本文摘要：摘要：2018年7月于海州灣潮灘設置3個斷面共9個站位，通過對海州灣潮灘沉積物中以及沙蠶體內微塑料的豐度和形態特征的研究，探討了沙蠶體內微塑料的來源，以及沙蠶對潮灘沉積物微塑料的指示作用。結果表明，潮灘沉積物中微塑料的平均豐度為(0.490.17)ng-1，處
摘要：2018年7月于海州灣潮灘設置3個斷面共9個站位，通過對海州灣潮灘沉積物中以及沙蠶體內微塑料的豐度和形態特征的研究，探討了沙蠶體內微塑料的來源，以及沙蠶對潮灘沉積物微塑料的指示作用。結果表明，潮灘沉積物中微塑料的平均豐度為(0.49±0.17)n·g-1，處于國內近岸環境研究的較高水平。所有檢測到的微塑料中，最為豐富的形態和顏色類型分別為纖維和黑灰色，材質以聚乙烯(polyethylene，PE)、聚酯纖維(polyester，PET)和聚苯乙烯(polystyrene，PS)為主。沙蠶中微塑料檢出率為77.78%~86.67%，平均豐度為(6.68±2.21)n·ind-1，其豐度與個體質量顯著正相關(r=0.42，P=0.002)，個體質量1.5g以上的沙蠶中微塑料豐度顯著高于<0.5g和0.5~1g兩個組別(F3=141.029,P=0.000)，微塑料形態以黑色或藍色小纖維為主，主要材質同樣為聚乙烯和聚酯纖維。通過對0~3mm范圍內的微塑料各項特征分析發現，沉積物與沙蠶中的微塑料豐度強相關(r=0.79，P=0.01)，其主要形態組成(r=0.90，P=0.035)和材質組成(r=0.73,P=0.024)同樣顯著相關，表明沙蠶會攝取沉積環境中的微塑料，存在與沉積物之間的微塑料交換，沙蠶作為沉積物中微塑料污染指示生物物種是可行的。
關鍵詞：微塑料;沙蠶;潮灘沉積物;海州灣;指示生物
塑料自從被發明以來，就在各行各業得到了廣泛應用，據報道，每年塑料增長量約9%，2018年年產量達到了3.59億t[1]。由于處理不當，隨之而來的污染問題也不可忽視。Eriksen等[2]的研究表明，超過5.25萬億顆粒，重達268940t的塑料碎片進入海洋環境。這些塑料垃圾在太陽能、風能、海洋物理化學和生物降解作用下形成更小的塑料碎片，其中粒徑小于5mm的塑料碎片被稱為微塑料[2~6]。微塑料具有更小的粒徑，能夠隨著洋流、波浪和潮汐運動在海洋中進行轉移，因此廣泛分布于海水[7~10]、入海河流[11]、海岸帶[12,13]和沉積物[7,14]中，包括兩極[15]和深海[16]等極端環境，被科學家稱為海洋中的PM2.5。
環境介質中微塑料會被許多海洋生物主動或被動攝食。有研究表明，魚類和蟹類的鰓和消化道中都發現微塑料的聚集[17~19]，在海膽的生殖腺和體腔液中同樣發現較高豐度的微塑料累積[20]。海洋生物對微塑料的攝食行為不僅會造成胃腸道的物理損傷和堵塞，減少營養物質攝取[21,22]。室內毒理實驗表明，微塑料還會產生包括抑制生長，能量下降，死亡率升高，幼體存活率下降，生殖能力下降等不利影響[23]。環節動物門多毛綱游走目的沙蠶科，在海洋無脊椎動物中占據重要地位，其種類達80余種，數目巨大，是潮灘沉積物中最為常見的生物類群之一[24]。由于生長速度快，生產成本低和營養豐富等特征，沙蠶是眾多甲殼類動物、魚類和鳥類等海洋生物的重要食物來源[25]。
盡管沙蠶在海洋生態系統中起到重要作用，但是目前國內關于沙蠶的微塑料污染研究卻鮮見報道。本文以海州灣地區沙蠶和潮灘沉積物為研究對象，探究其微塑料的分布和污染特征，進一步分析沙蠶中微塑料的來源，考察沙蠶作為微塑料污染指示生物的可能性。
1材料與方法
1.1站位設置與樣品采集
海州灣是黃海的一個半開闊性海灣，也是中國重要的養殖海灣之一。由于地理位置處于基巖-砂質海岸和淤泥質海岸的交匯地帶，海州灣擁有較長的海岸線和豐富的潮間帶生物資源[26]。本研究選擇柘汪鎮、海頭鎮和西墅村臨海區域這3個海水養殖區作為研究對象，共設置3個斷面(斷面1~3)和9個采樣站位(S1~S9)。
