微(纳米)塑料对海洋渔业水...饵料藻类的生态风险评估研究_章敏.pdf
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1、生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第 17 卷 第 6 期 2022 年 12 月Vol.17,No.6 Dec.2022 基金项目:国家重点研发计划项目(2019YFD0901101);厦门青年创新基金项目(3502Z20206099);福建省自然科学基金项目(2021J01506)第一作者:章敏(1997),女,硕士研究生,研究方向为海洋生物学,E-mail: *通信作者(Corresponding author),E-mail:DOI:10.7524/AJE.1673-5897.20211229002章敏,薄军,郑榕辉,等.微(纳米)塑料对海洋渔业水
2、域中重要饵料藻类的生态风险评估研究J.生态毒理学报,2022,17(6):287-300Zhang M,Bo J,Zheng R H,et al.Ecological risk assessment of micro(nano)plastics to important bait algae in marine fishery waters J.Asian Journal ofEcotoxicology,2022,17(6):287-300(in Chinese)微(纳米)塑料对海洋渔业水域中重要饵料藻类的生态风险评估研究章敏1,薄军1,郑榕辉1,高富龙1,洪幅坤1,陈锦灿1,2,方超1,*1
3、.自然资源部第三海洋研究所,海洋生物与生态实验室,厦门 3610052.厦门大学海洋与地球学院,近海海洋环境科学国家重点实验室,厦门 361102收稿日期:2021-12-29 录用日期:2022-03-26摘要:微(纳米)塑料(micro(nano)plastics,MNPs)污染已成为水环境中的热点问题,特别是对于有“海洋牧场”之称的海洋渔业水域,由于陆源性塑料垃圾排放、塑料渔具的大量使用以及海上航运等原因,MNPs 污染日益严重。饵料藻类作为渔业水域中重要的初级生产者,是维持生态系统稳定的第一道防线,也是污染物在水生食物链中传递的起点,并且响应污染物的毒性效应较为敏感。上述特征使饵料藻类
4、成为开展渔业水域中污染物生态风险评估的理想生物。为评估 MNPs 对渔业水域中重要饵料藻类的生态风险,本研究通过文献检索分析了其中 4 门 9 科 12 种常见饵料藻类的毒理学研究数据。进一步利用 Graph-Pad Prism 8.0 软件计算 MNPs 对上述饵料藻类的半数有效浓度(median effect concentration,EC50),并运用 Rurrlioz 软件绘制物种敏感性分布(species sensitivity distribution,SSD)曲线。通过 SSD 曲线预测了不同环境浓度 MNPs 对饵料藻类的潜在影响比例(potential affected f
5、ractions,PAF),继而对全球 13 处渔业水域 MNPs 的生态风险进行评估。结果发现墨西哥湾 MNPs 的 PAF值超过 50%;另有 7 处渔业水域 MNPs 的 PAF 值介于 5%和 20%之间。基于上述结果并考虑到当前海洋塑料垃圾数量有可能被低估,本研究认为未来需要加强对渔业水域中 MNPs 生态风险的关注。同时,本研究还揭示了当前研究的局限性并对未来渔业水域中 MNPs 污染的生态风险评估研究提出了几点建议。关键词:微(纳米)塑料;饵料藻类;生态风险评估;渔业水域;物种敏感性分布文章编号:1673-5897(2022)6-287-14 中图分类号:X171.5 文献标识码
6、:AEcological Risk Assessment of Micro(nano)plastics to Important Bait Al-gae in Marine Fishery WatersZhang Min1,Bo Jun1,Zheng Ronghui1,Gao Fulong1,Hong Fukun1,Chen Jincan1,2,Fang Chao1,*1.Laboratory of Marine Biology and Ecology,Third Institute of Oceanography,Ministry of Natural Resources,Xiamen 36
7、1005,China2.State Key Laboratory of Marine Environmental Science,College of Ocean and Earth Sciences,Xiamen University,Xiamen 361102,ChinaReceived 29 December 2021 accepted 26 March 2022Abstract:Micro(nano)plastics(MNPs)pollution has become a hot issue in the aquatic environment,especially inthe mar
8、ine fishery waters known as“marine pasture”.Due to discharge of land-derived plastic debris,massive use288 生态毒理学报第 17 卷of plastic fishing gear and sea transportation,MNPs pollution is becoming more serious.As an important primaryproducer in fishery waters,bait alga is the first line of defense to ma
