上海市松江地區(qū)河道微塑料分布特征

鄭 亮，劉一萌，李曉辰，曹譯文，陳宜昊，唐潔君，隋延鳴，

（1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所，上海 200090；2.鹽城工學(xué)院，江蘇鹽城 224001；3.上海市松江區(qū)第七中學(xué)，上海 201600）

塑料制品以其價(jià)格低廉、質(zhì)量輕、使用方便等特點(diǎn)被人們廣泛使用［1］。統(tǒng)計(jì)表明，全球塑料的年產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到2.8×108t［2］。由于分解周期長，被廢棄的塑料會(huì)長期留存在環(huán)境中形成塑料垃圾［3-4］。塑料碎片根據(jù)直徑大小可以分為：中（＞5 mm）、大（＞20 mm）和超大（＞100 mm）等級(jí)別，直徑小于5 mm的塑料碎片通常被定義為微塑料。因?yàn)槲⑺芰象w積微小，可以被多種生物攝食，所以對(duì)生物健康危害巨大［5-6］。最新研究表明，自1997年到2015年的近20年時(shí)間里，攝食或被微塑料污染脅迫的生物已經(jīng)從267種增加到557種，數(shù)量增長了1倍多［7］。微塑料很難被生物分解，其被生物體攝入后會(huì)通過食物鏈在各營養(yǎng)級(jí)之間傳遞，最終進(jìn)入人體，危害人類健康［8-9］。因此，了解環(huán)境塑料碎片的來源、分布以及去向刻不容緩，有助于針對(duì)日益增長的塑料污染風(fēng)險(xiǎn)制定有效的防控措施。

目前，關(guān)于海洋系統(tǒng)中微塑料的研究較多［10-13］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，海水中微塑料的濃度可以達(dá)到8 277個(gè)·L-1［14］。微塑料在洋流的作用下會(huì)遷移擴(kuò)散至全球［15］，因此無論是在河口、近岸等人類活動(dòng)頻繁的區(qū)域，還是在兩極、深海等人跡罕至的地區(qū)都發(fā)現(xiàn)了微塑料的存在［3］。與海洋微塑料研究相比，內(nèi)陸水系中微塑料研究起步較晚。雖然已有調(diào)查表明淡水水系水體表層水樣中有微塑料存在，但是因?yàn)檠芯繀^(qū)域范圍有限，數(shù)據(jù)量仍顯不足［16］。因此需要調(diào)查不同區(qū)域以獲得更多的有效數(shù)據(jù)，對(duì)內(nèi)陸水系微塑料污染總體現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)估。

我國對(duì)內(nèi)陸水系微塑料調(diào)查研究尚較少見，相關(guān)研究集中于城市河流水表微塑料來源及季節(jié)性變化等［17-19］。上海位于長江三角洲地區(qū)，地處中國東部、長江入海口，東臨東中國海，界于120°52′～122°12′E、30°40′～31°53′N之間。是我國國際經(jīng)濟(jì)、金融、貿(mào)易、航運(yùn)、科創(chuàng)中心，人口稠密，人類活動(dòng)強(qiáng)度大。全市下轄16個(gè)區(qū)，其中松江區(qū)位于上海市西南部，主要河流有流貫?zāi)暇车狞S浦江，以及淀浦河、泗涇塘等。松江區(qū)東北部距市區(qū)約40 km，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、旅游業(yè)均較為發(fā)達(dá)，支柱產(chǎn)業(yè)多樣化［20］。故本次調(diào)查以松江區(qū)為研究區(qū)域，采用浮游生物網(wǎng)富集的方式分別對(duì)松江區(qū)流經(jīng)工業(yè)區(qū)、居民生活區(qū)、農(nóng)業(yè)區(qū)的4條典型河流進(jìn)行了現(xiàn)場采樣分析和實(shí)驗(yàn)室檢測，利用體式鏡鏡檢和拉曼光譜法鑒別不同河流中微塑料的含量、種類、大小等參數(shù)，初步分析上海松江地區(qū)河道微塑料分布特征及其成因，以期為城市內(nèi)河的微塑料現(xiàn)狀評(píng)估積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并為進(jìn)一步防控城市河道水系微塑料污染打下基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

分別選取松江區(qū)典型商業(yè)區(qū)、老城生活區(qū)、農(nóng)田區(qū)、工業(yè)園區(qū)附近的4條主干河道，由東向西分別為洞涇港、通波塘、沈涇塘、油墩港河道（表1）。