選擇退潮時段采集樣品，每一斷面的高、中和低這3個潮區分別布設取樣點。每一站位使用沉積生物定量采樣框(25cm×25cm×30cm)采集生物樣品，每個取樣點各采集3個樣方。同時用于分析潮灘沉積物中微塑料，全部樣品在同一天采集完畢。以孔徑1mm的篩子篩出生物樣品并挑選沙蠶。沙蠶樣品用PE材質的密封儲物袋密封，放入冷凍箱中暫存，并迅速轉移至實驗室，在−20℃的冰箱中儲存。沉積物樣品采用PE材質的密封儲物袋密封保存，在轉移至實驗室后于避光陰涼處存放。此外，現場調查同時收集研究區域內的繩索、養殖網簾、泡沫球和塑料材質的廢棄物等物品，用于微塑料的來源解析。
1.2微塑料分離與鑒定
為減少實驗誤差，蒸餾水與所有試劑均通過3μm玻璃纖維濾膜抽濾后使用;實驗臺和實驗儀器使用前用蒸餾水沖洗;實驗人員全程著純棉實驗服，佩戴丁腈手套;設置空白對照，以減少實驗過程中的微塑料污染。樣品解凍后，用已過濾的蒸餾水將沙蠶表面沖洗干凈，用吸水紙吸干表面水分，隨后使用精密電子天平測量質量。生物樣品的消解參考Karami等[27]的研究：使用10%KOH溶液對樣品進行消解，并在40℃的電熱恒溫振蕩水槽恒溫水浴24h，直至消解液清澈透明。稱取300~400g的沉積物(濕重)于玻璃燒杯中，用鋁箔紙封口以避免污染。樣品在70℃的烘箱中烘干，以獲得準確干重(精確到1mg)。
每一樣品中加入800mL飽和氯化鈉(NaCl)溶液用以浮選，自然沉降24h后，取上清液進行抽濾，抽濾過程與生物樣品相同。使用玻璃纖維濾膜(孔徑3μm，直徑47mm，海寧金正)對消解液進行抽濾，濾膜保存在干凈的培養皿中。將濾膜置于Nikon體視鏡下觀察、測量并拍照，記錄微塑料的形態、顏色和粒徑特征以便后續統計分析。粒徑統計中按照每500μm一個梯度將其分為10組進行統計[28,29]。隨機挑選微塑料，使用傅里葉變換紅外光譜儀(μ-FT-IR,NicoletiN10,ThermoFisherScientific,USA)對微塑料材質進行鑒別。本研究中站位使用Surfer16繪制，其它使用Origin2018繪制，實驗結果使用SPSS2020進行統計分析。
2結果與分析
2.1沉積物中的微塑料
2.1.1沉積物中微塑料的豐度特征
海州灣潮灘沉積物中共分離微塑料1392個，9個采樣站位豐度介于0.27~0.75n·g-1之間[平均豐度為(0.49±0.24)n·g-1]。所有站位中，S7站位[(0.75±0.33)n·g-1]沉積物中微塑料豐度最高，并顯著高于S3[(0.27±0.12)n·g-1]、S5[(0.35±0.14)n·g-1]和S6[(0.31±0.15)n·g-1]這3個站位[獨立樣本t檢驗，P<0.05。
但單因素方差分析表明，各站位之間微塑料豐度無顯著性差異(F8=1.860，P=0.131)。對不同斷面和潮帶進行雙因素方差分析發現，不同潮帶沉積物樣品中的微塑料在存在豐度差異(F2,4=5.902，P=0.011)，高潮帶([0.68±0.24)n·g-1]顯著高于中潮帶[(0.46±0.22)n·g-1]和低潮帶[(0.33±0.13)n·g-1]，但中潮和低潮之間微塑料豐度并無顯著性差異。斷面1的潮灘沉積物中微塑料豐度最高，為(0.58±0.26)n·g-1，斷面2最低，為(0.42±0.22)n·g-1，3個斷面之間并無顯著性差異[F2,4=1.312，P=0.294。不同斷面和潮帶對沉積物中微塑料豐度不存在交互作用(F2,4=0.112，P=0.977)。
2.1.2沉積物中微塑料的形態特征