9、intain the stability of aquatic ecosystem,andthe starting point of pollutant transmission within the aquatic food chain,and its response is more sensitive to pollu-tants.Because of these characteristics,the bait alga becomes as a potential organism for the ecological risk assess-ment of pollutants i
10、n fishery waters.In order to evaluate the ecological risks of MNPs on important bait algae infishery waters,the toxicological research data of 12 species of common bait algae from 9 families in 4 phyla wereanalyzed through a literature search.The GraphPad Prism 8.0 software was used to calculate the
11、 median effectiveconcentration(EC50)of the bait algae,and the Rurrlioz software was used to obtain a species sensitivity distribution(SSD)curve.Furthermore,the SSD curve was applied to predict the potential affected fractions(PAF)of MNPs indifferent environmental concentrations on the bait algae,and
12、 then the ecological risks of MNPs in 13 fishery watersaround the world were evaluated.The results showed that the value of PAF in the Gulf of Mexico far exceeded50%.The values of PAF in other 7 fishery waters were between 5%and 20%.Therefore,the current amount ofmarine plastic waste may be underest
13、imated according to the present data,and it is urgent to continue the ecologicalrisk assessment of MNPs in fishery waters.Meanwhile,the present study also revealed the limitations of current re-searches and provided several suggestions on the future research of MNPs in fishery waters and ecological
14、risk as-sessment.Keywords:micro(nano)plastics(MNPs);bait alga;ecological risk assessment;fishery waters;species sensitivitydistribution(SSD)微塑料(micro-plastics,MPs)一般指的是粒径5mm 的塑料颗粒、纤维、碎片和薄膜等1,而对于纳米塑料(nano-plastics,NPs)的定义主要分为 2 种,一种为粒径1 m 的塑料类型2-3,另一种为1 000 g L-1,饵料藻类受 MNPs 损害的程度迅速增强,随着浓度不断升高,最终损害程度在
15、 MNPs浓度为 1107g L-1时趋于平稳。HC5指的是某物种 5%的个体受到显著影响时,生存环境中 MNPs 相对应的浓度,也表示 95%的物种个体未受到有害影响时污染物的浓度。HC5的数值越小,表明 MNPs 对所研究物种的生态风险越大。由 SSD 曲线得到 MNPs 对饵料藻类的 HC5为 240 g L-1。图 1 饵料藻类对微(纳米)塑料的物种敏感性分布(SSD)曲线注:实际物种敏感性分布用蓝色实线表示,黑色虚线则分别表示上、下置信区间(95%)。Fig.1 Species sensitivity distribution(SSD)curve for bait algae exp
16、osed to micro(nano)plasticsNote:Solid blue curve represents concrete SSD;black dotted lines represent the 95%confidence intervals.292 生态毒理学报第 17 卷 不同浓度 MNPs 暴露得出的对不同饵料藻类的PAF 值,反映其对不同饵料藻类的损害程度。在获得 SSD 曲线的基础上,通过 Rurrlioz 2.0 软件可以计算得到不同浓度的 MNPs 对应的 PAF 预测值。当MNPs 浓度1102gL-1时,有4%的饵料藻类会受到 MNPs 的损害;随着浓度的增大
17、,可能受到影响的物种比例也逐渐增大,当浓度为 1104gL-1时,可能受到危害的物种百分比为 20%;而当浓度为 1105gL-1时,受到影响的物种百分比达到47%(表 2)。2.3 渔业水域环境中 MNPs 的污染现状和生态风险评估根据 Jambeck 等54的调查,每年大约有 480 1 270 万 t 塑料垃圾进入海洋,如果持续这种状态到2025 年输入海洋的塑料垃圾累积数量预计将增加一个数量级;由于 MNPs 的粒径小,且空间分布非常不均匀,几乎存在于所有生态系统。海洋渔业水域通常集中于沿海范围,更容易受到陆源和海上来源MNPs 的双重污染。不同海洋渔业水域 MNPs 丰度和粒径特征具
