上海海洋大学于飞团队STOTEN:长三角地区人工养殖塘中地表水、沉积物和螃蟹内老化微塑料的赋存特征

塑料聚合物因为其独特的性质广泛应用于工业生产和人类生命活动中，但同时它也导致了塑料污染加剧。2004年“微塑料”一词被首次被提出，粒径<5mm的塑料被定义为微塑料。微塑料由于它们的小颗粒尺寸和分布广泛很容易被生物误食并且难以排泄和在体内形成堆积。鱼类和螃蟹已被证实存在误食微塑料的风险，与此同时在人类粪便中检测到微塑料的存在，原因之一可能是食用具有一定程度的微塑料污染的水产品。螃蟹是一种分布广泛的杂食性海洋动物。由于其食用价值，它变成了一种食用量高的常见食用水产品。目前，大量研究都集中在检测在不同的野生环境中，不同种类的螃蟹体内的微塑料。研究证明微塑料存在于螃蟹的肠、鳃、肝胰腺、肝脏和肝脏中，并且微塑料的特性是与他们的生活环境密切相关。同时螃蟹摄入微塑料的时间、机理及其毒性效应在实验室中通过人工喂食微塑料进行模拟。然而目前的相关研究较少关注螃蟹及其生活环境中微塑料的风化程度。由于其表面碎裂，风化微塑料将具有更大的比表面积，且与环境污染物的结合能力更强具生态毒性和潜在威胁。

捕获海洋野生螃蟹和人工养殖淡水螃蟹是中国食用螃蟹的主要组成部分，中国是全球水产养殖的主体。2011年，中国水产养殖产量和淡水养殖产量占全球总产量的65.7%（7.63×10⁷吨）和63.6%（3.90×10⁷吨）。近年来，中华绒螯蟹已逐渐成为最常见的淡水养殖品种，螃蟹和水产养殖提供了负担得起的动物蛋白质来源并在全球粮食安全中发挥着越来越重要的作用。相比于天然环境、人工淡水养殖环境有很大差异。人工养殖水体的连通性更强，与人类活动的关系更密切，这意味着更高的微塑料污染和暴露风险的可能性。此外，氧化消毒剂和一些抑菌剂的使用可能导致微塑料的加速风化，老化的微塑料更容易吸收抗生素，可能通过食品链导致食品安全等问题。因此人工养殖微塑料污染现状研究在促进食用安全方面有着重要的意义。

1. 在人工养殖塘的不同介质中检测出了微塑料。

2. 100～300μm的微塑料在人工养殖池塘中占主导地位。

3. 饲料中含有的微塑料是微塑料污染的主要来源。

4. 沉积物中微塑料的老化程度较高。

5.肝胰腺组织中的微塑料有被人类摄入的风险。

图1. 人工养殖池塘表层水和表层沉积物的微塑料污染特征。A1）表层水中微塑料的丰度。B1）表层水中微塑料形状。C1）表层水中微塑料颜色分类比例。D1）表层水中微塑料尺寸分类比例。A2）表层沉积物中微塑料的丰度。B2）沉积物中微塑料形状。C2）沉积物微塑料颜色分类比例。D2）沉积物微塑料尺寸分类比例。

图2. ATR-FTIR和显微镜的结果。A.可疑微塑料的FTIR光谱和鉴定结果。B.在体视显微镜下从不同介质中分离出不同形状的微塑料。C.环境介质和生物样品中聚合物种类的饼图。 

图3. 相同PE微塑料在不同环境介质中的红外光谱图（CI反映了微塑料表面的老化程度）。A.PE 1#、2#和3#来自池塘中的地表水。B.透明PE 4#、光滑PE 5#和粗糙PE 6#来自池塘沉积物。C.在螃蟹的肠组织中发现PE 7#。D.PE 8#、9#和10#是接地网的不同部分，分别包括连接、中间和边缘。

图4. 螃蟹中微塑料的污染特征。A.在螃蟹的各种组织中检测到大量的微塑料。B.在螃蟹组织样本中检测到微塑料大小。C.螃蟹样品中可食用和不可食用部分的微塑料比例图表。D.在螃蟹的各种组织中检测到的微塑料类型。E.在螃蟹的各种组织中检测到微塑料形状。F.在螃蟹的各种组织中检测到微塑料颜色。

图5. 不同组织中微塑料丰度与肝胰腺指数之间的关系以及不同组织中的微塑料丰度和体重之间的关系。

图6. 螃蟹饲料带来的微塑料污染情况。A.成年螃蟹和扣蟹饲料的微塑料含量。B. 饲料加工过程中混入的几种微塑料的红外光谱图。C.农具聚合物种类。 

图7.水体内的塑料负荷评估。

本研究首次调查了人工养殖池塘生态系统中各种环境介质和螃蟹体内的微塑料污染。在人工养殖池塘的地表水和沉积物中检测到了丰富的微塑料。同时，在螃蟹的肠道、腮腺和组织中发现了微塑料。组织中微塑料的含量更高，其次是鳃，肝胰腺中微塑料含量最低。沉积物中微塑料的老化程度高于水和原始工具，这增加了螃蟹误食高老化程度微塑料的风险。螃蟹中微塑料的主要来源是饲料，其次是在这个过程中工具老化和磨损产生的次级微塑料。螃蟹中微塑料的摄入可能会对螃蟹的生理功能产生一定的不利影响，影响螃蟹的产量。接触螃蟹可食用部分的微塑料会增加人类摄入微塑料的风险。同时，池塘在排水期间可能会对周围的河道造成微塑料污染，聚集在养殖池底部沉积物中的微塑料不会被排除为一些致密微塑料的最终目的地。因此，我们需要更加重视人工养殖和食用蟹中微塑料的发生和人类消费风险的研究，人工养殖池塘中微塑料生态风险也应得到重视。

文献链接：

http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.162039

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