渤海湾滨海潮间带微塑料和重金属污染及生态风险

摘要

渤海湾滨海潮间带地区作为海洋与陆地的过渡地带，人类食用的绝大部分甲壳类动物都来源于此。潮间带很容易遭受到比如说人类活动的污水排放、水土流失、潮汐水动力条件等的破坏，如果该地带被污染了，其中生存的生物也会被污染，人类食用其中生存的鱼虾类之后会直接影响身体的健康，因此潮间带的环境状况，应该受到大家的关注。
　　微塑料由于其自身制造过程的各种添加剂，随着环境作用（如风化等）在自然环境中缓慢降解，不断释放有毒单体和添加剂，同时吸附在微塑料表面的一些持久性有毒物质如重金属Hg、Pb等和其它化学物质，释放到周围的环境中，造成环境的双重污染。同时这些微塑料具有颗粒小、数量多、分布广的特征，正是由于这样的特征，微塑料极容易被海洋动物所误食，结果会导致动物食管刺穿及产生假饱的感觉，最终产生营养不良等危害，在海洋环境中会构成生态风险。
　　重金属具有毒性且由于其不能被微生物的消解作用所降解，对潮间带沉积物产生极为严重的影响，会在某些条件的作用下和有机质相结合会转化为毒性更大的化合物。同时潮间带由于周期的潮汐运动等水动力条件及各种水体生物的活动影响，在各种作用下导致重金属的重新分布，更会释放到环境中产生了重金属的再次污染，直接危害海洋及近岸的环境。
　　本研究采集了渤海湾潮间带（低潮区、中潮区和高潮区）及潮上带四处砂质样品，对潮间带砂质样品中微塑料的类型，来源及表征形貌和吸附的物质进行研究，同时对重金属含量进行评价，同时利用碳、氮稳定同位素来探究有机质的来源和生态风险进行了分析和探讨，为开展渤海湾潮间带污染研究与监督工作提供科学的参考依据。
　　主要结果如下:
　　(1)实验分离提取微塑料主要是基于密度原理，但目前阶段还没有完全成熟的一套方法，还处于探究阶段，实验中提取分离微塑料基于操作简便回收率较高且价格实惠可循环使用的考虑，利用饱和的NaCl溶液在敞口铝板上直接浮选对渤海湾滨海潮间带沉积物中微塑料进行浮选和分离提取。
　　(2)渤海湾滨海潮间带砂质样品中观测到纤维类、发泡类、薄膜类三种微塑料，总体上以纤维类微塑料为主，是受到潮间带地质条件、水动力作用和人类活动等多种因素的影响。
　　(3)渤海湾滨海潮间带环境中微塑料表面粗糙、撕裂、凸起、存在着孔状结构，受到老化、风化及侵蚀作用的影响。微塑料表面吸附着污染物质，纤维类微塑料主要吸附的金属元素有Fe、Mg和Al;薄膜类和发泡类微塑料主要吸附物中含有Fe、Mg、Al、Ca和Na元素，其裂缝中夹杂着黏土矿物等杂质。
　　(4)本研究对渤海湾滨海潮间带砂质沉积物中Hg、Pb和Cd等重金属含量进行了测定，重金属Hg的含量是渤海湾沉积物背景值的2倍多，重金属Cd的含量远高于沉积物背景值，重金属Pb的含量低于背景值，属于无污染。
　　(5)根据地积累指数（Igeo)分析结果可知Hg的污染级别为1级，即表示无污染到中度污染;Cd的污染级别为4级，即表示强污染;Pb得到污染级别为0级，即表示无污染。根据富集系数法(EF)的分析结果可知，重金属Hg为中度到高度富集，重金属Cd属于超高度富集，重金属Pb为无富集。其中重金属Hg和Cd是受到人为活动的影响才会出现富集的情况。综合Hg的污染为轻度污染，Cd为高度污染;Pb为无污染。
　　(6)重金属Cd的生物影响值处于ERL和ERM之间，表明偶尔会引起生物负效应;重金属Hg的生物影响值略低于ERL,表示重金属Hg处于极少会引起生物负效应的边缘，要给予一定的重视，若继续积累就会引起生物负效应;重金属Pb的含量远低于ERL，表示极少会引起生物负效应。
　　(7)本研究对砂质沉积物中LOI、TOC和TN进行了分析，结果表明，有机指数的数值分布范围为0.058％～0.12％，污染等级为Ⅱ级，属于比较清洁类型。TN(％)平均值为0.010％，则有机氮的污染等级为Ⅲ级，属于尚属清洁的类型。
　　(8)本研究还对砂质沉积物中碳、氮的稳定同位素组成(δ13C和δ15N)进行了分析，结果表明，δ13C的变化范围集中在-21.17‰～-19.57‰，均值为-20.23‰;δ15N的变化范围集中在4.09‰～5.28‰，均值为4.16‰。根据δ13C、δ15N的值可分析其可能的来源，结果表明，渤海湾潮间带砂质样品中有机质的可能来源较为复杂，主要是自然陆源输入和自身水体生物，主要为陆生C4植物，土壤有机质以及海洋浮游生物的综合来源。
　　(9)综合δ13C、δ15N、TOC/TN的值，利用碳、氮稳定同位素的值来确定TOC等污染物可能来源，结果表明，渤海湾潮间带砂质样品中有机质来源具有多元性主要为陆生C4植物，土壤有机质以及海洋水生植物，且TOC/TN不能特别严格的判断有机质来源。同时TOC、TN和LOI与重金属Hg、Cd和Pb的相关分析结果表明，TOC和TN与Hg、Cd和Pb不具有相似的来源。

目录

声明

摘要

1前言

1．1研究意义

1．2国内外研究现状

1．2．1微塑料研究现状

1．2．2潮间带重金属研究现状

2技术路线

3材料与方法

3．1研究区概况

3．1．1地理位置

3．1．2气候、水文

3．1．3潮汐

3．2样品采集

3．3测试分析

3．3．1微塑料分析

3．3．2重金属含量测定方法

3．3．3烧失量(LOI)

3．3．4总有机碳(TOC)、总氮（TN）、碳同位素δ13C和氮同位素δ15N测定方法

3．4主要实验材料

3．5数据分析方法

3．5．1地质累积指数法

3．5．2富集因子法

3．5．3有机指数法

4结果与讨论

4．1微塑料

4．1．1微塑料类型和来源分析

4．1．2微塑料形貌分析

4．1．3微塑料表面吸附物质

4．2重金属含量

4．2．1质量控制

4．2．2沉积物中的重金属含量

4．2．3重金属的生物影响

4．3有机质

4．3．1烧失量

4．3．2总有机碳TOC、总氮TN及TOC/TN的值

4．3．3稳定碳、氮同位素

5结论与展望

5．1结论

5．1．1主要结论

5．1．2存在问题

5．2展望

参考文献

致谢