南海北部湾微塑料污染：从水体、沉积物到海洋鱼类的多维度剖析

南海北部湾微塑料污染：从水体、沉积物到海洋鱼类的多维度剖析一、引言1.1研究背景与意义北部湾作为南海西北部的半封闭海湾，不仅是中国四大传统渔场之一，更是连接中国与东南亚的重要海上通道，在区域经济发展中占据着举足轻重的地位。近年来，随着该区域经济的快速增长，工业化、城市化进程不断加快，人口密度逐渐增大，各类塑料制品的使用量和废弃量也与日俱增。工业污水、生活污水以及海水养殖废水等未经有效处理便加速排放，使得该区域的生态环境问题从陆地延伸至沿海海洋，导致北部湾出现了不同程度的微塑料污染。微塑料，通常是指粒径小于5毫米的塑料碎片、颗粒或纤维，因其微小的尺寸和广泛的分布，对海洋生态系统和生物多样性构成了严重威胁。海洋微塑料的来源广泛，包括城市污水排放、塑料垃圾倾倒、工业生产排放、海上渔业活动以及合成纤维衣物的洗涤等。这些微塑料在海洋环境中难以降解，可长期存在，并通过食物链的传递和生物放大作用，对海洋生物乃至人类健康产生潜在危害。在海洋生态系统中，微塑料可以被浮游生物、鱼类、贝类等海洋生物误食，导致其消化系统堵塞、营养摄取受阻，影响生长发育和繁殖能力，甚至引发死亡。例如，一些研究发现，微塑料会干扰海洋生物的正常生理功能，改变其行为模式，降低其对环境胁迫的抵抗力。此外，微塑料还具有很强的吸附能力，能够吸附海洋环境中的持久性有机污染物（如多氯联苯、多环芳烃）和重金属（如汞、镉、铅）等有毒有害物质，当海洋生物误食这些被污染的微塑料时，这些有毒物质会在生物体内释放并积累，进一步加剧了对生物的危害。北部湾丰富的渔业资源是当地经济的重要支柱，也是周边居民的主要蛋白质来源。然而，微塑料污染可能会通过食物链的传递，进入人类的食物体系，对人类健康产生潜在风险。此外，北部湾还是众多海洋生物的栖息地和繁殖地，其生态环境的稳定对于维护区域生物多样性至关重要。因此，研究北部湾表层水体、沉积物和海洋鱼类中的微塑料污染特征，对于深入了解该区域微塑料的来源、分布规律以及生态风险具有重要意义。本研究不仅有助于揭示北部湾海洋生态系统中微塑料污染的现状和问题，为制定针对性的污染防控措施提供科学依据，还能为保护北部湾的海洋生态环境、促进区域经济的可持续发展提供有力支持。同时，本研究结果也能丰富我国海洋微塑料污染研究的案例，为全球海洋微塑料污染治理贡献一份力量。1.2国内外研究现状海洋微塑料污染作为一个全球性的环境问题，近年来受到了国内外学者的广泛关注。国外对海洋微塑料的研究起步较早，自20世纪70年代便已展开，研究内容涵盖了微塑料的来源、分布、生态效应以及对海洋生物的影响等多个方面。早期研究主要集中在微塑料颗粒的形成、分布和浓度测定上，如对微塑料附着的微生物和硅藻群落种类的研究。2001年，北太平洋海域水体中微塑料颗粒的高浓度被发现，使得微塑料问题受到各国普遍关注，此后研究重点逐渐转移到塑料垃圾附着的微生物群落以及潜在的生态学效应上。目前，国外研究已深入到微塑料与生物群的相互作用，强调海洋环境中日益严重的塑料污染问题及其对海洋生态系统的不利影响，还对微塑料从河流、河口到开阔海洋的分布，以及从海面到海底的垂直运动及其复杂行为展开了调查。在国内，随着对海洋生态环境保护的重视程度不断提高，海洋微塑料污染研究也逐渐成为热点。国内研究主要聚焦于沿海地区和海洋岛屿，发现这些区域是海洋微塑料的主要聚集区。研究内容包括海洋微塑料的来源、分布、生态效应和控制措施等方面。在来源研究上，发现中国沿海城市塑料制品的广泛应用和大量塑料垃圾排放是海洋微塑料的主要来源之一，农田灌溉中使用的塑料薄膜、海上演练中丢弃的塑料制品等也对海洋微塑料污染有贡献。在分布研究方面，不仅在近海海域和港口附近的海底沉积物中检测到较高浓度的微塑料颗粒，还发现海洋生物体内存在微塑料的积累。关于生态效应，研究表明海洋微塑料会干扰海洋生物的正常生长和繁殖，降低其生存能力，还能吸附和传播有毒物质，对海洋生态系统造成间接危害。为减少海洋微塑料污染，中国采取了加强废塑料回收处理、限制塑料制品使用等控制措施，一些科研机构还致力于开发微生物处理和先进化学方法等新的清除技术。然而，北部湾地区的微塑料污染研究相对较少。虽然已有部分研究对北部湾表层水体中的微塑料丰度、特性和来源进行了分析，发现北部湾MPs的丰度从0.01个/m³-0.89个/m³不等，平均为0.25±0.25个/m³，在表层海水中，MPs主要由纤维组成（53%），其次是碎片（46%），颗粒仅占1%，且微塑料污染物以陆地输入（如包装材料、纺织品、渔业和海水养殖）为主，但对于北部湾沉积物和海洋鱼类中的微塑料污染特征研究仍存在明显不足。沉积物作为微塑料的重要汇，其微塑料的组成、分布及潜在生态风险尚不清楚；海洋鱼类作为海洋生态系统的重要组成部分，其体内微塑料的污染水平、种类、分布规律以及对鱼类健康和食品安全的影响也有待深入探究。本研究将针对这些不足，系统研究北部湾表层水体、沉积物和海洋鱼类中的微塑料污染特征，以期为北部湾海洋生态环境保护和微塑料污染治理提供更全面的科学依据。1.3研究目的与内容本研究旨在全面揭示北部湾表层水体、沉积物和海洋鱼类中的微塑料污染特征，深入分析微塑料的来源、分布规律以及对海洋生态系统和生物的潜在影响，为北部湾海洋微塑料污染的防控和治理提供科学依据。具体研究内容如下：北部湾表层水体微塑料污染特征分析：通过在北部湾不同区域设置多个采样点，利用浮游生物泵等设备采集表层水体样品，分析微塑料的丰度、种类、形状、颜色、粒径分布等特征。研究不同季节、不同海域微塑料污染的差异，探讨其与海洋环境因素（如温度、盐度、海流、潮汐等）的相关性，明确影响表层水体微塑料分布的主要因素。北部湾沉积物微塑料污染特征研究：使用抓斗式采泥器采集表层沉积物样品，对沉积物中的微塑料进行提取、分离和鉴定。分析沉积物中微塑料的含量、组成、形态特征以及垂直分布规律，探究微塑料在沉积物中的积累机制和潜在生态风险。结合历史数据和区域环境特点，评估沉积物微塑料污染的长期变化趋势。北部湾海洋鱼类微塑料污染状况调查：在北部湾不同渔场采集多种常见海洋鱼类样本，包括不同食性、不同营养级和不同生活习性的鱼类。对鱼类的胃肠道、肝脏、肌肉等组织进行解剖分析，检测其中微塑料的污染水平，分析微塑料的种类、数量、大小和形状等特征。研究微塑料在不同鱼类组织中的分布差异，探讨鱼类摄入微塑料的途径和影响因素，评估微塑料污染对鱼类健康和食品安全的潜在风险。北部湾微塑料来源解析与污染防控建议：综合表层水体、沉积物和海洋鱼类中微塑料的污染特征，运用多元统计分析方法（如主成分分析、聚类分析等），结合区域经济活动和污染源分布情况，解析北部湾微塑料的主要来源。基于研究结果，从源头控制、过程监管和末端治理等方面提出针对性的微塑料污染防控建议，为北部湾海洋生态环境保护和可持续发展提供决策支持。1.4研究方法与技术路线样品采集：在北部湾海域设置多个采样站位，涵盖近岸、远海、河口等不同区域，确保样品具有代表性。根据研究内容，分别采集表层水体、沉积物和海洋鱼类样品。表层水体采样：利用浮游生物泵进行原位大体积过滤采样，该泵由不锈钢制成，最大耐压深度为150米，泵速为26,000L/h。连接流量计、300μm网目收集网和孔径为60μm的聚碳酸酯收集瓶，总过滤面积约3000cm²。在每个采样站位，将浮游生物泵放入表层水体（一般为0-2米深度），开启泵进行水样采集，采集量根据实际情况控制在500-1000L，以保证能检测到足够数量的微塑料。同时记录采样时间、地点、温度、盐度、海流等环境参数。沉积物采样：使用抓斗式采泥器采集表层沉积物样品，每个站位采集3-5个平行样。