18、有很大差异性,主要与各水域离岸距离、人类活动、渔业养殖捕捞和运输等因素有关,主要的 MNPs 类型为 PP、PE、PS 和 PET11,20,55。以国内外共 13 处代表性渔业水域水体中主要种类和主要粒径的 MNPs 为评估对象,计算获得丰度数据,将结果统一换算成 g L-1后代入 SSD 曲线计算得到对应的 PAF 值,数据按照 PAF 值由低到高排序。如表 3 所示,发现墨西哥湾渔业水域中 MNPs 的 PAF值相对较大,最大值超过了 50%。表 2 不同浓度微(纳米)塑料对饵料藻类的潜在影响比例(PAF)预测值Table 2 Predicted potential affected f
19、ractions(PAF)values of the bait algae under exposure ofvarious concentrations of micro(nano)plastics微(纳米)塑料浓度/(g L-1)Concentration of micro(nano)plastics/(g L-1)PAF/%0.10.001.01.00102.001004.001 0009.00110420.00110547.003 讨论(Discussion)3.1 数据的选取绘制 SSD 曲线前的数据准备需要筛选合适的物种、暴露时间、毒性效应数据等以及统一单位,一般遵循适当性、可靠性
20、和精确性 3 个原则40,68-69。当可用的数据集越丰富,误差的风险就越小,影响预测的不确定性就越低70。本研究绘制 SSD 曲线选取的物种符合 US EPA 建议的受试生物至少包括 3门 8 科的要求71。尽管欧盟水框架指导共同实施战略(2000/602/EC)和我国化学物质环境与健康危害评估技术导则(试行)建议运用慢性毒理学数据进行环境质量评价更为可靠,然而国内外 MNPs 对微藻毒理学实验研究中十分缺乏无可见效应浓度(no observed effectconcentration,NOEC)、最低可见效应浓度(lowest ob-servable effect concentratio
21、n,LOEC)和 10%效应浓度(effective concentration at 10%inhibition,EC10)等慢性毒理学数据69,72-73。通过 EC50或半致死浓度(lethalconcentration 50%,LC50)等急性数据外推慢性数据NOEC 还存在一定争议74-75;现有选择 LC50作为评价指标的毒理学研究中,其研究对象通常为鱼类、甲壳类、软体动物和哺乳动物等76-77;但由于 MNPs 暴露造成生物死亡的剂量通常极高,获得 LC50相应的MNPs 暴露浓度往往远高于实际水环境中的浓度,造成实验结果无法很好地反映真实情况8。而 EC50的毒性终点可以选择生
22、物响应 MNPs 最为敏感的生物学指标,相对应的 MNPs 暴露剂量更接近于环境浓度49,66,因此采用 EC50结果较 LC50更为合理。3.2基于 PAF 评估和预测当前及未来渔业水域MNPs 的生态风险PAF 可反映不同污染物对不同营养水平物种的损害程度,目前已有多个研究使用 SSD 曲线和 PAF评估海洋生物受污染物如重金属和 MNPs 等毒性影响的生态风险78-80。本研究总结并预测了全球 13处渔业水域中不同环境浓度的 MNPs 对饵料藻类的潜在影响比例,其中 7 处不同类型的渔业水域总体PAF 预测值为 5%20%(中国胶州湾中国桑沟湾韩国近海中国东海马鞍列岛海域人工鱼礁印度孟买
23、海岸中国茅尾海中国海岸线沿岸站点),有 5处水域 PAF 值5%(中国台湾东部黑潮海域中国杭州湾北海南部黑海东南海岸中国象山湾),相应的生态风险较小;另外 1 处渔业水域(墨西哥湾)MPs 浓度对应 PAF 预测值范围中最大值超过 50%。第 6 期章敏等:微(纳米)塑料对海洋渔业水域中重要饵料藻类的生态风险评估研究293 表 3 部分代表性渔业水域微(纳米)塑料污染概况Table 3 Status of micro(nano)plastics pollution in some representative fishery waters水域Water area渔业水域主要类型Major ty
24、pe offishery waters主要微(纳米)塑料Major micro(nano)plastics主要粒径/mMajor size/m丰度/(个 L-1)Abundance/(particles L-1)单位换算后浓度/(g L-1)Concentration after unitconversion/(g L-1)PAF/%参考文献Reference中国台湾东部黑潮海域Kuroshio in the eastocean of Taiwan,China鱼类洄游通道Migration channel of fishPP,PE,PS,PET300 1 000010-5910-5010-26
25、.6310-2056中国杭州湾Hangzhou Bay,China鱼类养殖场Fish farmPP,PE1 000(1.41.2)10-47.1310-2057北海南部The Southern North Sea鱼类、虾等索饵场Feeding ground of fishand shrimp,etc.PUR,PE,PP11 1000.023 9.71.3610-56.400 158黑海东南海岸The coast of theSoutheastern Black Sea鱼类索饵场和洄游通道Feeding ground andmigration channel of fishPE,PET118 1
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