浅析海洋垃圾与微塑料的监测分析方法

聂焱

（辽宁省丹东环境监测中心，辽宁丹东 118000）

1 引言

近年来，海洋垃圾的污染问题日渐严重，海洋生态环境不断遭受破坏，对海洋生态系统健康与人类健康安全也造成一定影响。海洋塑料垃圾具有难降解及长距离迁移等特性，导致其广泛分布在全球海洋环境中，引发了全球新兴的环境问题——海洋微塑料污染。自2011 年起，微塑料的污染危害问题［1］被联合国环境规划署持续关注。《联合国环境规划署年鉴》于2014 年6 月公布，将海洋塑料污染列为近10 年来十大紧迫的环境问题之一［2］。

2 海洋垃圾及微塑料概述

2.1 概念

海洋垃圾（Marin litter）的定义由联合国环境规划署提出，指海洋与海岸环境中人造的、具有持久性的或经加工的固体废弃物［3］，主要包括海滩垃圾、海洋漂浮垃圾以及海底垃圾。

2004 年Thompson 等人在《科学》杂志发表的关于沉积物中海洋水体和塑料碎片的论文中，首次提出“微塑料”（Microplastics）概念，其是指直径＜5 mm 的塑料颗粒与碎片［4］，也有学者将直径＜1 mm的微塑料定义成塑料颗粒［5］。

微塑料根据材料分为纤维类微塑料和非纤维类微塑料两类。非纤维类微塑料为塑料粒子的连续体，形状、大小和密度各异，一般根据大小进行划分，上限阈值为5 mm，根据浮游动物摄食进行分级，表示为5 mm～330 μm，330～100 μm，100～50 μm，50～1 μm［6］。

微塑料根据来源主要分为两大类：初生微塑料和次生微塑料。初生微塑料主要指通过河流与污水处理厂等排入水环境中的工业产品塑料颗粒，例如作为工业原料用的树脂颗粒、塑料颗粒及化妆品等含有的微塑料颗粒。次生微塑料主要是指大型的塑料垃圾经过生物、化学和物理过程因分裂、体积减小而形成的塑料颗粒［7］。

2.2 微塑料的来源与构成

据统计，海洋中的塑料碎片除10%～25%直接来源海洋外，有75%～90%来源陆地［8］。调查发现，在人类居住较密集的区域，微塑料的污染较严重，说明人类活动已经成为海洋微塑料的主要来源［9］。

微塑料广泛分布于大洋与近海中［10］。海水中的微塑料主要由聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等构成［11］。

2.3 海洋中微塑料污染现状

贝克兰于1907 年发明了酚醛树脂，开启了塑料时代，至今人类已有百余年塑料使用史，因其难分解而产生的环境问题已日渐严峻。通过对全球12 个主要地区调查，联合国环境规划署得出塑料垃圾占海洋垃圾总量80%［12］的结论，而塑料垃圾会逐渐形成无数的微塑料。Eriksen M 在2014 年提出在全球海洋中塑料碎片可能重达约26.9 万t，至少有5.25 万亿个［13］。

因洋流作用，大洋中微塑料主要于环流区分布。Carpenter 与他的团队在20 世纪70 年代首次发现大量的塑料微球（1～2 mm）于西北大西洋中［14］，88%的塑料碎片（粒径＜10 mm）位于大西洋22°～38°N 之间，99%的微塑料是由密度小于海水的PP 与PE两种塑料组成［15］。在北大西洋（55°～71°W，11°～44°N），60%塑料碎片尺寸在2～6 mm 之间，而且数量在逐年增多［16］。在东北大西洋，89%微塑料粒径＜5 mm，浓度为2.46 个/m3［17］。20 世纪80 年代，在太平洋的表层水体中尤其在北太平洋的环流中心地带，发现了大量的粒径＜5 mm 的有色微塑料［18］。甚至在人迹罕至的极地也发现微塑料存在于水体及沉积物、极地海滩环境中，冰芯中微塑料的含量达38～234 个/m3［14］。

3 监测分析方法

3.1 相关规范

截至目前，我国已发布了《海洋垃圾监测技术指南》（2006 年）、《海洋垃圾监测与评价技术规程（试行）》（2015 年）、《海洋微塑料监测评价技术规程（试行）》（2015 年）、《海洋垃圾监测与评价指南》（2018 年）等相关规范。

3.2 海洋垃圾的监测方法

我国最初于2007 年开展了近岸海域试点监测，我国近海海域海洋垃圾监测于2009 年开始，已成为《中国海洋环境质量公报》的正式内容之一。目前主要进行海面漂浮大块及特大垃圾的船上观测、海面漂浮小块及中块垃圾的拖网监测、海滩垃圾监测以及海底垃圾监测［15］。

漂浮大块及特大垃圾的船上观测主要有两种方法，分别为样线法（line transect method）与样带法（belt transect method）。

样线法监测的有效宽度为船舷一侧向外视线的可及范围。获得的垃圾样本数量不应小于40 个，适用于垃圾数量较多的监测区域。样线法作为首选方法，能够准确估算目标物体的距离和角度。

样带法监测的有效观测宽度一般设50～100 m，也可根据现场的实际情况进行设定，但应确保所有监测断面的有效观测宽度相同。其监测范围主要为船舷一侧向外视线可及范围内的一定宽度的带状观测区。