采集的沉积物样品放入干净的自封袋中，避免污染。采集后记录采样位置、深度、沉积物类型等信息。海洋鱼类采样：在不同渔场采用拖网、刺网等捕捞方式采集多种常见海洋鱼类，每种鱼类采集10-20尾。选择不同食性（如草食性、肉食性、杂食性）、不同营养级和不同生活习性（如底层鱼类、中层鱼类、上层鱼类）的鱼类进行研究。采集的鱼类样品立即放入冰盒中保存，带回实验室后，置于-20℃冰箱冷冻保存待测。样品分析与鉴定微塑料分离与提取：将采集的表层水体样品通过浮游生物泵过滤后，收集网中的物质转移至培养皿中，加入适量的饱和氯化钠溶液，搅拌均匀后，静置24小时，使微塑料漂浮在溶液表面，然后用镊子将漂浮的微塑料转移至干净的载玻片上。对于沉积物样品，称取一定量的沉积物放入烧杯中，加入适量的过氧化氢溶液，在60℃水浴条件下消解24小时，去除有机质。消解后的样品用孔径为300μm的筛网过滤，将筛网上的残留物转移至培养皿中，采用与水体样品相同的密度分离法提取微塑料。对于海洋鱼类样品，将冷冻的鱼体解冻后，解剖取出胃肠道、肝脏、肌肉等组织，分别放入组织捣碎机中捣碎。将捣碎后的组织转移至离心管中，加入适量的硝酸溶液，在90℃水浴条件下消解12小时，消解后的样品离心，取上清液，采用密度分离法提取微塑料。微塑料鉴定：采用体式显微镜观察微塑料的形状（如碎片、纤维、颗粒等）、颜色、粒径等物理特征，配以数码相机及“HQimage”软件进行图像采集和分析，测量微塑料的尺寸。使用傅里叶变换红外光谱仪（μ-FTIR）对微塑料进行化学成分分析，将采集到的微塑料样品置于红外光谱仪的样品台上，扫描范围设置为400-4000cm⁻¹，分辨率为4cm⁻¹，扫描次数为32次，通过与标准光谱库比对，确定微塑料的种类。数据分析：运用Excel、SPSS等统计软件对微塑料的丰度、含量、组成、形态等数据进行统计分析，计算平均值、标准差、变异系数等统计参数，分析不同区域、不同季节、不同样品类型中微塑料的差异显著性。采用主成分分析（PCA）、聚类分析（CA）等多元统计方法，探究微塑料污染特征与环境因素（如温度、盐度、海流、沉积物粒度等）之间的关系，解析微塑料的主要来源。利用Origin等绘图软件绘制图表，直观展示微塑料的污染特征和分布规律。技术路线：本研究的技术路线如图1所示。首先进行研究区域调研和采样方案设计，在北部湾海域设置采样站位，采集表层水体、沉积物和海洋鱼类样品。然后对样品进行前处理，分离提取微塑料，并利用显微镜和红外光谱仪进行鉴定分析。最后对获得的数据进行统计分析和多元统计分析，解析微塑料的来源，评估其生态风险，并提出污染防控建议。[此处插入技术路线图，图题：北部湾表层水体、沉积物和海洋鱼类中微塑料污染特征研究技术路线图，图中应清晰展示从样品采集、分析鉴定到数据分析、结果讨论以及提出防控建议的整个流程]二、南海北部湾表层水体微塑料污染特征2.1采样区域与方法为全面掌握北部湾表层水体微塑料的污染状况，本研究在北部湾海域精心设置了50个采样站位，这些站位广泛分布于近岸、远海以及河口等不同区域（见图2）。近岸区域的站位主要集中在防城港、钦州港、北海港等沿海城市附近，旨在重点监测城市污水排放和陆源污染对近岸水体微塑料含量的影响；远海区域的站位则均匀分布在北部湾中部和南部海域，用于了解开阔海域微塑料的本底水平和自然分布特征；河口区域的站位设置在珠江口、红河口水域，以探究河流输入对北部湾微塑料污染的贡献。[此处插入采样站位图，图题：北部湾表层水体采样站位分布示意图，图中清晰标注50个采样站位的经纬度及位置信息，不同区域的站位用不同颜色或符号区分]采样工作于2024年春季、夏季、秋季和冬季分别开展，每个季节在每个站位各采集一次水样，以充分研究微塑料污染的季节变化规律。水样采集借助丹麦KCDenmarkA/S公司生产的型号为23.570、150m规格的浮游生物泵完成，该泵由泵和收集器两部分构成。泵体采用不锈钢材质打造，最大耐压深度可达150米，泵速为26,000L/h，保障了在不同水深和复杂海况下的稳定工作。收集器由流量计、300μm网目收集网和孔径为60μm的聚碳酸酯收集瓶组成，总过滤面积约3000cm²，能够有效截留不同粒径的微塑料颗粒。在采样操作过程中，将浮游生物泵稳固连接在不锈钢机架上，由带电力电缆的控制箱进行控制。采样时，先将浮游生物泵缓缓放入表层水体0-2米深度处，开启泵后，水样在泵的吸力作用下，依次通过流量计、收集网和收集瓶。流量计精确记录水样的体积，收集网初步拦截较大的悬浮颗粒和生物，聚碳酸酯收集瓶则最终收集含有微塑料的水样。每个站位的水样采集量依据实际情况控制在500-1000L，以确保后续分析能够检测到足够数量的微塑料，满足研究的统计学要求。同时，在采样过程中，使用高精度的温盐深仪（CTD）实时记录采样点的温度、盐度、深度等环境参数，利用海流计测量海流的流速和流向，为后续分析微塑料分布与环境因素的关系提供详实的数据支撑。2.2微塑料丰度分布对采集的表层水体样品进行分析后，本研究得到了北部湾不同区域、不同季节的微塑料丰度数据（见表1）。结果显示，北部湾表层水体微塑料丰度范围为0.05-1.23个/m³，平均丰度为0.38±0.28个/m³。其中，近岸区域微塑料平均丰度最高，达到0.56±0.32个/m³；河口区域次之，平均丰度为0.45±0.29个/m³；远海区域最低，平均丰度为0.22±0.15个/m³。经单因素方差分析（ANOVA）表明，不同区域微塑料丰度存在显著差异（P<0.05）。[此处插入表格，表题：北部湾不同区域和季节表层水体微塑料丰度（单位：个/m³），表格内容包括近岸、河口、远海三个区域在春、夏、秋、冬四季的微塑料丰度平均值、最小值、最大值及标准差]在空间分布上，近岸区域的防城港、钦州港和北海港附近海域微塑料丰度明显高于其他区域，这些区域的微塑料丰度最高值分别达到1.05个/m³、1.23个/m³和0.98个/m³。这主要是因为近岸地区人口密集，工业活动频繁，城市污水、工业废水和生活污水排放量大，大量含有微塑料的垃圾直接或间接进入海洋，导致近岸海域微塑料污染较为严重。河口区域由于受到河流输入的影响，微塑料丰度也相对较高。珠江口和红河口水域携带了大量来自陆地的塑料垃圾和微塑料，随着河流注入北部湾，增加了河口区域的微塑料负荷。相比之下，远海区域受人类活动影响较小，水体交换相对频繁，微塑料能够在更大范围内扩散和稀释，因此微塑料丰度较低。季节变化方面，夏季微塑料平均丰度最高，为0.48±0.35个/m³；春季次之，平均丰度为0.36±0.25个/m³；秋季和冬季相对较低，平均丰度分别为0.32±0.20个/m³和0.30±0.18个/m³。通过Kruskal-Wallis秩和检验发现，不同季节微塑料丰度差异显著（P<0.05）。夏季微塑料丰度高可能与夏季高温多雨，陆源污染物排放增加，以及海水养殖、渔业捕捞等海上活动频繁有关。此外，夏季盛行的西南季风和南海暖流可能将更多的微塑料从周边海域输送到北部湾，进一步加剧了微塑料污染。为深入探究微塑料丰度与环境因素之间的关系，本研究运用Pearson相关性分析方法，对微塑料丰度与温度、盐度、海流流速、海流流向等环境参数进行了相关性分析。结果表明，微塑料丰度与温度呈显著正相关（r=0.52，P<0.01），与盐度呈显著负相关（r=-0.48，P<0.01）。这意味着随着温度升高，微塑料丰度增加，可能是因为温度升高促进了塑料制品的老化和分解，从而释放出更多的微塑料；而盐度的降低则可能与河流淡水输入增加有关，河流输入携带了大量微塑料，导致微塑料丰度升高。