吴磊石， 洪 鸣， 彭梦微， 王晓旭， 蓝文陆， 曲 玲， 张微微*

1.广西壮族自治区海洋环境监测中心站， 广西 北海 536000

2.国家海洋环境监测中心， 辽宁 大连 116023

塑料制品由于具有轻便、成本低、可塑性强等特点，被大规模生产和使用. 但是由于塑料在自然环境中很难分解，大量的塑料废弃物在环境中不断累积[1]. Borrelle等[2]估计，2016年全球产生的 1 900×104～2 300×104t塑料垃圾中，有11%排放到水生生态系统，到2030年排放量可能会达到 5 300×104t/a；刘彬等[3]估计，2016年我国向海洋中排放塑料垃圾为124×104～331×104t. 塑料垃圾进入海洋后在海浪、紫外线等作用下可以不断破碎和分解，在环境中粒径小于5 mm的通常被定义为微塑料[4-5]. 此外，微塑料还包括个人护理品中添加的塑料微珠，加工、生产或运输过程中泄露或遗失的原料树脂颗粒等[6]. 由于微塑料可在风和表层洋流的作用下在全球海洋输移，也可吸附周围海水中的持久性有机污染物或重金属[7]，并可被不同营养级的海洋生物摄食，作为载体输移污染物进入食物网[8-9]，被认为是海洋生物健康的主要风险之一.

已有研究显示，微塑料在海洋环境中广泛分布，包括近岸海域[10]、大洋环流区[11]、偏远海岛[12]和极地海域[13]. 受大尺度海洋环流的影响，开阔大洋海域漂浮微塑料可在亚热带环流区聚集，而近岸海域和半封闭的海湾水体中微塑料的类型、组成和密度在不同地点差别很大，其空间分布受人类活动、水动力条件、盛行风和沿海人类活动的影响[14]. 北部湾是中国南海西北部的半封闭海湾，被中越两国陆地与中国海南岛所环抱，是中国南海最大渔场之一. 由于地理位置的特殊性和北部湾海洋生态环境保护的重要性，近年关于北部湾海域微塑料的研究逐步开展，包括北部湾红树林沉积物[15]、北部湾经济鱼类[16]、茅尾海水体和牡蛎[17]、钦江水体和沉积物[18]中微塑料的分布等研究. 但目前尚未开展北部湾表层水体中微塑料的空间分布研究. 该文以北部湾海域表层水体中微塑料分布为研究对象，旨在评估典型海湾微塑料污染水平和分布特征，了解影响典型海湾水体中微塑料空间分布的因素，分析北部湾海水中微塑料的主要来源，以期为近岸海域塑料垃圾和微塑料管控提供有益参考.

1 材料与方法

1.1 研究区域

北部湾位于中国南海的西北部，东临中国广东雷州半岛和海南岛，北临广西壮族自治区，西临越南，与琼州海峡和中国南海相连. 该研究区域东起雷州半岛，西至防城港市白浪滩，共布设了12个站位，其中北部湾近岸海域布设9个站位(1#～9#站位)，于2020年11月开展表层海水微塑料的采集；同时，布设3个海水浴场监测站位，分别位于北海市的侨港(10#站位)、钦州市的三娘湾(11#站位)和防城港市的白浪滩(12#站位)，于2020年9月开展表层海水微塑料的采集. 采样站位信息如表1所示.

表1 北部湾表层水体微塑料采样信息

1.2 样品采集

该研究使用Manta网采集表层海水中微塑料. Manta网口长1 m，宽0.5 m；网衣为使用蚕丝材质制作锥形体，长3 m，网孔孔径为330 μm，底部连接不锈钢制作的网底管. 流量计固定于网口中央，用于计算过水流量. 采样时，从调查船的船舷边下放采样网，船舶行驶速度为1～3海里/h(1海里=1.852 km)，每次拖网10～15 min. 拖网结束后，起网，泵取现场海水自上而下冲洗网衣外部，将样品冲至网底管. 然后将网底管中的样品转移至玻璃瓶中，待实验室做进一步分析.

1.3 样品处理及分析方法

样品依次通过5 mm和330 μm的不锈钢网筛，将330 μm网筛上的截留物用纯水冲至干净放入500 mL烧杯中. 将烧杯和样品置于烘箱内于60 ℃下烘干. 样品烘干后，向烧杯内加入20 mL 0.05 mol/L的硫酸亚铁溶液和20 mL 30%过氧化氢，室温下消解. 若消解后样品中仍能看见有机质，继续加入30%过氧化氢，直至有机质完全溶解. 消解完成后，向消解液中按每20 mL添加6 g的比例加入氯化钠固体. 待氯化钠溶解后，将溶液转移到下端有止水夹密封的玻璃漏斗中进行密度分离. 静置分离后，将下层杂质转移至烧杯中，上清液用0.7 μm的玻璃纤维滤膜过滤. 过滤后的滤膜置于培养皿中，于60 ℃下烘干. 滤膜烘干后，用体式显微镜(S6D，德国徕卡公司)观察样品的尺寸、形状和颜色等物理特性，将微塑料形状按照泡沫、薄膜、颗粒、片、纤维、线和原料树脂记录. 微塑料成分采用傅里叶变换显微红外光谱仪(Frontier，美国珀金埃尔默股份有限公司)在衰减全反射(ATR)模式下进行分析.