海滩垃圾监测的监测区域为自然岸线海滩，监测断面应均匀分布于所监测区域。长度＜2 km 的海滩，布设≥2 个监测断面；长度为2～5 km 的海滩，布设≥3 个监测断面；长度＞5 km 的海滩，布设≥5 个监测断面。海滩垃圾监测的每个监测断面的宽度为5 m，长度从浸水边际线至平均高潮线处或植被覆盖的区域，并于低潮位3 h 内完成监测采样。

海底垃圾监测分为拖网式监测、潜航式监测。在监测船航向稳定后进行拖网监测，网具从船尾坡道投出或通过船尾的滑轮放出。拖网时水深的改变可导致网具在海底的倾斜，应随时不断调整拖网深度，以保持网具附着于海底。船舶航速应低于3 节，拖网时间一般为15～30 min。拖网绳长最好为水深的3倍。开展潜航式海底垃圾监测时，潜水器下潜到预定深度的同时，悬停于海底上方开展监测。观测者通过观察窗和前舱观测海底垃圾的分布状况，录制海底垃圾现场影像以及观测者现场描述，并通过机械手臂进行海底垃圾采集。采用样带法监测时，监测的有效宽度应＜2 m。

3.3 海洋垃圾中微塑料的分析方法

微塑料的分析主要包括提取纯化、定量与鉴定。将微塑料从样品中分离后进行定量与鉴定。样品主要为水、生物样品以及水底沉积物，因对三者的取样方法不同，故对样品的前处理方式也有所区别［16］。

3.3.1 提取方法

将微塑料从海水中提取出来，主要是从表层、中层以及底层的海水中通过一个有矩形开口的拖网收集样品，使用流量计计算拖网过滤水的体积。通常根据水深选择不同的网进行过滤。通过Manta 网和Neuston 网采集表层海水中的微塑料，Bongo 网通常用于采集中层海水中的微塑料，而底部的深水通常采用底栖拖网的方式采集微塑料。

各种处理方法因条件而不同，应在尽可能不产生破坏的前提下全部提取出样品中的微塑料，同时需避免将其他有机、无机颗粒误认为是微塑料而将其保留，以免影响到后续检测。将微塑料从样品中分离的方法根据研究目的的不同，对微塑料的化学性质以及物理形态（包括颗粒的颜色、大小、数量、材料类型、颗粒类型、腐蚀程度等）进行分析鉴定后确定。微塑料的提取通常采用消化提取法、直接提取法、密度提取法、超声提取法、过滤提取法等［17］。

3.3.2 样品前处理

由于环境样品中通常含有藻类、有机质、木制品等各种干扰杂质，无法对微塑料样品直接进行分析，需对样品进行湿筛与消解前处理。

湿筛：将样品分别依次通过5.0 mm 和0.3 mm的不锈钢分层筛网，5.0 mm 筛网上的截留物会根据不同的研究目的来确定是否保存。

沉积物的前处理：（1）称取沉积物样品200 g 并转移至500 mL 的烧杯备用。（2）将1.8 g/mL 碘化钠溶液加入烧杯至500 mL 刻度线后充分搅动，以使塑料样品漂浮于溶液表面。（3）静置至溶液澄清，收集上清液，再次将碘化钠溶液加入盛放样品的烧杯中。浮选过程重复直至液面无漂浮的疑似塑料样品为止。（4）将上清液合并，再将其依次通过孔径为5.0 mm和0.1 mm 的不锈钢分层筛网，用适量的纯水冲洗0.1 mm 筛网上的截留物质并转移至500 mL 的烧杯中，用铝箔将烧杯覆盖但不密封，置于恒温干燥箱（60 ℃）进行烘干。（5）样品烘干后，在通风橱中将20 mL 浓度为0.05 mol /L 的二价铁溶液加入烧杯中，再加入浓度为30%的过氧化氢溶液20 mL。重复上述操作直至消解完全。

生物体的前处理：碱消解，在通风橱中将组织样品放入烧杯中，每1 g 湿样加入氢氧化钾溶液10 mL，用铝箔或者表面皿将通风橱中的烧杯覆盖；将烧杯置于60 ℃的水浴锅中直至样品完全消解；消解后含泥沙较多的样品需要进行密度分离。酸消解，利用硝酸消解样品，聚苯乙烯微珠的回收率达到94%～98%，尼龙纤维的回收率为0～98%，很多研究发现，使用H2O2处理样品的主要缺点是对组织的消化不完全［18］。

3.3.3 检测方法

微塑料的检测方法主要包括直接观察法、色谱法与光谱法等。

直接观察法主要是鉴定微塑料的腐蚀程度、颗粒类型等，通过肉眼观察或借助显微镜将提取的微塑料直接按照颜色和形状等进行挑选分类。

色谱法主要分为热解析核磁共振法、液相色谱法、气相色谱法。

光谱法主要分为拉曼（RM）光谱法与傅立叶变换红外（FTIR）光谱法。

4 结论

目前，国内外在微塑料研究方面已经取得了许多重要成果，公众对微塑料对海洋生态环境的影响方面的关注度也越来越高。微塑料的样品分离与检测分析等技术要求也随着研究的深入不断提高，为尽量减少在提取和检测方面的误差，目前迫切需要标准的微塑料检测方法。同时，海洋垃圾、微塑料污染控制措施、污染防治对策和方法以及污染修复等都成为环境科研工作者面临的新挑战，在未来的科研工作中需重点关注。