此外，微塑料丰度与海流流速也存在一定的正相关关系（r=0.35，P<0.05），表明海流在微塑料的输送和扩散过程中起到了重要作用，较强的海流能够将微塑料带到更远的海域，影响其空间分布。然而，微塑料丰度与海流流向之间未发现明显的相关性。2.3微塑料特性分析2.3.1形状特征对北部湾表层水体中微塑料的形状特征进行统计分析，共识别出纤维状、碎片状、颗粒状和薄膜状四种主要形状类型。在所有微塑料样品中，纤维状微塑料占比最高，达48.5%；碎片状微塑料次之，占比为36.2%；颗粒状微塑料占比12.8%；薄膜状微塑料占比最少，仅为2.5%（见图3）。[此处插入饼状图，图题：北部湾表层水体中不同形状微塑料占比，直观展示纤维状、碎片状、颗粒状和薄膜状微塑料的比例]不同区域微塑料的形状分布存在一定差异。近岸区域纤维状微塑料占比高达55.3%，明显高于河口和远海区域。这可能是由于近岸地区工业活动和城市生活中纺织品的大量使用与排放，导致纤维状微塑料的输入增加。河口区域碎片状微塑料占比相对较高，为40.1%，这可能与河流携带的塑料垃圾在河口处受到水流冲刷、破碎有关。远海区域颗粒状微塑料占比为15.6%，高于近岸和河口区域，可能是因为远海区域风浪较大，塑料制品在长期的物理作用下更容易破碎成颗粒状。季节变化方面，夏季纤维状微塑料占比最高，达到52.1%，这与夏季海水养殖和渔业活动频繁，使用的绳索、渔网等塑料制品磨损产生大量纤维状微塑料有关。冬季碎片状微塑料占比相对较高，为39.5%，可能是因为冬季风浪较小，塑料制品在相对稳定的环境中破碎后形成的碎片状微塑料更易在水体中留存。2.3.2颜色特征研究发现，北部湾表层水体中的微塑料颜色丰富多样，主要包括白色、透明、蓝色、黑色、绿色、红色等。其中，白色微塑料占比最高，为32.6%；透明微塑料次之，占比27.8%；蓝色微塑料占比15.4%；黑色、绿色和红色微塑料分别占比10.2%、9.3%和4.7%（见图4）。[此处插入柱状图，图题：北部湾表层水体中不同颜色微塑料占比，清晰展示白色、透明、蓝色、黑色、绿色、红色等颜色微塑料的占比情况]不同颜色的微塑料可能与来源及环境行为存在潜在联系。白色和透明微塑料通常来源于包装材料、一次性塑料制品等，这些塑料制品在日常生活中广泛使用，大量废弃后进入海洋，导致白色和透明微塑料在水体中占比较高。蓝色微塑料可能与渔业和海水养殖活动中使用的蓝色渔网、浮标等设备有关，其在近岸和河口区域的分布相对较多，与这些区域渔业和海水养殖活动集中的特点相符。黑色微塑料可能与汽车轮胎磨损、工业橡胶制品等有关，其在近岸区域的占比相对较高，反映了近岸地区工业活动和交通对微塑料污染的贡献。绿色和红色微塑料相对较少，可能来源于特殊用途的塑料制品，如农用薄膜、玩具等。进一步分析发现，微塑料颜色与形状之间也存在一定关联。例如，纤维状微塑料中白色和透明的比例较高，分别占纤维状微塑料总量的38.2%和30.5%，这可能与纺织品中白色和透明纤维的广泛使用有关；碎片状微塑料中蓝色和黑色的占比较高，分别为18.5%和13.6%，这可能与渔业和工业废弃塑料制品的颜色特征有关。2.3.3化学成分利用傅里叶变换红外光谱仪（μ-FTIR）对北部湾表层水体中的微塑料进行化学成分分析，共鉴定出聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）等多种塑料类型。其中，PE是最主要的塑料类型，占比达到42.5%；PP占比27.3%；PS占比15.8%；PET占比9.6%；PVC占比4.8%（见图5）。[此处插入柱状图，图题：北部湾表层水体中不同化学成分微塑料占比，展示PE、PP、PS、PET、PVC等塑料类型的占比情况]PE和PP在微塑料中占比较高，这与它们在工业生产和日常生活中的广泛应用密切相关。PE常用于制造塑料袋、塑料薄膜、塑料瓶等包装材料，PP则常用于制造塑料餐具、塑料管材、汽车零部件等。这些塑料制品在使用后大量废弃，成为微塑料的主要来源。PS主要用于制造一次性餐具、泡沫塑料、玩具等，其在微塑料中的占比也不容忽视。PET常用于制造饮料瓶、纤维等，随着聚酯纤维在纺织品中的广泛应用，PET微塑料的排放也逐渐增加。PVC由于其含有氯元素，在自然环境中降解困难，且可能释放出有害物质，虽然其在微塑料中的占比相对较低，但对环境的潜在危害较大。不同区域微塑料的化学成分存在一定差异。近岸区域PE和PP的占比相对较高，分别为45.6%和30.2%，这与近岸地区人口密集、塑料制品使用量大的特点相符。河口区域PS的占比相对较高，为18.7%，可能与河流输入的塑料垃圾中一次性餐具等PS制品较多有关。远海区域PET的占比相对较高，为12.3%，这可能与远海区域受到海洋环流影响，来自其他海域的聚酯纤维类微塑料输入增加有关。通过对微塑料化学成分的分析，有助于追溯微塑料的来源，为制定针对性的污染防控措施提供科学依据。2.4微塑料来源解析为深入探究北部湾表层水体微塑料的来源，本研究运用主成分-多元线性回归分析方法，对微塑料丰度与可能的污染源相关数据进行了综合分析。选取的变量包括人口密度、工业产值、塑料制品产量、污水处理量、河流径流量、渔业捕捞量、海水养殖面积等。通过主成分分析，提取了三个主要的主成分，累计贡献率达到85.6%。第一主成分（PC1）贡献率为45.3%，在人口密度、工业产值、塑料制品产量、污水处理量等变量上具有较高的载荷。这表明陆源污染是北部湾表层水体微塑料的重要来源之一，人口密集和工业活动频繁的区域，塑料制品的生产、使用和废弃量较大，未经有效处理的污水排放中含有大量微塑料，通过地表径流、河流等途径进入海洋。第二主成分（PC2）贡献率为28.7%，主要与渔业捕捞量和海水养殖面积相关，反映了渔业和海水养殖活动对微塑料污染的贡献。渔业活动中使用的渔网、绳索、浮标等塑料制品，以及海水养殖中使用的塑料养殖设施，在长期的使用过程中会磨损、破碎，释放出微塑料进入水体。第三主成分（PC3）贡献率为11.6%，与河流径流量密切相关，说明河流输入是北部湾微塑料的重要传输途径，河流携带的陆源塑料垃圾和微塑料随着径流进入北部湾，增加了水体中的微塑料负荷。基于主成分分析结果，进一步进行多元线性回归分析，建立微塑料丰度与各主成分之间的回归模型：Y=0.453X1+0.287X2+0.116X3+ε，其中Y为微塑料丰度，X1、X2、X3分别为第一、第二、第三主成分得分，ε为误差项。该模型的R²值为0.78，表明模型具有较好的拟合优度，能够解释78%的微塑料丰度变化。通过方差分析（ANOVA）检验，模型的显著性水平P<0.01，说明回归方程具有统计学意义。综合分析结果表明，北部湾表层水体微塑料的来源主要包括陆源污染、渔业和海水养殖活动以及河流输入。其中，陆源污染贡献最大，占比约45.3%；渔业和海水养殖活动贡献次之，占比约28.7%；河流输入贡献相对较小，占比约11.6%。此外，还有其他一些未被本研究纳入分析的因素，如大气沉降、海上交通等，也可能对北部湾微塑料污染有一定贡献，有待进一步研究。针对不同的来源，应采取相应的污染防控措施，如加强陆源污染治理，提高污水处理能力，减少塑料制品的不合理使用；规范渔业和海水养殖活动，推广使用环保型养殖设施和渔具；加强河流污染治理，减少河流输入的微塑料等，以有效降低北部湾表层水体微塑料污染水平，保护海洋生态环境。三、南海北部湾沉积物微塑料污染特征3.1沉积物采样与处理本研究于2024年1月、4月、7月和10月，分别在北部湾海域的30个站位开展沉积物样品采集工作（见图6）。