1.2 樣品采集

調(diào)查于2020年6月進(jìn)行。由于河水中泥沙、藻類太多，孔徑太小極易堵塞。經(jīng)過預(yù)實(shí)驗(yàn)，115 μm孔徑比較適合河水環(huán)境，既能夠捕獲微塑料又能夠正常使用。故本次調(diào)查采用115μm孔徑浮游生物網(wǎng)采集河水樣品，將生物網(wǎng)口流量計(jì)固定在浮游生物網(wǎng)網(wǎng)口，用于測定流經(jīng)生物網(wǎng)的河水徑流量數(shù)據(jù)。目測水流方向，將浮游生物網(wǎng)逆流放置在水面下方30 min，以便增大流經(jīng)過濾網(wǎng)的樣本數(shù)量。30 min后，將富集器內(nèi)水倒入玻璃瓶內(nèi)，并使用蒸餾水沖洗富集器，在收集好水樣的玻璃瓶上貼好標(biāo)簽。

1.3 樣品處理

用蒸餾水配置500 mL KOH溶液（水與KOH質(zhì)量比＝10∶1）。將KOH溶液與水樣按照體積比1∶1混勻，置于雙速恒溫振蕩器中，設(shè)定溫度為60℃。振蕩時(shí)間大于24 h，根據(jù)消化程度確定具體時(shí)間，直至消化完成。

稱取360 g NaCl（化學(xué)純），加入蒸餾水配置成1 000 mL NaCl飽和溶液，與消化好的水樣按照體積比1∶1混勻。使用循環(huán)水真空泵對(duì)水樣進(jìn)行抽濾：1）用鑷子將碳酸纖維膜放置在真空杯和漏斗之間，有網(wǎng)格的一面向上，用固定夾將真空杯和漏斗固定；2）將水樣倒入漏斗中，打開真空泵開關(guān)，開始對(duì)水樣抽濾；3）水樣抽濾完成后，打開固定夾，移走漏斗，用鑷子將碳酸纖維膜取出，放入玻璃培養(yǎng)皿中。將盛有碳酸纖維膜的玻璃培養(yǎng)皿放入烘箱中，設(shè)定溫度60℃。烘烤3 h后待測。

表1 松江區(qū)河道采樣點(diǎn)Tab.1 Sampling sites

1.4 微塑料觀測

將標(biāo)尺放入裝有微塑料樣本的玻璃培養(yǎng)皿中，將培養(yǎng)皿置于體式鏡下觀察微塑料大小、數(shù)量、種類，并逐一記錄。對(duì)于無法明確判斷的微塑料種類，將塑料顆粒置于顯微共聚焦激光拉曼光譜儀（Renishaw inVia，英國雷尼紹公司）分析，激光波長785 nm，功率＜10 mW，50×長焦物鏡，光柵1 200 L·mm-1，曝光時(shí)間10 s，波數(shù)120～3 200 cm-1，4次掃描，將掃描后的光譜圖保存，根據(jù)波峰的位置進(jìn)行人工辨別與分析，確定其是否為塑料［21］。如果是，則根據(jù)能譜圖進(jìn)一步判斷微塑料的種類。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和繪圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 松江河道中微塑料數(shù)量分布

在松江河道中觀察到的微塑料含量分布如圖1所示。松江河道表層水中微塑料含量為2～5個(gè)·m-3，4個(gè)河道中微塑料平均含量為3個(gè)·m-3，在這4條河道中微塑料含量按照由高到低的排列順序?yàn)椋憾礇芨郏旧驔芴粒就úㄌ粒接投崭?。?duì)測得的微塑料含量和徑流量做相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，河道水徑流量和微塑料濃度之間存在線性負(fù)相關(guān)（R2＝0.81，P＜0.05）（圖2）。說明在水流較快的條件下，微塑料更容易被水流清除［22-23］。

圖1 不同采樣點(diǎn)微塑料濃度Fig.1 M icrop lastics in different rivers

圖2 河道徑流量與微塑料含量之間的關(guān)系Fig.2 Relationship between river runoff and m icrop lastic concentration