海州灣潮灘沉積物中的微塑料可以分為纖維、碎片、泡沫、薄膜和微珠等5個類別，其中，占比最多的是纖維類([43.69±10.92)%]，隨后依次為碎片類(28.45%±11.07%)、發泡類[(14.76±9.23)%]、薄膜類[(10.09±6.23)%]和微珠[(3.02±4.02)%]，不同形態類型出現頻率具有顯著性差異(F4=90.121，P=0.000)。
本研究中，潮灘沉積物中微塑料的顏色類型有10種以上，為便于統計，將其簡單歸類為5個色系，分別為黑灰色、白色透明、藍綠色、橙黃色和紅紫色。出現頻率最高的為黑灰色[(37.93±19.30)%]和白色透明[(31.83±14.08)%]兩類微塑料，并顯著高于其它3類(F4=44.738，P=0.000)。而對于不同的斷面、潮帶以及站位，微塑料的形態和顏色均未表現出顯著性差異。隨著粒徑增加，每組的微塑料檢出個數逐漸減少，0~500μm的微塑料個數占比22.76%，而4500~5000μm的微塑料僅有2.27%。
2.2沙蠶中微塑料污染特征
2.2.1沙蠶中微塑料豐度
本研究共捕獲52只沙蠶，每一站位采集到4~8只。3個潮帶中，高潮帶平均每個站位4.33只，顯著低于中潮帶(平均7只)和低潮帶(平均6只)(F2=12.250，P=0.008)，體重范圍為0.12~2.63g。按照質量將沙蠶分為<0.50.5111.5>1.5g4個組別，每組9~17只。其中，43只沙蠶體內發現微塑料，檢出率為77.78%~86.67%，最高檢出率出現在0.5~1g質量組，最低則為>1.5g質量組。本研究發現，沙蠶中微塑料的豐度差異較大，最低時未檢出，最高可達20n·ind-1。
按照質量分組進行統計，沙蠶中微塑料豐度為3.82~10.78n·ind-1，質量組之間存在顯著性差異(F3=141.029，P=0.000)。最高質量組(>1.5g)沙蠶中微塑料豐度顯著高于最低的兩個質量組(<0.5g和0.5~1g，P<0.05)，且隨著質量增加，每組沙蠶中微塑料的平均豐度同樣出現增長。數據分析表明，沙蠶攝入微塑料個數與其個體質量顯著正相關[Pearson相關分析，r=0.42，P=0.002。
2.2.2沙蠶中微塑料污染特征
本研究發現，沙蠶中微塑料的形態以纖維為主，4組沙蠶中纖維狀微塑料占比達88.10%~91.75%，隨后依次為薄膜和碎片。在較低的兩個質量分組(<0.5g0.51g7.146.062.383.0311.5g>1.5g)中恰恰相反。此外，兩個較高的質量組中還發現了一定比例的微珠(1~1.5g：微珠占比2.38%;>1.5g：微珠占比1.03%)，但兩個低質量沙蠶組中并無發現。而顏色的對比中，不同質量的沙蠶之間并未發現較明顯的差異，整體以黑色、藍色和紅色塑料為主。在1~1.5g和>1.5g兩組沙蠶中發現了白色微塑料，另外兩組則沒有發現。這表明低質量和高質量沙蠶之間存在差異性。
3討論
3.1海州灣海灘沉積物中微塑料污染水平
本研究中，海州灣沉積物中微塑料形態主要為纖維類(53.90%)，其中又以黑色和藍色為主，成分主要為PE和PET，這一發現與李征等[30]對海州灣近海水域和沉積物中的研究結果相似，同樣以藍色和黑色纖維(58.3%)為主。根據調查發現，海州灣海灘上遺落有較多的養殖垃圾，多為藍色漁具，如塑料容器碎片，藍色網簾和魚線等，經紅外分析多為PE、PET或PP制品。
此外，還有許多碎裂的白色泡沫垃圾被丟棄在海灘上，為PS材質，與本研究中分離出的許多白色發泡類形態類似。由此可以推測，潮灘沉積物中微塑料與近岸海域環境存在關聯。海州灣潮灘沉積物中微塑料豐度為(0.49±0.17)n·g-1，與近岸沉積物中微塑料的豐度[(0.33±0.26)n·g-1]相似。通過查閱國內外對沿海灘涂沉積物中微塑料的相關研究，以同樣的粒徑<5mm計數、以n·g-1為單位計量，與海州灣潮灘沉積物中微塑料豐度進行比較。