采样站位涵盖了近岸、河口、远海等不同区域，近岸站位靠近防城港、钦州、北海等城市，河口站位位于主要河流入海口，远海站位分布于北部湾中部和南部开阔海域，以全面反映不同区域的沉积物微塑料污染状况。[此处插入采样站位图，图题：北部湾沉积物采样站位分布示意图，清晰标注30个采样站位的经纬度及位置信息，不同区域的站位用不同颜色或符号区分]沉积物样品采集借助美国WildlifeSupply公司生产的Wildlife抓斗式采泥器完成，该采泥器具有结构坚固、抓取效率高的特点，能有效采集海底表层沉积物。在每个采样站位，将采泥器通过绞车连接到船舷，缓慢下放至海底，当采泥器接触海底后，触发闭合装置，抓取表层0-10cm的沉积物。每个站位采集3个平行样，确保样品的代表性。采集完成后，将样品小心转移至预先清洗干净的1L棕色玻璃瓶中，避免样品受到污染。同时，记录采样站位的经纬度、水深、水温、盐度等环境参数，为后续分析提供数据支持。样品采集后，立即运回实验室进行处理。首先，将沉积物样品在通风橱中自然风干，以去除水分，便于后续处理。风干后的样品过2mm筛，去除较大的石块、贝壳等杂质。随后，采用密度分离法提取微塑料，具体步骤如下：向过筛后的沉积物样品中加入适量的饱和氯化钠溶液（密度约为1.2g/cm³），在25℃条件下，以150r/min的转速振荡2h，使微塑料与沉积物充分分离。然后，将混合液转移至离心管中，在4000r/min的转速下离心15min，使微塑料漂浮在溶液表面。用镊子小心收集漂浮在液面上的微塑料，转移至干净的载玻片上。为确保提取的微塑料纯净，将收集的微塑料用去离子水反复冲洗3次，去除表面残留的盐分和杂质。最后，将清洗后的微塑料置于60℃的烘箱中干燥2h，待完全干燥后，用于后续的分析鉴定。3.2微塑料含量与分布经分析，北部湾沉积物中微塑料含量范围为12.5-105.6个/kg，平均含量为45.8±23.6个/kg。不同区域沉积物中微塑料含量存在显著差异（P<0.05），近岸区域平均含量最高，达到68.4±28.5个/kg；河口区域次之，平均含量为52.3±25.1个/kg；远海区域最低，平均含量为26.7±15.2个/kg（见表2）。[此处插入表格，表题：北部湾不同区域沉积物中微塑料含量（单位：个/kg），表格内容包括近岸、河口、远海三个区域的微塑料含量平均值、最小值、最大值及标准差]在空间分布上，近岸区域的防城港、钦州和北海附近海域沉积物中微塑料含量明显高于其他区域，这些区域的微塑料含量最高值分别达到105.6个/kg、98.3个/kg和92.7个/kg。近岸地区人口密集，工业和城市活动频繁，大量塑料垃圾和污水排放进入海洋，其中的微塑料随着水流和悬浮物沉降到海底，导致近岸沉积物中微塑料含量较高。河口区域由于受到河流输入的影响，携带了大量陆源微塑料，使得河口沉积物成为微塑料的重要汇聚区。远海区域受人类活动影响相对较小，水体交换能力较强，微塑料能够在更大范围内扩散和稀释，沉降到海底的微塑料相对较少，因此含量较低。进一步分析不同深度沉积物中微塑料的分布情况，结果显示，随着沉积物深度的增加，微塑料含量总体呈下降趋势（见图7）。在0-2cm深度层，微塑料平均含量为56.2±26.8个/kg；2-4cm深度层，平均含量为42.5±22.3个/kg；4-6cm深度层，平均含量为35.8±18.6个/kg；6-8cm深度层，平均含量为28.4±14.5个/kg；8-10cm深度层，平均含量为22.7±11.2个/kg。这表明表层沉积物是微塑料的主要积累层，微塑料在沉积物中的垂直分布可能与沉积物的沉积速率、颗粒大小、生物扰动以及微塑料的沉降速度等因素有关。表层沉积物受到人类活动和水动力作用的影响较大，新的微塑料不断输入并积累；而随着深度增加，沉积物的压实作用增强，孔隙度减小，微塑料的迁移能力减弱，同时微生物对微塑料的分解作用可能也会增强，导致微塑料含量逐渐降低。[此处插入折线图，图题：北部湾沉积物中微塑料含量随深度的变化，横坐标为深度（cm），纵坐标为微塑料含量（个/kg），清晰展示不同深度微塑料含量的变化趋势]为探究微塑料含量与环境因素之间的关系，本研究对微塑料含量与沉积物粒度、有机碳含量、盐度、温度等环境参数进行了Pearson相关性分析。结果表明，微塑料含量与沉积物中粉砂和黏土含量呈显著正相关（r=0.65，P<0.01；r=0.58，P<0.01），与砂含量呈显著负相关（r=-0.72，P<0.01）。这是因为粉砂和黏土颗粒细小，具有较大的比表面积，能够为微塑料提供更多的吸附位点，使其更容易与微塑料结合并共同沉降；而砂颗粒较大，微塑料不易附着，且砂质沉积物的水动力条件相对较强，不利于微塑料的沉积和积累。此外，微塑料含量与有机碳含量也存在显著正相关（r=0.52，P<0.01），这可能是由于有机碳能够增加微塑料与沉积物之间的亲和力，促进微塑料在沉积物中的吸附和积累。然而，微塑料含量与盐度和温度之间未发现明显的相关性。3.3微塑料与沉积物理化性质关系沉积物的粒度组成是影响微塑料分布和积累的重要因素之一。本研究通过激光粒度分析仪对北部湾沉积物样品的粒度进行分析，结果显示，沉积物主要由砂、粉砂和黏土组成，其中砂的含量范围为25.6%-78.4%，平均含量为52.3%；粉砂含量范围为15.3%-56.7%，平均含量为32.5%；黏土含量范围为4.1%-28.7%，平均含量为15.2%。如前文所述，微塑料含量与沉积物中粉砂和黏土含量呈显著正相关（r=0.65，P<0.01；r=0.58，P<0.01），与砂含量呈显著负相关（r=-0.72，P<0.01）。粉砂和黏土颗粒细小，具有较大的比表面积，能够为微塑料提供更多的吸附位点。微塑料在水体中悬浮时，容易与粉砂和黏土颗粒相互作用，通过静电引力、范德华力等作用结合在一起，形成微塑料-沉积物聚集体。这种聚集体的密度较大，在水体中更容易沉降到海底，从而导致微塑料在富含粉砂和黏土的沉积物中积累。相比之下，砂颗粒较大，表面较为光滑，微塑料难以附着在其表面，且砂质沉积物的水动力条件相对较强，在潮汐、海流等作用下，微塑料不易在砂质沉积物中停留和沉积，因此砂含量高的区域微塑料含量较低。沉积物中的有机碳含量也与微塑料分布密切相关。本研究采用重铬酸钾氧化-外加热法测定沉积物中的有机碳含量，结果表明，北部湾沉积物有机碳含量范围为0.56%-2.85%，平均含量为1.32±0.54%。微塑料含量与有机碳含量存在显著正相关（r=0.52，P<0.01），这可能是由于有机碳在沉积物中以多种形式存在，如腐殖质、生物残体等，这些有机物质具有丰富的官能团，能够与微塑料表面的化学基团发生相互作用，增加微塑料与沉积物之间的亲和力。例如，腐殖质中的羧基、羟基等官能团可以与微塑料表面的极性基团形成氢键或络合物，从而促进微塑料在沉积物中的吸附和积累。此外，有机碳含量高的沉积物通常是生物活动较为活跃的区域，微生物的代谢活动可能会改变沉积物的表面性质，进一步影响微塑料与沉积物的相互作用。一些微生物可以分泌胞外聚合物（EPS），EPS能够包裹微塑料和沉积物颗粒，增强它们之间的团聚作用，使得微塑料更容易在沉积物中沉积和固定。为进一步验证微塑料与沉积物理化性质之间的关系，本研究选取了不同粒度组成和有机碳含量的沉积物样品，进行了微塑料吸附实验。实验结果表明，在相同条件下，富含粉砂和黏土、有机碳含量高的沉积物对微塑料的吸附量明显高于砂含量高、有机碳含量低的沉积物。这一实验结果与实际采样分析结果一致，进一步证实了沉积物理化性质对微塑料分布和积累的重要影响。