CHEUNG等［17］研究發(fā)現(xiàn)香港林村河中微塑料平均含量為1.3個(gè)·m-3，松江4條河道中的平均微塑料含量與其在一個(gè)數(shù)量級(jí)上，微塑料含量較低。研究表明城市河道中的微塑料受到降雨等因素的影響，濃度下降的很快［17］。本次調(diào)查在6月進(jìn)行，正是上海地區(qū)多雨季節(jié)，可能是本次測得微塑料含量較低的自然影響因素。羅文雅［24］對(duì)上海地區(qū)不同級(jí)別流域的微塑料污染特征做了較為系統(tǒng)的研究，涉及43個(gè)采樣站點(diǎn)，其中最低值出現(xiàn)在蘇州河水域?yàn)?.08個(gè)·L-1，仍高于松江河道微塑料的最高值。微塑料豐度與距市區(qū)中心的距離呈負(fù)相關(guān)。通常更靠近市中心區(qū)域的人口密度更高、人類活動(dòng)強(qiáng)度更大，微塑料含量更高。從地理位置上看，松江地區(qū)較蘇州河流經(jīng)區(qū)域距上海市中心距離更遠(yuǎn)，因此松江區(qū)域的微塑料含量較市區(qū)更低。此外，松江地區(qū)地處黃浦江上游，受人類活動(dòng)干擾較少。而且松江地區(qū)近年來對(duì)河道污染清理力度較大［25］。研究表明［15］，采樣方法對(duì)微塑料測定結(jié)果有較大的影響，而本研究實(shí)際采樣使用的生物網(wǎng)孔徑較大。這些因素都是松江地區(qū)河道中微塑料含量較低的原因。

2.2 松江河道中微塑料的來源及種類

松江河道4個(gè)采樣站點(diǎn)微塑料的主要種類、粒徑尺寸和流經(jīng)功能區(qū)狀況見表2。在實(shí)際采樣中，采樣站點(diǎn)附近無明顯工業(yè)或生活排污口。微塑料尺寸范圍為0.5～5.0 mm，屬于大粒徑微塑料，為剛生成的微塑料［26］。從微塑料的種類看，多為塑料袋、一次性杯子、餐盒、礦泉水瓶、發(fā)泡塑料、纜繩纖維、塑料纖維等人類活動(dòng)廢棄物。加上微塑料在水環(huán)境中較為穩(wěn)定，不易發(fā)生破碎和降解，因而產(chǎn)生的微塑料主要為大粒徑微塑料［26］。

調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，流經(jīng)商業(yè)區(qū)的洞涇港微塑料主要來源于生活日常中常見的塑料制品。采樣站點(diǎn)對(duì)面河岸是餐飲一條街，不少商鋪為節(jié)約人力成本直接將塑料制品或含有塑料制品的垃圾用水傾倒進(jìn)河道中，致使塑料制品流入河道。此外，還有部分商家將一次性碗筷及塑料置物箱、塑料洗菜盆等堆放在臨河區(qū)域。破損塑料物品隨雨水流入河道，也產(chǎn)生了塑料污染。流經(jīng)生活區(qū)的通波塘水流方向由南向北，上游主要是住宅區(qū)，樣品中微塑料主要來自日常生活，如塑料購物袋、泡沫盒和家電包裝等。這些物品由于使用后露天堆放或隨意丟棄等不當(dāng)?shù)奶幹梅绞?，在大風(fēng)、雨水等作用下進(jìn)入河道水體。流經(jīng)農(nóng)田區(qū)的沈涇塘取樣點(diǎn)靠近華亭湖。沈涇塘與華亭湖連通，湖岸邊常年有人垂釣，其間使用的塑料袋、快餐盒等塑料制品可能為水樣中微塑料的主要來源。流經(jīng)工業(yè)區(qū)的油墩港位于松江西部小昆山鎮(zhèn)境內(nèi)，取樣一側(cè)為農(nóng)田和樹林，對(duì)面河岸是新建的住宅小區(qū)。取樣時(shí)水流流向?yàn)橛杀毕蚰?，上游以農(nóng)田為主。水樣中微塑料主要以絲狀塑料為主，來源應(yīng)是船舶纜繩磨損出的碎屑，也有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的白色編織袋碎屑。此外，由于調(diào)查區(qū)域位于工業(yè)區(qū)，微塑料也有可能來源于工業(yè)產(chǎn)品運(yùn)輸時(shí)所用的包裝、大型車輛運(yùn)輸?shù)恼诓家约吧a(chǎn)原材料的大型包裝袋等。因此塑料纖維的含量較多。

表2 各河道中微塑料種類、大小Tab.2 Classification and size of m icrop lasctics in different rivers

3 小結(jié)

通過此次調(diào)查可知，在遠(yuǎn)離上海市中心的松江地區(qū)4條主要河道中的微塑料含量為2～5個(gè)·m-3，微塑料污染程度較低。微塑料粒徑在0.5～5.0 mm范圍內(nèi)，屬于剛形成的大顆粒微塑料。微塑料來源主要為生活中的棄置塑料垃圾或工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的塑料包裝的磨損。在河水徑流量較大的河道中微塑料含量更低。本研究結(jié)果可以豐富我國城市河道中微塑料調(diào)查數(shù)據(jù)，并為城市水體微塑料污染防控打下基礎(chǔ)。