大型海藻与贻贝对微塑料的负载、转运与清除特征

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangchongzhan
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微塑料(Microplastic,尺寸<5 mm)作为一种新兴环境污染物日益受到全世界的密切关注。近年来,微塑料在海洋环境介质中的分布与污染特征已经被广泛报道。微塑料可以在生物体内富集并产生毒性效应,进而对生态环境和人类健康带来潜在的危害。虽然前期已有研究显示微塑料在海洋食物网各个营养级生物体内都有检出,但微塑料在生物体内的负载、转运与清除特征仍有待进一步研究。为此,本论文选取了两类与人类健康密切相关的典型海洋生物(大型海藻与贻贝)作为研究对象,采用野外调查、室内分析与模拟实验相结合的研究方法,调查了大型海藻及其相关海藻产品中微塑料污染特征,同时也探究了微塑料在贻贝体内的动力学过程以及可能存在的新摄入途径。首先,本论文选取了我国沿海海滩上常见的5种大型海藻(龙须菜、角叉菜、石莼、浒苔与海带)进行调查。结果表明大型海藻对不同尺寸组的塑料垃圾(大塑料,25 mm–1 m;中塑料,5–25 mm;微塑料,1μm–5 mm)存在5种负载方式,包括缠绕、包裹、粘附、嵌入和附生生物截留,这暗示海岸带环境中海洋植物对塑料垃圾具有复杂多样的负载方式。另外,基于非消解方法观察到的海藻样本内大塑料丰度的变化范围为0–201.5个/千克干重,中塑料丰度的变化范围为0–1178个/千克干重,微塑料丰度的变化范围为0–355.6个/千克干重。在检出的塑料中,形状上以纤维(52.2%)为主,尺寸主要为1-5 mm(39.6%),化学组分以聚苯乙烯(36.5%)居多。而基于消解方法检测到的海藻样本内中塑料丰度的变化范围为0–888.9个/千克干重,微塑料丰度的变化范围为148.1–5889个/千克干重。在检出的塑料中,形状上以纤维(71.5%)为主,尺寸主要为1-5 mm(52.0%),化学组分以聚酯类(29.3%)为主。相似性和主成分分析结果则暗示环境因子对大型海藻负载塑料特征变量的分布有显著的影响。其次,为进一步调查微塑料在主要市售海藻产品中的污染特征,本论文对市场上产销量较大的四种海藻产品(干紫菜、干海带、干龙须菜与干石花菜)进行了微塑料的分离、观察与鉴定。结果表明所调查的39个品牌商业包装海藻产品中有38个品牌(检出率97.4%)检测出微塑料。四种海藻产品中微塑料丰度的变化范围为330–3000个/千克干重,其中干紫菜中微塑料丰度的均值最高,为1800±700个/千克干重。通过比较分析紫菜商业包装产品与其工厂加工的中间产品中微塑料污染特征,结果表明随着紫菜产品加工过程的推进,大尺寸微塑料(1-5 mm)的占比会逐渐增高(从33.2%升至53.3%)。相较于商业包装的紫菜产品,工厂加工紫菜产品中聚丙烯、聚乙烯和聚(乙烯-丙烯)共聚物的占比增高(从4.8%升至34.9%),而聚酯类的占比则降低(从19.3%降至10.5%)。结合紫菜的野外调查和室内模拟实验结果表明,紫菜产品中微塑料丰度和化学组成与其周边环境中的微塑料含量和聚合物类型紧密相关。此外,通过室内模拟凉热水浸泡四种海藻干制品后比较不同水温对其负载微塑料的清除特征,结果暗示采用不同的烹调处理方式可能会改变海藻食品中微塑料的污染程度,从而对人体健康构成不同等级的危险。再次,为探索海洋动物对微塑料吸收与清除的动力学过程特征,本论文利用贻贝分别开展了野外现场转移实验和室内微塑料暴露后再转移至平台与室内同步清除实验。首先本文对贻贝从枸杞岛(开阔海区)转移至象山湾(近陆内港)期间贻贝体内与其周边海水中微塑料污染状况进行了跟踪监测。结果显示虽然水样与贻贝样中微塑料的主要形态均为纤维(77.4–88.9%),最常见的聚合物均为聚酯类(25–32.9%)。但是,两者的微塑料尺寸分布差异显著,水样中微塑料以尺寸1.0–2.0mm(29.2%)为主,而贻贝样中微塑料以尺寸<0.5 mm(40.4%)为主。这表明相较于周边海水,贻贝体内更容易富集小尺寸的微塑料。然后,本文对短期暴露与短期清除及短期暴露与长期清除期间贻贝体内聚酯类微纤维的分布特征进行了组织器官分析。结果显示短期的室内和平台清除(3天)对贻贝鳃组织和消化道中累积的聚酯类微纤维清除效率差异显著(鳃组织清除率:87–100%;消化道清除率:3–83%)。只有经过长期的平台清除(30天)后,贻贝消化道中富集的聚酯类微纤维可以被完全排出(清除率:~99%)。这表明贻贝对吸收的聚酯类微纤维的清除时间和清除率具有明显的组织差异性。另外,室内暴露实验结果显示当微纤维的暴露浓度在1000根/L以上时,相较于贻贝的鳃组织,贻贝消化道中更容易富集聚酯类和聚丙烯腈、尺寸区间为500–1000μm以及表面具有老化特征的微纤维。这进一步表明贻贝对不同类型塑料微纤维的摄入也具有组织差异性特点。最后,为进一步探索微塑料进入海洋动物体的途径,本论文选取贻贝分泌到体外的生物聚合物足丝为研究对象,通过野外调查结合室内模拟的方式探究了贻贝足丝上的微塑料污染特征。野外调查结果显示贻贝足丝中普遍存在微塑料污染,其微塑料的丰度范围为0.85–1.02个/个体,3.69–9.16个/克足丝。室内模拟使用三种已知类型的微塑料材料(聚苯乙烯微球、聚酰胺碎片与聚酯类纤维)对贻贝新生的足丝进行了暴露实验。结果显示微塑料不仅可以粘附于足丝表面而且还可以渗入足丝内部,如10μm的聚苯乙烯微球糅合进入新生的贻贝足丝中。这个发现表明除了已有研究普遍认为的海洋动物通过摄食方式摄入微塑料之外,微塑料还可以通过非摄食方式富集于动物的组织与器官中。综上所述,本论文阐明了大型海藻对塑料垃圾特别是微塑料的负载方式是复杂多样的,揭示了海藻产品中微塑料污染的普遍性和潜在的健康风险;揭示了贻贝不同组织器官对微塑料的吸收与清除特征,发现了微塑料从体外进入动物体内的新途径;归纳和探讨了海洋植物与动物对微塑料摄入量、负载方式以及转运特征的相似性与差异性。本论文为今后探索微塑料的生态毒理效应提供了新认识,为微塑料的生态和健康风险评估提供了科学依据。
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