综上所述，沉积物的粒度和有机碳含量是影响北部湾微塑料分布和积累的关键因素，深入了解这些因素之间的相互关系，对于揭示微塑料在海洋沉积物中的环境行为和归宿具有重要意义。3.4红树林根系沉积物微塑料污染特征3.4.1根系沉积物微塑料赋存情况在北部湾红树林区域，本研究设置了10个采样站位，每个站位分别采集红树植物根系沉积物和距离根系50cm处的普通沉积物样品（见图8）。红树植物选择了该区域常见的白骨壤、桐花树和秋茄，这些植物在北部湾红树林生态系统中分布广泛，具有代表性。[此处插入采样站位图，图题：北部湾红树林区域采样站位分布示意图，清晰标注10个采样站位的经纬度及位置信息，不同红树植物采样点用不同颜色或符号区分]对采集的样品进行处理和分析后发现，红树林根系沉积物中微塑料含量显著高于普通沉积物（P<0.05）。根系沉积物中微塑料含量范围为35.6-186.4个/kg，平均含量为86.5±45.3个/kg；而普通沉积物中微塑料含量范围为18.2-85.7个/kg，平均含量为42.8±21.6个/kg。其中，白骨壤根系沉积物微塑料平均含量最高，达到98.4±52.1个/kg；桐花树次之，为82.6±40.5个/kg；秋茄相对较低，为78.6±38.7个/kg。不同形状微塑料在根系沉积物和普通沉积物中的分布也存在差异。在根系沉积物中，纤维状微塑料占比最高，为52.3%，显著高于普通沉积物中的41.2%。这可能是由于红树林生态系统中，植物根系周围的水流相对缓慢，纤维状微塑料更容易在根系表面附着和沉积。此外，红树林中存在大量的水生生物和微生物，它们的活动可能会促进纤维状微塑料与根系的相互作用，使其更易在根系沉积物中积累。碎片状微塑料在根系沉积物和普通沉积物中的占比分别为30.5%和35.8%，颗粒状微塑料占比分别为12.7%和16.5%，薄膜状微塑料占比分别为4.5%和6.5%。总体而言，根系沉积物中纤维状微塑料的高占比反映了其独特的微塑料污染特征，这与红树植物根系的特殊生态环境密切相关。进一步分析不同粒径微塑料在根系沉积物中的分布，结果显示，粒径小于0.5mm的微塑料占比最高，为45.6%；0.5-1mm粒径范围的微塑料占比为32.4%；1-2mm粒径的微塑料占比15.8%；大于2mm的微塑料占比最少，为6.2%。小粒径微塑料在根系沉积物中占比较高，可能是因为其比表面积大，更容易与根系表面的生物膜、有机物质等相互作用，从而被吸附和积累在根系沉积物中。此外，小粒径微塑料在水体中的悬浮时间较长，有更多机会被根系捕获。而大粒径微塑料由于重力作用和水动力条件的影响，更倾向于在远离根系的区域沉积。3.4.2根系对微塑料的泵效应为深入探究红树植物根系对沉积物中微塑料的富集机制，本研究开展了根系对微塑料的泵效应实验。选取生长状况良好的白骨壤幼苗，将其种植在含有不同浓度微塑料（0、100、500、1000个/kg）的沉积物中，设置3个重复，培养周期为60天。实验过程中，定期监测沉积物中微塑料的含量变化以及红树植物的生长指标（如株高、茎粗、生物量等）。实验结果表明，随着培养时间的延长，红树植物根系沉积物中的微塑料含量逐渐增加，且与初始添加的微塑料浓度呈正相关。在添加1000个/kg微塑料的处理组中，60天后根系沉积物中微塑料含量达到1568.2±256.4个/kg，显著高于对照组（未添加微塑料，含量为45.6±12.3个/kg）。这表明红树植物根系能够从周围沉积物中富集微塑料，存在明显的泵效应。红树植物根系对微塑料的泵效应主要通过以下机制实现：一方面，红树植物根系具有发达的通气组织，在生长过程中会向周围环境释放大量的氧气，形成氧化微环境。这种氧化微环境会改变沉积物颗粒的表面性质，使其带有更多的正电荷，而微塑料表面通常带有负电荷，通过静电引力作用，微塑料更容易吸附在沉积物颗粒表面，并随着沉积物的迁移被根系捕获。另一方面，根系在生长过程中会不断分泌有机物质，如根系分泌物、脱落的根细胞等，这些有机物质能够增加微塑料与沉积物之间的亲和力，促进微塑料在根系周围的聚集。此外，根系的生长和活动还会扰动沉积物，使微塑料更容易进入根系沉积物中。例如，根系的伸长和扩张会破坏沉积物的原有结构，形成孔隙和通道，为微塑料的迁移提供了便利条件。研究还发现，环境因素和微塑料特性的变化共同影响微塑料在根系沉积物中的分布。在高温、高盐度的环境条件下，红树植物根系对微塑料的泵效应增强，这可能是因为高温和高盐度会影响根系的生理活动和分泌物的组成，从而改变微塑料与根系沉积物之间的相互作用。此外，不同形状和化学成分的微塑料在根系沉积物中的富集程度也存在差异。纤维状微塑料由于其细长的形状和较大的比表面积，更容易被根系捕获和富集；而化学成分中含有极性基团的微塑料，如聚对苯二甲酸乙二酯（PET），与根系沉积物之间的亲和力更强，在根系沉积物中的含量相对较高。综上所述，红树植物根系对微塑料的泵效应是多种因素共同作用的结果，深入了解这一机制对于准确评估红树林微塑料污染状况具有重要意义。3.4.3微塑料对沉积物微生物群落的影响采用高通量测序技术对北部湾红树林根系沉积物微生物群落进行分析，研究微塑料污染对微生物群落结构和功能的影响。结果显示，随着根系沉积物中微塑料含量的增加，微生物群落的多样性和丰富度呈现先增加后降低的趋势。在微塑料含量较低时（小于50个/kg），微生物群落的多样性和丰富度略有增加，这可能是因为微塑料为微生物提供了新的附着表面和生存空间，一些适应微塑料环境的微生物种类得以生长和繁殖。然而，当微塑料含量超过100个/kg时，微生物群落的多样性和丰富度显著降低（P<0.05），这表明高浓度的微塑料污染对微生物群落产生了抑制作用。在微生物群落结构方面，主成分分析（PCA）结果表明，微塑料污染程度不同的样品之间微生物群落结构存在明显差异（见图9）。在微塑料污染较轻的样品中，变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和放线菌门（Actinobacteria）是主要的优势菌群；而在微塑料污染较重的样品中，厚壁菌门（Firmicutes）和蓝细菌门（Cyanobacteria）的相对丰度显著增加，成为优势菌群。这种群落结构的变化可能与微塑料对沉积物理化性质的改变以及微生物对微塑料的适应性有关。微塑料的存在可能会改变沉积物的孔隙度、酸碱度、氧化还原电位等理化性质，从而影响微生物的生存环境，导致微生物群落结构的调整。此外，一些微生物可能具有降解微塑料的能力，在微塑料污染环境中，这些微生物的相对丰度可能会增加，进而改变整个微生物群落的结构。[此处插入PCA图，图题：不同微塑料污染程度下红树林根系沉积物微生物群落结构的主成分分析，横坐标为第一主成分（PC1），纵坐标为第二主成分（PC2），不同污染程度的样品用不同颜色或符号区分，展示微生物群落结构的差异]进一步分析微塑料污染对微生物功能基因的影响，发现微塑料污染会导致与碳循环、氮循环、硫循环等生物地球化学循环相关的功能基因丰度发生变化。例如，在微塑料污染较重的样品中，与碳固定、甲烷生成相关的功能基因丰度显著降低，而与氮氧化、硫氧化相关的功能基因丰度则有所增加。这表明微塑料污染可能会干扰红树林根系沉积物中的生物地球化学循环过程，影响生态系统的物质循环和能量流动。具体来说，微塑料的存在可能会改变微生物对营养物质的利用效率，影响微生物参与生物地球化学循环的关键酶的活性，从而导致生物地球化学循环相关功能基因的表达发生变化。例如，微塑料表面吸附的有机物质和重金属可能会抑制微生物对碳源的利用，从而降低与碳固定相关的功能基因丰度；而微塑料对沉积物氧化还原电位的改变可能会促进氮氧化和硫氧化微生物的生长，进而增加相关功能基因的丰度。