数据分析和制图采用Excel软件.

2 结果与讨论

2.1 微塑料样品的丰度分布及特征分析

该研究共分析鉴定了 3 913 个微塑料样品. 北部湾海域表层水体微塑料平均丰度为(0.56±1.02)个/m3. 其中，4#站位的微塑料丰度最高，达3.72个/m3；6#站位的微塑料丰度最低，为0.01个/m3(见表2).

表2 北部湾表层水体微塑料的数量和丰度

北部湾海域微塑料粒径分布、形状、成分和颜色如图1 所示. 由于海洋微塑料主要源于海洋塑料垃圾的分解，破碎后数量呈指数增长，粒径在1～2 mm范围内的微塑料较多，占全部微塑料数量的30.4%；该研究检测到微塑料有泡沫、薄膜、颗粒、片、线和纤维共6种形状，其中泡沫和薄膜分别占62.7%和15.4%；北部湾表层水体中微塑料主要成分为聚苯乙烯、聚丙烯和聚乙烯，分别占59.8%、20.9%和17.6%. 由于海洋生物摄食微塑料可能与微塑料颗粒的可用性相关，该研究记录了颜色信息. 由图1可见，北部湾表层水体中微塑料以白色和半透明微塑料为主，分别占68.8%和16.4%.

图1 北部湾表层水体中微塑料粒径、形状、成分和颜色特征

2.2 北部湾海域微塑料污染水平

由于我国是人口和塑料制品大国，有研究[19]通过评估模型指出，我国也是海洋塑料污染的主要排放国家. 为通过实测数据评估北部湾海域微塑料的真实污染水平，该文与国内外采用相同孔径网采集微塑料的研究结果进行了对比. 如表3所示，北部湾海域微塑料的平均丰度与日本濑户内海[20]、阿曼湾[21]、墨西哥托多斯桑托斯湾[22]、法国布列塔尼布雷斯特湾[23]处于同一数量级，低于东亚海[24]、韩国东南沿海[25]、美国南加州沿海[26]、以色列地中海沿岸[27]、佛罗里达州坦帕湾[28]、巴西瓜纳巴拉湾[29]，这说明北部湾海域微塑料与国外已有研究相比处于中等水平. 与我国沿海调查结果相比，与渤海[30-31]、黄海南部[32]、东海长江口外[33]和杭州湾[34]的微塑料平均丰度处于同一数量级，低于象山湾[35].

表3 全球不同海域表层水体中微塑料的丰度比对

分析导致不同研究区域微塑料差异的原因主要是： ①沿海地形条件和采样时间的差异，如Kang等[25]在韩国东南沿海采集样品的位置位于群岛周边，特殊的地形条件导致微塑料易于聚集；Mceachern等[28]研究显示，佛罗里达州坦帕湾降雨后微塑料的丰度高达(4.5±2.3)个/m3，75%以上的微塑料是纤维；Van-Derhal等[27]在以色列地中海沿岸检出的微塑料丰度比全球海域平均水平高出1～2个数量级，认为季节输入和海岸地形是影响微塑料分布的主要原因；该研究受地形和河流输入影响，北部湾钦江邻近海域的4#站位微塑料丰度高达3.72个/m3. ②早期研究微塑料成分鉴定手段不足，可能存在一定的高估，如Lattin等[26]在美国南加州近海的研究，在没有开展光谱分析的情况下存在误判小粒径碎片的可能.

Stubbins等[36]研究显示，2002—2014年全球范围内聚乙烯和聚丙烯的产量占比分别为36%和21%，聚苯乙烯约为8%. 由于聚乙烯和聚丙烯大量使用于塑料包装等日用品，目前多数研究表层水体中聚乙烯和聚丙烯是主要检出成分. 该研究除检出这两种聚合物外，还检出大量的聚苯乙烯泡沫，占比高达59.8%. 为进一步分析导致这种差异的原因，笔者结合沿海人类活动进一步探讨了北部湾微塑料的来源.

