近年來微塑料污染問題受到眾多學(xué)者的關(guān)注，在過去的十年里，大洋垃圾帶的大小增加了10倍，這表明海洋表面的塑料碎片數(shù)量在迅速增加。經(jīng)過眾多學(xué)者研究已經(jīng)證明微塑料廣泛存在于海洋的各個(gè)水層，但是人們對微塑料在大洋中的垂直運(yùn)輸過程知之甚少。同樣，目前傳統(tǒng)的采樣方式是用CTD采水器來獲取微塑料樣品，然而CTD采水器所獲得的水量有限，用這種方法來估算水層中微塑料的含量會(huì)造成濃度值的異常偏高或者偏低。李道季教授課題組成員劉凱博士在2019年經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，至少需要8m3的水量，才能有效的估計(jì)水體中微塑料的含量（Liu，Kai et al. 2019）。
2018年11月到2019年4月李道季教授課題組成員在西太平洋、東印度洋用一種新型的原位大體積過濾技術(shù)（丹麥KC-Denmark公司生產(chǎn)的深水浮游生物泵）進(jìn)行了大量采樣工作(Daoji Li et al.2020），來對微塑料垂直運(yùn)移等相關(guān)規(guī)律進(jìn)行研究（見圖1）。
圖1西太平洋與東印度洋采樣點(diǎn)。NEC、NECC、SEC、KC、ITF代表北赤道海流、北赤道逆流、南赤道流、黑潮和印尼通流（引自，Daoji Li et al.2020）
根據(jù)Sprintall et al.等人的研究，其將海水分為表層海水（0-200m）、鹽躍層水(200 - 600米，位于鹽躍層內(nèi))、中層水(鹽躍層以下600 - 1500米)、深層水(1500 - 4000米)。李道季教授課題組成員結(jié)合這些信息在西太平洋與東印度洋分別了布置了3組相對應(yīng)采樣站位，其每次過濾水樣為10000L，具體采樣計(jì)劃見圖2。
圖2 每個(gè)采樣站的采樣深度（引自，Daoji Li et al.2020）
采樣結(jié)束后，經(jīng)過嚴(yán)格后處理與統(tǒng)計(jì)后得到結(jié)果，SK-1、SK-2、SK-3微塑料的豐度為1.2-2、0.3-1.5、0.2-1.5 n/m3，平均值分別為1.48、0.84和0.53 n/m3。SY-1、SY2和SY-3微塑料的豐度分別為1.0 - 3.5、0.5 - 2.3和0.2 - 1.3 n/m3。（見圖3圖4）。
圖3 PO 站位(SK-1、SK-2、SK-3)和IO站位 (SY-1、SY-2、SY-3)水體中MPs的垂直分布。（引自，Daoji Li et al.2020）
PO站位表層水的平均值(±SD)為1.20±0.57 n/m3;鹵躍層水平均值為0.88±0.45 n/m3;中層水平均值為0.84±0.52 n/m3，深層水平均值為0.43±0.22 n/m3。IO站位表層水的平均值(±SD)為1.37±0.58 n/m3;中層水水為1.28±1.04 n/m3;鹵躍層水為1.27±0.38 n/m3。在兩個(gè)采樣區(qū)域的表層水中檢測到最高豐度的微塑料。
圖4 各水層微塑料的豐度（引自，Daoji Li et al.2020）
通過進(jìn)一步分析其發(fā)現(xiàn)，在PO和IO站位微塑料具有相同的分布趨勢。另外在這兩個(gè)區(qū)域中微塑料的豐度沒有明顯差異，但在PO站位中，這種垂直分布模式在不同采樣點(diǎn)有很大的不同。通常認(rèn)為，微塑料的豐度隨著深度的增加呈指數(shù)級下降，但是只在SK-2、SY-2和SY-3發(fā)現(xiàn)了這種趨勢（見圖5），同時(shí)發(fā)現(xiàn)，水溫和微塑料豐度之間存在弱對數(shù)關(guān)系。
圖5 隨采樣深度的變化MPs豐度垂直剖面圖（引自，Daoji Li et al.2020）
在兩個(gè)站位中，共采集到367個(gè)微塑料（PO站位173個(gè)、IO站位194個(gè)），碎片和纖維分別占61%和25%。碎片類微塑料在這兩個(gè)位點(diǎn)的樣品中占主導(dǎo)地位，分別占PO和IO站位收集到的微塑料碎片的57和64%?？傮w而言，在這兩個(gè)地區(qū)，纖維類微塑料豐度從地表水到鹽躍水層，隨著深度的增加而降低，但隨后在中間水層有所增加。
在粒徑方面，PO站位中微塑料顆粒的粒徑范圍為30.12 - 4559.73μm，平均粒徑為668.36μm。在IO站位，粒徑的范圍為38 - 6330μm，平均大小為645.14μm?？傮w而言，微塑料的大小隨著采樣深度的增加而顯著減小，通常在表層水中檢測到較大的微塑料顆粒(見圖5)。