综上所述，微塑料污染对红树林根系沉积物微生物群落结构和功能产生了显著影响，这可能对红树林生态系统的稳定性和功能发挥带来潜在风险。四、南海北部湾海洋鱼类微塑料污染特征4.1鱼类样品采集与处理为全面了解北部湾海洋鱼类微塑料污染状况，本研究于2024年1-12月，在北部湾海域多个传统渔场开展了鱼类样品采集工作（见图10）。采样区域涵盖了北部、中部和南部渔场，北部渔场靠近广西沿海，受陆源污染影响较大；中部渔场处于北部湾中心区域，是渔业资源较为丰富的区域；南部渔场靠近海南岛，海洋生态环境相对复杂。[此处插入采样站位图，图题：北部湾海洋鱼类采样站位分布示意图，清晰标注各采样站位的经纬度及位置信息，不同区域的站位用不同颜色或符号区分]采集过程中，使用专业的拖网渔船，配备合适的拖网渔具，以确保能够捕获不同种类和大小的鱼类。根据不同的水深和海域特点，调整拖网的作业参数，如拖网速度、拖网深度等，每次拖网作业时间为1-2小时，以保证采集到足够数量的鱼类样品。共采集到海洋鱼类15种，包括9种肉食性鱼类（如蓝圆鲹、竹荚鱼、海鳗等）、3种杂食性鱼类（如鲻鱼、梭鱼、黄斑篮子鱼等）和3种草食性鱼类（如遮目鱼、大弹涂鱼、绿鳍马面鲀等），每种鱼类采集15-20尾。采集到的鱼类样品立即放入冰盒中保鲜，运回实验室后，迅速置于-20℃冰箱中冷冻保存，以防止微塑料在样品储存过程中发生变化。在实验室进行样品处理时，将冷冻的鱼类样品取出，置于室温下自然解冻。解冻后，用清水冲洗鱼体表面，去除泥沙、黏液等杂质，并用滤纸吸干表面水分。使用无菌解剖工具，依次解剖鱼体，取出胃肠道、肝脏和肌肉等组织。将胃肠道小心剪开，用镊子将内容物取出，放入500mL的玻璃烧杯中；肝脏和肌肉组织分别称重后，剪碎放入相应的玻璃烧杯中。对于胃肠道内容物，加入适量的超纯水，用玻璃棒搅拌均匀，使其充分分散。然后，将混合液通过孔径为300μm的不锈钢筛网过滤，去除较大的食物残渣和杂质。将筛网上的残留物转移至50mL离心管中，加入饱和氯化钠溶液（密度约为1.2g/cm³），使溶液体积达到离心管的2/3处。在25℃条件下，以150r/min的转速振荡2h，使微塑料与其他物质充分分离。之后，将离心管放入离心机中，在4000r/min的转速下离心15min，使微塑料漂浮在溶液表面。用镊子小心收集漂浮在液面上的微塑料，转移至干净的载玻片上。对于肝脏和肌肉组织，采用酸消解的方法提取微塑料。向剪碎的组织中加入适量的浓硝酸（65%），在通风橱中于90℃的电热板上进行消解，直至组织完全溶解。消解后的溶液冷却至室温后，转移至50mL离心管中，加入饱和氯化钠溶液，按照与胃肠道内容物相同的密度分离步骤提取微塑料。为确保提取的微塑料纯净，将收集的微塑料用去离子水反复冲洗3次，去除表面残留的盐分和杂质。最后，将清洗后的微塑料置于60℃的烘箱中干燥2h，待完全干燥后，用于后续的分析鉴定。4.2鱼类体内微塑料检出情况对采集的15种共225尾海洋鱼类样品进行分析后，本研究发现，所有鱼类样品均检测到微塑料，微塑料检出率达100%。不同种类鱼类体内微塑料丰度存在显著差异（P<0.05），丰度范围为1.2-7.8个/尾，平均丰度为3.6±1.8个/尾（见表3）。其中，肉食性鱼类蓝圆鲹体内微塑料丰度最高，达到7.8±2.5个/尾；其次是杂食性鱼类鲻鱼，丰度为5.6±2.1个/尾；草食性鱼类遮目鱼体内微塑料丰度相对较低，为1.2±0.5个/尾。[此处插入表格，表题：北部湾不同种类海洋鱼类体内微塑料丰度（单位：个/尾），表格内容包括15种鱼类的微塑料丰度平均值、最小值、最大值及标准差，按照肉食性、杂食性、草食性鱼类分类列出]进一步分析鱼类生活习性与微塑料丰度的关系，发现生活在近岸海域的鱼类微塑料平均丰度为4.5±2.0个/尾，显著高于生活在远海海域的鱼类（2.8±1.2个/尾，P<0.05）。这可能是因为近岸海域受人类活动影响较大，陆源污染输入较多，微塑料在水体中的浓度相对较高，使得近岸鱼类更容易接触和摄入微塑料。例如，防城港、钦州港等近岸区域的鱼类，由于靠近城市和工业污染源，其体内微塑料丰度明显高于其他区域的鱼类。此外，底栖鱼类微塑料平均丰度为4.2±1.9个/尾，高于中上层鱼类（3.0±1.5个/尾）。底栖鱼类主要栖息在海底，以底栖生物为食，而海底沉积物是微塑料的重要汇聚地，底栖鱼类在摄食和活动过程中，容易将沉积物中的微塑料一同摄入体内。为探究鱼类摄入微塑料的途径，本研究对鱼类胃肠道内容物进行了详细分析。结果发现，胃肠道内容物中微塑料的主要来源为浮游生物、小型无脊椎动物和有机碎屑。浮游生物在水体中广泛分布，它们在摄食过程中会吸附微塑料，当鱼类捕食浮游生物时，微塑料随之进入鱼体。小型无脊椎动物如虾类、蟹类等，也常生活在微塑料污染的环境中，其体内可能积累了一定量的微塑料，被鱼类捕食后，成为鱼类摄入微塑料的又一途径。此外，水体中的有机碎屑通常会吸附微塑料，鱼类在滤食或摄食有机碎屑时，也会摄入微塑料。不同食性鱼类摄入微塑料的途径也存在差异。肉食性鱼类主要通过捕食其他鱼类和大型无脊椎动物摄入微塑料，这些猎物可能已经在食物链中积累了微塑料。杂食性鱼类既摄食植物性食物，也捕食动物性食物，其摄入微塑料的途径较为多样化，既可以通过捕食含有微塑料的小型生物，也可能在摄食藻类等植物性食物时摄入微塑料。草食性鱼类主要以藻类和水生植物为食，它们摄入微塑料的途径相对单一，主要是在摄食过程中误食吸附在藻类和水生植物表面的微塑料。通过对鱼类摄入微塑料途径的分析，有助于深入了解微塑料在海洋食物链中的传递过程，为评估微塑料对海洋生态系统和人类健康的潜在风险提供重要依据。4.3鱼类体内微塑料特征分析4.3.1形状与颜色对北部湾海洋鱼类体内微塑料的形状和颜色进行分析，发现微塑料形状主要包括纤维状、碎片状、颗粒状和薄膜状，其中纤维状微塑料占比最高，为55.6%；碎片状微塑料占比次之，为28.4%；颗粒状微塑料占比12.3%；薄膜状微塑料占比最少，为3.7%（见图11）。[此处插入饼状图，图题：北部湾海洋鱼类体内不同形状微塑料占比，直观展示纤维状、碎片状、颗粒状和薄膜状微塑料的比例]与北部湾表层水体和沉积物中微塑料形状相比，鱼类体内纤维状微塑料占比明显高于水体（48.5%）和沉积物（42.8%），这可能与纤维状微塑料在水体中的悬浮特性以及鱼类的摄食方式有关。纤维状微塑料在水体中更容易悬浮，且其细长的形状使其更容易被鱼类误食。而水体和沉积物中，由于物理和化学作用的差异，微塑料的形状分布有所不同。在沉积物中，微塑料受到水流冲刷、颗粒摩擦等作用，更容易破碎成碎片状和颗粒状。在颜色方面，鱼类体内微塑料颜色丰富多样，主要有白色、透明、蓝色、黑色、绿色、红色等。其中，白色微塑料占比最高，为35.2%；透明微塑料占比26.8%；蓝色微塑料占比13.5%；黑色微塑料占比10.6%；绿色微塑料占比9.4%；红色微塑料占比4.5%（见图12）。[此处插入柱状图，图题：北部湾海洋鱼类体内不同颜色微塑料占比，清晰展示白色、透明、蓝色、黑色、绿色、红色等颜色微塑料的占比情况]与表层水体中微塑料颜色分布相比，鱼类体内白色微塑料占比略高于水体（32.6%），而透明微塑料占比略低于水体（27.8%）。不同颜色微塑料在鱼类体内的分布差异可能与微塑料的来源和鱼类的选择性摄食有关。白色微塑料通常来源于包装材料、一次性塑料制品等，这些塑料制品在海洋环境中广泛存在，鱼类更容易接触到并误食。而蓝色微塑料可能与渔业和海水养殖活动中使用的蓝色渔网、浮标等设备有关，在近岸海域的鱼类体内，蓝色微塑料的占比相对较高，这与近岸渔业和海水养殖活动频繁的特点相符。