海洋微塑料沿食物链传递特征研究——以辽东湾为例

摘要

海洋塑料垃圾与微塑料（<5mm）已成为全球性的环境污染问题，并被联合国环境大会列入环境与生态科学研究领域的第二大科学问题。微塑料在海洋环境中广泛检出，易被生物所摄食或误食而进入食物链，对于海洋生态系统及人类健康具有潜在的危害。通过建立高效提取生物体微塑料的分析方法，全面了解海洋微塑料沿食物链的传递特征与规律，揭示海洋微塑料的潜在生物效应，对开展海洋微塑料的生态风险评价和人体健康危害评估具有重要意义，可为推进海洋垃圾（微塑料）的环境管理提供科学依据。　　本研究在建立一种经济高效、塑料无损的微塑料提取方法基础上，研究了辽东湾野生水生生物体内微塑料赋存特征，揭示了微塑料在不同种属、不同营养级生物之间的赋存差异，探究了微塑料沿食物链的传递特征和规律。主要研究结果如下：　　①通过对比分析10%KOH、30%H2O2、蛋白酶K、RIPA组织裂解液+蛋白酶K四种消解方案对于鲢鱼肌肉、胃、肠、鳃等7种组织的消解效率，并用以上方案分别处理十种微塑料，对比消解前后的质量、形态尺寸和光谱特征的变化，比选出10%KOH溶液对于所有组织的消解效率稳定，并且对于常见的塑料无损，该消解方案对于大颗粒（3-5mm）微塑料的回收率为100%，对于小颗粒（200-1000μm）微塑料的回收率为88.89%-100%，可以作为提取生物组织中微塑料的推荐方案。　　②在辽东湾8种无脊椎动物（脉红螺、四角蛤、缢蛏、扁玉螺、脉红螺、短蛸、口虾蛄、三疣梭子蟹）体内检出了39种聚合物塑料，其中单一组分聚合物22种，两种组分共聚物10种，三种组分及以上的多聚物7种。主要材质为PET（24.74%）、PE（24.40%）、PP（8.93%）和PVAL（7.90%），平均丰度为1.31±1.38n/ind（0.25±0.40n/g w.w.），检出率为65.0±14.0%，并且微塑料以纤维为主（35%-88%），纤维长度主要分布在200-2000μm的范围内。　　③在辽东湾6种脊椎动物（斑尾复虾虎鱼、梭鱼、小黄鱼、鲈鱼、斑海豹）体内共检出了35种聚合物塑料，其中单一组分的聚合物25种，两种组分的共聚物7种，三种组分及以上的多聚物3种。5种鱼类体内的主要材质为PE（20.85%）、PP（18.15%）和PET（15.83%）。鱼类胃肠微塑料的摄入丰度之间不具有显著差异，胃肠的微塑料摄入丰度显著高于鳃的丰度。鱼类个体（胃肠和鳃）的平均丰度为3.41±2.37n/ind，胃肠和鳃平均丰度分别为2.30±1.91n/ind（0.36±0.30n/gw.w.）和1.11±1.20n/ind（0.30±0.32n/g w.w.）。斑海豹在胃、小肠前段、小肠后段、大肠、肝脏、肾脏六种组织中主要材质为PET（35.09%）、PP（19.30%）和PAN/PAA（10.53%），微塑料的丰度范围为0.1-0.48n/g w.w.。6种脊椎动物体内微塑料的平均检出率为95.78±5.44%，以纤维状微塑料为主（36.17%-59.65%）粒径主要分布在200-2000μm的范围内。　　④微塑料由无脊椎动物到脊椎动物存在生物放大效应，微塑料的平均个体和单位质量摄入丰度的生物放大因子（BMF）分别为1.29和1.28。根据15N稳定同位素法估算生物的营养级，微塑料的个体摄入丰度在食物网中产生了生物放大效应，营养级放大因子（TMF）为1.73，个体平均摄入丰度与营养级（TL）之间存在正相关性，但单位质量的微塑料摄入丰度与营养级之间不具明显的相关性。

目录

文中所用主要聚合物的全称及缩略语

1 绪 论

1.1 微塑料的来源、污染现状

1.1.1 微塑料的定义及来源

1.1.2 微塑料污染的研究现状

1.2 微塑料的危害

1.2.1 对生物体的危害

1.2.2 对人类健康的潜在风险

1.3 国内外提取生物体微塑料的研究现状

1.4 分离分析生物体内微塑料的研究现状

1.5 国内外对于微塑料沿食物链传递与积累的研究现状

1.6 拟解决的科学问题、研究内容、研究意义及技术路线

1.6.1 拟解决的科学问题

1.6.2 研究内容

1.6.3 研究意义

1.6.4 技术路线

2 生物体微塑料提取方法研究

2.1 实验材料和方法

2.1.1 实验试剂与材料

2.1.2 实验仪器

2.1.3 实验样品

2.1.4 实验方法

2.2 实验结果

2.2.1 四种消解方案对于7 种生物组织的消解效率

2.2.2 微塑料的回收率及不同消解液对微塑料重量的影响

2.2.3 消解液对微塑料颗粒形态和尺寸的影响

2.2.4 不同消解液对微塑料傅里叶红外光谱特征的影响

2.2.5 不同消解液对微塑料拉曼光谱特征的影响

2.3 讨论

2.4 小结

3 辽东湾无脊椎动物的微塑料赋存特征

3.1 实验材料与方法

3.1.1 实验试剂与材料、实验仪器

3.1.2 实验样品采集

3.1.3 无脊椎动物样品信息及特征描述

3.1.4 样品消解及提取

3.1.5 质量控制

3.2 实验结果

3.2.1 环节动物体内微塑料的赋存特征

3.2.2 软体动物体内微塑料的赋存特征

3.2.3 甲壳类动物体内微塑料的赋存特征

3.3 讨论

3.3.1 无脊椎动物体内微塑料的类型与粒径特征

3.3.2 无脊椎动物体内微塑料的检出率与丰度

3.3.3 无脊椎动物体内微塑料的材质及来源分析

3.4 小结

4 辽东湾脊椎动物体内微塑料的赋存特征

4.1 实验材料和方法

4.1.1 实验试剂与材料、实验仪器

4.1.2 实验样品采集

4.1.3 脊椎动物样品信息及特征描述

4.1.4 样品消解及提取

4.1.5 质量保证和质量控制

4.2 实验结果

4.2.1 鱼类体内微塑料的赋存特征

4.2.2 斑海豹体内微塑料的赋存特征

4.3 海豹体内微塑料的赋存特征

4.3 讨论

4.3.1 脊椎动物体内微塑料的类型与粒径特征

4.3.2 脊椎动物体内微塑料的检出率与丰度

4.3.3 脊椎动物体内微塑料的材质及来源分析

4.4 小结

5 食物链中生物体摄入微塑料的情况研究

5.1 实验方法

5.1.1 生物营养级（TL）的估算

5.1.2 生物放大因子（BMF）的计算

5.1.3 营养级放大因子（TMF）的计算

5.2 实验结果与讨论

5.2.1 辽东湾14 种生物的营养级

5.2.2 微塑料沿食物链的传递情况分析

5.2.3 微塑料在物种间及营养级间的生物放大作用

5.3 小结

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 不足与建议

参考文献

附 录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录：

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目目录：

C. 学位论文数据集:

致 谢