發現海州灣潮灘沉積物中微塑料污染雖然低于南海的6個海灘[31](13.88n·g-1)，但對比渤海遼東灣[32](0.128n·g-1)和恰巴哈爾海灣[35](0.26±0.017)n·g-1等海灣而言，仍舊處于較高水平，并遠高于廈門灣[33](0.028~0.31n·g-1)。與同樣以養殖業和旅游業作為經濟支柱產業的沿岸區域相比，海州灣略低于印度本地治里海岸[36]，但稍高于舟山海域[34]。在Dowarah等[36]的研究中提出，旅游活動與微塑料豐度之間存在弱相關(r=0.04,P=0.932)，而養殖活動則與其存在較強的相關性(r=0.92,P=0.0103)。
考慮到海州灣是一個傳統養殖海灣，該區域較高的微塑料豐度可能受到大規模海水養殖的影響。王洪燕[34]在舟山附近的養殖海灘研究中發現，微塑料的豐度為(0.46±0.18)n·g-1，與本研究中的豐度結果類似，并且，該研究中微塑料的主要材質同樣為PE、PET和PS等漁業常用器具的材質。海水養殖生產過程中，漁網、浮球、繩索和魚線等塑料制品大量進入海洋環境并轉化為微塑料[37,38]。在山東半島潮灘沉積物的調查中已經證明，海水養殖活動會提高其周邊潮灘沉積物中微塑料的豐度[39]。這表明密集的養殖活動是海州灣潮灘沉積物中微塑料水平較高的重要原因。此外，由于海州灣同時也是連云港港口所在區域，臨洪河和善后河等河流從此處入海，來往船舶[40]、生活垃圾[41]和河流輸入[42]同樣可能是影響海州灣區域微塑料豐度的原因。
3.2海州灣沙蠶中微塑料污染水平
沙蠶中發現的塑料形態多為黑色或藍色小纖維，與沉積物中相似，豐度為(6.68±2.21)n·ind-1或(9.57±9.32)n·g-1。Missawi等[43]在南地中海海岸的沉積物研究中發現，沙蠶會攝入一定量的微塑料,豐度僅為0.2~1.9n·g-1。而Bour等[44]在挪威奧斯陸峽灣的研究中發現，沙蠶中微塑料的豐度為2n·ind-1，孔雀纓鰓蠶中微塑料的豐度僅為1n·ind-1。本研究中沙蠶體內微塑料的含量處于較高水平。
在潮灘環境中，行動能力較弱、分布廣泛的貝類通常被作為微塑料指示生物。由于沙蠶乃至于環節動物門的相關研究較少，本文選擇了同一生境中經常被建議作為微塑料指示生物的其它物種進行比較。沙蠶中微塑料含量與中國沿海貽貝中的微塑料豐度(5~7.6n·ind-1)相近[45]，低于加拿大野生貽貝中微塑料的含量[48]，而遠高于中國太湖和象山灣的雙殼類研究[46,47]。
微生物論文范例：微生物檢驗中存在的問題及改進方法
4結論
(1)海州灣潮灘沉積物中微塑料豐度為(0.49±0.17)n·g-1，與國內外其它區域相比，這一微塑料豐度水平相對較高。經過比較，海州灣沙蠶中微塑料的豐度也高于其它區域的潮間帶生物�？紤]到采樣區域均為養殖海灘，密集的海水養殖產業或為微塑料富集的原因之一，沙蠶特殊的攝食行為也有一定的貢獻量。
(2)52個沙蠶個體中，43個檢出微塑料，平均豐度為(6.68±2.21)n·ind-1。沙蠶中微塑料的豐度與其生物質量呈顯著正相關。沙蠶中檢出的微塑料以黑色和藍色纖維為主，主要材質為PE、PET和Rayon。高質量組沙蠶和低質量組沙蠶之間存在形態和顏色上的區別。
(3)沙蠶與潮灘沉積物中0~3mm微塑料的豐度、形態和材質均呈現顯著相關，本研究認為沙蠶會攝取沉積物中0~3mm的微塑料�？紤]到沙蠶的生理特性和廣泛分布等特征，建議將沙蠶作為微塑料污染的指示生物的考慮物種，并進一步開展微塑料污染指示生物的選擇研究。
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作者：王嘉旋1，宋可心1，孫一鑫1，方濤1,2,3，李瑾禎1，張濤1,2,3，馮志華1,2,3*
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