]，鄱阳湖流域“五河”入湖口沉积物微塑料的平均丰度为811.11 n/kg[9]，长江口潮滩沉积物中微塑料的平均丰度为（3.42±1.31）items·g-1[2]，黄海桑沟湾沉积物中微塑料丰度范围为31.2～1246.8 N/kg[10]。总体来看，鸭绿江下游表层沉积物中微塑料的丰度处于偏低水平。

2.2 不同区域微塑料的主要类型

国内研究区域微塑料类型分离结果显示，所有样点均存在碎片类、发泡类、薄膜类和纤维类[9]4 种类型，其中发泡类微塑料最多。采集的样品中，薄膜类微塑料多为无规则的片状及细长条状；碎片类微塑料大多为亮闪的块状；发泡类微塑料粒径相对较大；纤维类微塑料主要呈细长线型。各类型微塑料占比情况见表3。

鸭绿江潮滩沉积物中微塑料的主要类型与水体中的主要类型高度重合，所占比例也极其相似。其水体中微塑料类型也分为4 种，即碎片类、纤维类、发泡类和薄膜类。其中主要为发泡类和纤维类，分别占57.65%和26.91%。

表3 不同区域微塑料各类型占比%

我国河北省曹妃甸围填海区潮滩供试土壤中分离到碎片、颗粒、纤维和薄膜4 类微塑料[7]；鄱阳湖流域“五河”入湖口的沉积物研究结果显示，微塑料的类型有碎片类、发泡类、薄膜类和纤维类，以碎片类微塑料为主[9]；长江口潮滩沉积物中微塑料的类型较少，有纤维状和碎片状两种形式，其中纤维状占主要部分[2]；桑沟湾水体和沉积物中微塑料类型主要为纤维类、碎片类、薄膜类、发泡类和颗粒类[10]。总体来看，我国各区域沉积物中微塑料的类型大体相同，但不同区域中不同类型的微塑料占比不尽相同，原因可能在于不同区域塑料垃圾的来源、沉积效应有所不同。

2.3 研究区域微塑料污染物的主要特征

2.3.1 研究区域微塑料的颜色分布

研究区域沉积物中微塑料颜色包括白色、透明、蓝色、灰色、褐色、黄色和红色，白色微塑料最多。其中：发泡类微塑料以白色和透明为主，薄膜类以透明和灰色为主，纤维类以透明为主，碎片类以蓝色、红色和褐色为主。

鸭绿江潮滩沉积物中微塑料的颜色与水体中的颜色也相似。其水体中微塑料的颜色以白色与黑色为主，也存在紫色、蓝色、红色。

2.3.2 各区域微塑料的粒径分布

研究区域各样点沉积物中大部分微塑料的粒径范围为17.86 μm～0.29 mm。其中：碎片类粒径范围为17.86 μm～0.29 mm；发泡类粒径范围为53.57 μm～0.29 mm；纤维类微塑料长度为0.75～2.68 mm，甚至更长。

鸭绿江潮滩沉积物中微塑料的粒径范围与水体中的粒径范围大体相似。其水体中微塑料的粒径大部分小于0.5 mm，占86.35%，而沉积物中微塑料粒径全部小于0.5 mm。原因在于微塑料的来源之一是次生微塑料[11]；而次生微塑料的形成需要足够的时间，久而久之就在底质中沉积。

我国河北省曹妃甸围填海区潮滩供试土壤中微塑料的平均粒径为（1.56±0.63）mm，其中粒径小于1 mm 的微塑料占49.8%[7]；鄱阳湖沉积物中检测出的微塑料粒径范围为0.25～5.00 mm，70%的微塑料粒径小于1 mm[9]；黄海桑沟湾沉积物中微塑料的平均粒径为（1.54±1.02）mm[10]。与之相比，鸭绿江流域沉积物中微塑料的粒径相对较小且有具体的上下限。原因可能在于，所选用的目视鉴别方法中观察的所分离提取出的物质均为肉眼不可见，相比于傅里叶变换红外光谱法、拉曼光谱法、热分析法的不足之处[12]，体视镜在上镜观察时可将倍数调至最大，视野范围内观察较清晰，且没有粒径、数量、样品条件等条件约束。