2.3 影响微塑料空间分布因素

如表2所示，北部湾海域表层水体中，1#、2#、4#、7#、10#、11#、12#站位的微塑料丰度较高，5#、6#、8#、9# 站位微塑料丰度较低，整体呈现出离岸越近丰度越高、离岸越远丰度越低的空间分布趋势. 分析导致北部湾表层水体中微塑料空间分布存在差异的原因主要是： ①北部湾东临雷州半岛，从东到西分布有北海银滩、北海侨港、钦州三娘湾、防城港白浪滩和金滩等著名风景区，港口包括湛江港、北海港、钦州港和防城港等，人口稠密，经济活动频繁. 频繁的人类活动导致了微塑料在沿岸聚集. 这与Bollmann等[37]认为的微塑料污染程度与周边人口密度和经济活动的活跃程度呈正相关的观点相一致. ②海洋微塑料的空间分布受水文及河流输入的影响. 北部湾北部沿岸分布众多入海河流，主要包括位于广西壮族自治区的南流江、钦江、茅岭江、大风江和北仑河等[38]. 入海河流的输入，导致了北部湾北部的微塑料丰度偏高. ③盛行风和环流模式的影响. 陈宜展等[39]研究显示，北部湾秋季盛行东风和东北风，呈现出逆时针的环流结构；陈波等[38]研究显示，秋季湾内主要受逆时针环流控制，但东北部有一顺时针环流. 该研究调查时间为9月和11月，受流动特征的影响，北部湾的微塑料主要在湾北部聚集. 该研究仅开展了单航次水体中微塑料分布监测，水动力和盛行风的季节变化对表层水体中微塑料时空分布的影响仍需进一步探讨.

2.4 微塑料的来源分析

该研究尝试根据微塑料形状和成分(见图2)分析北部湾海域表层水体中微塑料的可能来源. 北部湾海域表层水体微塑料样品中，聚苯乙烯泡沫占全部微塑料的比例最大，高达59.8%，在所有的采样站位均发现了聚苯乙烯泡沫微塑料. 发泡聚苯乙烯(EPS)主要是用于缓冲包装、保温泡沫箱，水产养殖也大量消耗泡沫塑料，使用寿命仅为2～3年. EPS制品密度小、不易运输、难降解，一旦小块的聚苯乙烯泡沫散落在环境中很难回收，因此在环境中容易累积. 北部湾是重要的海水养殖区和渔场，与4#、11#站位相毗邻海域是钦州传统的牡蛎养殖区，靠近茅尾海的出海口. 茅尾海是北部湾北部一个半封闭式的内海，是钦州四大海产品的主要产区，上游有钦江、茅岭江和大榄江等入海河流输入. Zhu等[17]对茅尾海水体和养殖牡蛎中微塑料污染的研究显示，茅尾海水体中常见的微塑料颗粒为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯纤维、聚苯乙烯泡沫，判断其主要与洗涤废水和渔业活动有关. Zhang等[18]研究显示，钦州湾沙滩和红树林湿地中微塑料丰度为(15～12 852)个/kg，主要类型为聚苯乙烯、聚丙烯和聚乙烯. 该研究中北部湾表层水体微塑料主要成分是聚苯乙烯泡沫，与上述在北部湾的研究结果基本一致，进一步证实养殖活动与河流排放对该区域微塑料分布的影响.

图2 北部湾表层水体中微塑料的形状和主要成分

除聚苯乙烯泡沫外，在研究区域还采集到了较高比例的聚丙烯和聚乙烯，占比分别为20.9%和17.6%，形状包括薄膜类、颗粒状、碎片和线状. 图3为北部湾表层水体中典型微塑料形状和红外光谱图. 薄膜类聚丙烯和聚乙烯微塑料主要来源为日常生活中的塑料制品，如塑料瓶、膜类食品包装袋及鱼饲料编织袋上的防水薄膜层等；颗粒状和碎片状的聚丙烯和聚乙烯可能是硬质塑料制品分解破碎形成的小颗粒. 该研究中采集的线状微塑料占4.5%，其主要成分为聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺，颜色主要为白色和绿色. 根据对北部湾渔业活动调查，用于海洋捕捞与海钓的网具和鱼线主要由以上成分的材料制作而成，颜色也以白色和绿色居多. 因此推断线状微塑料主要来源是渔业捕捞活动中丢弃和磨损的渔具.

图3 北部湾表层水体中典型微塑料形状和红外光谱

3 结论

a) 北部湾海域表层水体微塑料平均丰度为(0.56±1.02)个/m3，与国外其他海湾海域相比，其丰度处于中等水平.

b) 北部湾海域表层水体中1～2 mm粒径范围内的微塑料数量最多；成分以聚苯乙烯、聚丙烯和聚乙烯为主；形状主要为泡沫和薄膜；颜色以白色为主，且白色泡沫状聚苯乙烯所占比例最高.

c) 受沿海人类活动、河流输入、盛行风和环流模式的影响，北部湾海域表层水体中微塑料的空间分布呈现近岸高、远岸低的特征. 北海银滩、北海侨港、钦州三娘湾、防城港白浪滩和金滩的滨海旅游活动，钦江、茅岭江等入海河流的输入和海水养殖等活动是影响北部湾表层水体中微塑料空间分布的重要因素.

d) 水产养殖、海洋渔业捕捞等活动产生的塑料垃圾是北部湾海域表层水体中微塑料的重要来源，北部湾渔业废弃塑料垃圾不容忽视.