圖6 隨采樣深度變化各站位平均粒徑變化圖（引自，Daoji Li et al.2020）
在微塑料成分上，共檢測出25種聚合物，其中PET、PTFE、PMMA、PP、PVC占到了72%（見圖7）。
圖7 聚合物在各個(gè)水層的含量（引自，Daoji Li et al.2020）
此次研究中共發(fā)現(xiàn)了25種不同的聚合物。盡管PP的密度低于海水的密度，但在所有的取樣水層中仍能識別出這些顆粒。密度較大的粒子(PET、PMMA、PTFE和PVC)也觀察到類似的趨勢，因此微塑料垂直分布似乎與聚合物密度沒有什么聯(lián)系。在PO區(qū)域的所有深度都發(fā)現(xiàn)了大量PET塑料，在IO區(qū)域也發(fā)現(xiàn)了類似的趨勢。
同時(shí)發(fā)現(xiàn)，微塑料的大小隨采樣深度的增加而減小，較大的微塑料顆粒在表層水被發(fā)現(xiàn)。這一現(xiàn)象可能是由水力條件、生物淤積和微塑料特性共同作用的結(jié)果。在水層中微塑料顆粒不僅包括從表面向下沉積的，還包括水下環(huán)流橫向轉(zhuǎn)移的微塑料顆粒。
李道季教授團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，海洋密度層可能是影響微塑料顆粒垂直分布的重要因素，因?yàn)榇蠖鄶?shù)微塑料會(huì)在這一層被截留。較小的微塑料顆粒受到水動(dòng)力的作用，更容易穿透溫鹽變化的密度層。此次研究中，SK-2、SK-3、SY-1、SY-2、SY-3這5個(gè)水層的數(shù)據(jù)證實(shí)了這一理論，其中鹽躍層上方微塑料的豐度高于表層，在波羅的海同樣也發(fā)現(xiàn)類似的結(jié)論。
此次調(diào)查率先使用了一種新穎的技術(shù)來調(diào)查海水中的微塑料，采樣深度達(dá)到了4000m。共采集了350m3的水樣（每個(gè)點(diǎn)位約10m3的水量），是所有調(diào)查中采樣量最大的一次。鑒于水體中微塑料豐度的高可變性，本研究預(yù)估的微塑料豐度至少比先前報(bào)道的低1-2個(gè)數(shù)量級。本研究有望提供一個(gè)關(guān)于微塑料豐度的可靠數(shù)據(jù)集，以協(xié)助全球政策制定者進(jìn)行與海洋環(huán)境中微塑料相關(guān)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估。
參考文獻(xiàn)來源：
Daoji Li ,Kai Liu et al . Profiling the Vertical Transport of Microplastics in the West Pacific Ocean and the East Indian Ocean with a Novel in Situ Filtration Technique[J].Environment Science & Technology,2020,54,12979-12988
Kai Liu, Feng Zhang, Daoji Li，et al. A novel method enabling the accurate quantification of microplastics in the water column of deep ocean[J]. Marine Pollution Bulletin,2019,146:462-465
丹麥KC-Denmark公司所生產(chǎn)的浮游生物泵是原位定點(diǎn)采樣設(shè)備，該設(shè)備用來采集水體中的浮游生物、微塑料，泵速最高可達(dá)17000L/h，根據(jù)耐壓深度的不同，有150m和6000m兩種型號，其經(jīng)過長時(shí)間抽濾，樣品被收集在網(wǎng)底管中。
150m浮游生物泵 6000m浮游生物泵
項(xiàng)目 | 技術(shù)參數(shù) | |
耐壓深度 | 150m | 6000m |
泵速 | 17000L/h | 13500L/h |
高度 | 147cm | 151cm |
重量 | 34kg | 100kg |
電源 | 230VAC | 24VDC |
標(biāo)配目徑 | 60μm（可定制） | 60μm（可定制） |
操作 | 在線操作 | 離線操作，壓力觸發(fā)，時(shí)間序列觸發(fā) |