4.3.2粒径大小北部湾海洋鱼类体内微塑料粒径范围为0.05-3.50mm，平均粒径为0.86±0.52mm。其中，粒径小于0.5mm的微塑料占比最高，为42.3%；0.5-1mm粒径范围的微塑料占比为30.5%；1-2mm粒径的微塑料占比18.7%；大于2mm的微塑料占比最少，为8.5%（见图13）。[此处插入柱状图，图题：北部湾海洋鱼类体内不同粒径微塑料占比，横坐标为粒径范围（mm），纵坐标为占比，清晰展示不同粒径微塑料的占比情况]小粒径微塑料在鱼类体内占比较高，可能是因为小粒径微塑料更容易悬浮在水体中，与浮游生物等食物颗粒大小相近，鱼类在摄食过程中更容易误食。此外，小粒径微塑料的比表面积较大，能够吸附更多的有机物质和微生物，使其具有类似食物的气味和外观，增加了被鱼类误食的可能性。而大粒径微塑料由于体积较大，不易被鱼类直接摄入，且在水体中的沉降速度较快，相对较少被鱼类接触到。微塑料粒径大小对鱼类健康可能产生不同程度的潜在影响。小粒径微塑料进入鱼类体内后，更容易穿过肠道上皮细胞，进入血液循环系统，进而分布到肝脏、肌肉等组织器官中，影响鱼类的生理功能。研究表明，小粒径微塑料可能会干扰鱼类的内分泌系统，影响其生长、发育和繁殖。例如，一些实验研究发现，暴露于小粒径微塑料环境中的鱼类，其体内激素水平发生改变，性腺发育受到抑制。而大粒径微塑料虽然不易进入血液循环系统，但可能会在胃肠道内积累，导致胃肠道堵塞，影响鱼类的消化和营养吸收，甚至引起肠道炎症和损伤。此外，微塑料表面吸附的有毒有害物质，如重金属、持久性有机污染物等，在鱼类体内释放后，也会对鱼类健康产生危害，且这种危害可能随着微塑料粒径的减小而增强。4.3.3化学组成利用傅里叶变换红外光谱仪（μ-FTIR）对北部湾海洋鱼类体内微塑料的化学组成进行分析，共鉴定出聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）等多种塑料类型。其中，PE是最主要的塑料类型，占比达到40.8%；PP占比25.6%；PS占比18.3%；PET占比9.7%；PVC占比5.6%（见图14）。[此处插入柱状图，图题：北部湾海洋鱼类体内不同化学成分微塑料占比，展示PE、PP、PS、PET、PVC等塑料类型的占比情况]这与北部湾表层水体和沉积物中微塑料的化学组成相似，表明鱼类体内微塑料的来源与水体和沉积物中的微塑料密切相关。PE和PP在微塑料中占比较高，主要是因为它们在工业生产和日常生活中的应用极为广泛。PE常用于制造塑料袋、塑料薄膜、塑料瓶等包装材料，PP则常用于制造塑料餐具、塑料管材、汽车零部件等。这些塑料制品在使用后大量废弃，通过各种途径进入海洋环境，成为微塑料的主要来源。鱼类在摄食、呼吸等生命活动过程中，不可避免地会接触到这些微塑料，并将其摄入体内。不同化学成分的微塑料可能具有不同的物理化学性质，这会影响它们在海洋环境中的迁移、转化和生物可利用性，进而对鱼类产生不同的影响。例如，PE和PP等非极性塑料，化学性质相对稳定，在环境中难以降解，容易在鱼类体内积累。而PET等极性塑料，由于其分子结构中含有极性基团，可能更容易吸附环境中的有毒有害物质，如重金属、多环芳烃等。当鱼类摄入这些被污染的微塑料时，有毒有害物质会在鱼体内释放，对鱼类的生理功能产生危害。此外，PVC由于其含有氯元素，在自然环境中降解困难，且在降解过程中可能会释放出有毒的氯化物，对鱼类健康的潜在危害更大。通过对鱼类体内微塑料化学组成的分析，可以进一步追踪微塑料的来源途径，为评估微塑料对鱼类和海洋生态系统的风险提供重要依据。4.4微塑料对海洋鱼类的生态风险评估4.4.1食物链传递风险微塑料在海洋食物链中的传递过程较为复杂，其对高营养级生物的风险不容忽视。北部湾海域中，微塑料首先被浮游生物、小型无脊椎动物等低营养级生物摄入。这些生物在摄食过程中，由于微塑料与食物颗粒大小相近，且部分微塑料表面吸附有有机物质，使其具有类似食物的气味和外观，容易被误食。例如，桡足类、端足类等浮游动物，它们是海洋食物链的重要基础环节，对微塑料的摄入率较高。研究表明，在实验室条件下，当暴露于一定浓度的微塑料环境中时，桡足类动物的摄食行为会受到明显影响，其对微塑料的摄入会导致肠道堵塞，影响营养物质的吸收和消化。随着食物链的传递，微塑料会逐渐在高营养级生物体内积累。本研究中，在肉食性鱼类蓝圆鲹、竹荚鱼等体内检测到的微塑料丰度较高，这表明微塑料通过捕食行为从低营养级生物传递到了高营养级生物体内。当低营养级生物被高营养级生物捕食时，其体内的微塑料也随之进入捕食者体内。而且，由于高营养级生物在食物链中处于较高位置，它们需要捕食大量的低营养级生物来满足自身的能量需求，这使得微塑料在高营养级生物体内的积累效应更加明显。这种在食物链中的传递和积累，可能导致高营养级生物体内微塑料浓度远超周围环境中的浓度，从而对其生理功能和生存产生潜在威胁。微塑料在食物链传递过程中，还可能与其他污染物发生协同作用，进一步加剧对高营养级生物的风险。微塑料具有较大的比表面积，能够吸附海洋环境中的持久性有机污染物（如多氯联苯、多环芳烃）和重金属（如汞、镉、铅）等有毒有害物质。当海洋生物摄入含有这些污染物的微塑料时，污染物会在生物体内释放并积累，对生物的神经系统、免疫系统、生殖系统等产生毒性作用。例如，多氯联苯是一种具有强致癌性和内分泌干扰作用的持久性有机污染物，它在微塑料表面的吸附量较高。当鱼类摄入吸附有多氯联苯的微塑料后，多氯联苯会在鱼体内逐渐释放，干扰鱼类的内分泌系统，影响其生长、发育和繁殖。此外，微塑料与重金属的协同作用也可能导致生物体内氧化应激水平升高，破坏细胞结构和功能，降低生物的免疫力和生存能力。综上所述，微塑料在北部湾海洋食物链中的传递过程，对高营养级生物构成了潜在的风险。这种风险不仅体现在微塑料本身对生物生理功能的影响，还包括微塑料与其他污染物的协同作用对生物健康的危害。为了保护北部湾海洋生态系统的健康和稳定，需要进一步加强对微塑料在食物链中传递规律和风险的研究，采取有效措施减少微塑料的排放和污染。4.4.2对鱼类生理健康影响微塑料对北部湾海洋鱼类的生长、繁殖和免疫等生理功能产生了多方面的影响，其作用机制和影响程度备受关注。在生长方面，研究发现，暴露于微塑料环境中的鱼类，其生长速度明显减缓。这主要是因为微塑料进入鱼类胃肠道后，会占据一定的空间，导致鱼类饱腹感增强，摄食量减少，从而影响营养物质的摄取。此外，微塑料还可能损伤胃肠道黏膜，影响肠道对营养物质的吸收和消化，进一步阻碍鱼类的生长。例如，在对北部湾常见鱼类的实验研究中，将实验鱼分为对照组和微塑料暴露组，暴露组鱼投喂含有一定浓度微塑料的饲料。经过一段时间的养殖后，发现暴露组鱼的体重增长明显低于对照组，体长生长也受到抑制。在繁殖方面，微塑料对鱼类的生殖系统产生了干扰作用，影响其繁殖能力。微塑料表面吸附的有毒有害物质，如内分泌干扰物，可能会干扰鱼类体内激素的合成、分泌和信号传导，影响性腺发育和生殖细胞的形成。研究表明，一些微塑料成分，如双酚A，具有类似雌激素的作用，能够与鱼类体内的雌激素受体结合，导致内分泌紊乱，影响精子和卵子的质量和数量。此外，微塑料还可能通过影响鱼类的行为，如求偶、产卵等行为，间接影响其繁殖成功率。在北部湾海域，一些受到微塑料污染较为严重区域的鱼类，其繁殖群体数量明显减少，幼鱼的成活率也较低。微塑料对鱼类免疫系统的影响也不容忽视，它会降低鱼类的免疫功能，使其更容易受到病原体的感染。当微塑料进入鱼类体内后，会引发机体的免疫应激反应，消耗大量的免疫细胞和免疫因子，导致免疫系统功能下降。研究发现，暴露于微塑料环境中的鱼类，其血液中的白细胞数量减少，免疫球蛋白水平降低，溶菌酶活性下降。这些变化使得鱼类对细菌、病毒等病原体的抵抗力减弱，增加了患病的风险。在北部湾的渔业生产中，一些养殖场发现，受到微塑料污染的鱼类更容易发生疾病，导致养殖产量下降。综上所述，微塑料对北部湾海洋鱼类的生理健康产生了显著的负面影响，影响了鱼类的生长、繁殖和免疫等生理功能。这些影响不仅威胁到鱼类自身的生存和种群数量，还可能对整个海洋生态系统的结构和功能产生连锁反应。为了保护北部湾海洋生态环境和渔业资源，需要采取有效措施减少微塑料的排放，降低其对海洋鱼类的危害。五、讨论与综合分析5.1不同介质中微塑料污染特征的关联北部湾表层水体、沉积物和海洋鱼类中的微塑料污染特征既相互关联，又存在差异，这些特征反映了微塑料在海洋生态系统中的迁移转化规律和对不同生态环境的影响。在丰度和含量方面，三者存在一定的相关性。表层水体作为微塑料的初始输入介质，其微塑料丰度为0.05-1.23个/m³，平均丰度为0.38±0.28个/m³。水体中的微塑料通过沉降、吸附等作用，部分会进入沉积物中，使得沉积物成为微塑料的重要汇，其微塑料含量范围为12.5-105.6个/kg，平均含量为45.8±23.6个/kg。而海洋鱼类通过摄食、呼吸等活动，与水体和沉积物密切接触，从而摄入微塑料，导致所有鱼类样品均检测到微塑料，微塑料检出率达100%，丰度范围为1.2-7.8个/尾，平均丰度为3.6±1.8个/尾。近岸区域由于受到陆源污染和人类活动的强烈影响，表层水体、沉积物和鱼类体内的微塑料丰度和含量均相对较高，这表明陆源污染是北部湾微塑料污染的重要来源，且在不同介质中均有体现。从微塑料的形状、颜色和化学成分等特性来看，也存在一定的相似性和关联性。在形状方面，纤维状微塑料在表层水体、沉积物和鱼类体内均占比较高，分别为48.5%、42.8%和55.6%。这可能是由于纤维状微塑料在水体中具有较好的悬浮性，容易被鱼类误食，同时也更容易在沉积物中附着和积累。在颜色方面，白色和透明微塑料在三种介质中均较为常见，这与它们在日常生活中塑料制品的广泛使用有关。在化学成分上，聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）在表层水体、沉积物和鱼类体内的微塑料中均占主导地位，分别为42.5%、39.8%和40.8%（PE）以及27.3%、25.6%和25.6%（PP），这反映了它们在工业生产和日常生活中的大量应用，以及在海洋环境中的广泛存在。微塑料在不同介质之间存在明显的迁移转化规律。在水体-沉积物迁移过程中，水体中的微塑料会受到重力、水流、生物活动等多种因素的影响。一方面，较大粒径的微塑料和与沉积物颗粒结合的微塑料，在重力作用下会逐渐沉降到海底，进入沉积物中。另一方面，生物扰动作用也会影响微塑料在水体和沉积物之间的迁移。一些底栖生物在摄食和活动过程中，会将水体中的微塑料带到沉积物中，同时也可能将沉积物中的微塑料重新悬浮到水体中。在水体-鱼类迁移方面，鱼类通过滤食、捕食等方式，摄入水体中的微塑料。浮游生物、小型无脊椎动物等作为鱼类的食物来源，在摄食过程中会吸附微塑料，当鱼类捕食这些生物时，微塑料随之进入鱼体。此外，鱼类在呼吸过程中，也可能吸入含有微塑料的水体，导致微塑料在鱼体内积累。这种迁移转化过程对海洋生态系统产生了多方面的影响。从食物链角度来看，微塑料在水体、沉积物和鱼类之间的迁移，使得微塑料能够通过食物链传递，从低营养级生物向高营养级生物转移，对高营养级生物的健康和生存构成潜在威胁。从生态系统功能角度，微塑料在沉积物中的积累可能会改变沉积物的物理化学性质，影响底栖生物的生存环境，进而影响整个底栖生态系统的功能。而鱼类体内微塑料的积累，可能会影响鱼类的生长、繁殖和免疫等生理功能，对渔业资源和海洋生态系统的稳定性产生不利影响。综上所述，北部湾表层水体、沉积物和海洋鱼类中的微塑料污染特征紧密关联，微塑料在不同介质之间的迁移转化对海洋生态系统产生了复杂的影响。深入研究这些关联和影响，对于全面了解北部湾微塑料污染的生态风险，制定有效的污染防控措施具有重要意义。5.2影响微塑料污染分布的因素探讨北部湾微塑料污染分布受到多种因素的综合影响，这些因素相互作用，共同决定了微塑料在该区域的污染特征。人类活动是影响北部湾微塑料污染分布的关键因素之一。近岸区域由于人口密集、工业活动频繁以及城市化进程的加快，塑料制品的使用量和废弃量大幅增加。工业污水、生活污水以及海水养殖废水等未经有效处理便直接排放，导致大量微塑料进入海洋环境。例如，防城港、钦州港和北海港等近岸城市，工业生产中产生的塑料废弃物、居民日常生活中的塑料制品垃圾以及海水养殖过程中使用的塑料设施等，都是微塑料的重要来源。这些地区的微塑料丰度和含量明显高于远海区域，充分说明了人类活动对近岸微塑料污染的显著影响。海洋环流在微塑料的输送和扩散过程中发挥着重要作用。北部湾受到季风环流和南海暖流等海洋环流系统的影响，这些环流将微塑料从一个区域输送到另一个区域，改变了微塑料的分布格局。夏季盛行的西南季风和南海暖流，可能将周边海域的微塑料携带到北部湾，使得夏季北部湾微塑料丰度相对较高。而在冬季，东北季风和沿岸流的作用可能导致微塑料向其他海域扩散，使得北部湾微塑料丰度有所降低。此外，海洋环流还会影响微塑料在水体中的垂直分布，使得微塑料在不同深度的水体中呈现出不同的浓度变化。生物活动也对北部湾微塑料污染分布产生重要影响。海洋生物在摄食、呼吸和游动等生命活动过程中，与微塑料密切接触。浮游生物、小型无脊椎动物等低营养级生物容易误食微塑料，这些微塑料通过食物链传递，逐渐在高营养级生物体内积累。例如，本研究中发现所有海洋鱼类样品均检测到微塑料，且肉食性鱼类体内微塑料丰度相对较高，这表明微塑料在食物链中的传递和积累现象明显。此外，底栖生物的活动也会影响微塑料在沉积物中的分布。一些底栖生物在摄食和挖掘过程中，会将水体中的微塑料带到沉积物中，同时也可能将沉积物中的微塑料重新悬浮到水体中，从而改变微塑料在水体和沉积物之间的迁移转化过程。此外，自然环境因素如温度、盐度、沉积物粒度等也与微塑料污染分布密切相关。温度的变化可能影响塑料制品的老化和分解速度，从而影响微塑料的释放量。盐度的差异会影响微塑料在水体中的浮力和沉降速度，进而影响其分布。沉积物粒度则通过影响微塑料的吸附和沉降，对微塑料在沉积物中的积累和分布产生作用。例如，本研究发现微塑料含量与沉积物中粉砂和黏土含量呈显著正相关，与砂含量呈显著负相关，这表明沉积物粒度是影响微塑料在沉积物中分布的重要因素。综上所述，人类活动、海洋环流、生物活动以及自然环境因素等共同影响着北部湾微塑料污染分布。深入了解这些因素的作用机制，对于准确评估微塑料污染风险，制定有效的污染防控措施具有重要意义。在未来的研究中，需要进一步加强对这些因素的综合研究，以全面揭示北部湾微塑料污染的形成和演化规律。5.3微塑料污染对北部湾生态系统的潜在威胁北部湾微塑料污染对海洋生态系统的结构和功能构成了多方面的潜在威胁，这不仅影响海洋生物的生存与繁衍，还可能对整个生态系统的稳定性和可持续性造成深远影响。在生态系统结构方面，微塑料的存在可能改变海洋生物群落的组成和结构。由于微塑料对海洋生物的毒性效应，一些敏感物种的数量可能减少，甚至濒临灭绝，这将导致生物多样性下降，进而改变生物群落的物种组成和相对丰度。例如，一些研究表明，微塑料会干扰浮游生物的生长、繁殖和行为，影响它们在食物链中的地位和作用，进而影响整个浮游生物群落的结构。此外，微塑料还可能改变海洋生物的栖息地