Heliyon｜美属萨摩亚近岸海洋环境中微塑料和有机污染物的人类健康风险评估筛选值 - 海洋微塑料污染源

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文章信息

第一作者：Beth Polidoro

通讯作者：Beth Polidoro通讯单位：亚利桑那州立大学数学与自然科学学院

https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e09101

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摘要

固体废物处理是太平洋岛国日益关注的问题。由于陆地面积严重受限，加上缺乏再利用或回收选择，大洋洲许多近岸海洋生态系统受到当地海洋垃圾，包括塑料、微塑料和相关化学污染物的严重影响。为了促进改善固体废物管理和塑料使用政策，必须明确识别和传达潜在的生态和公共健康风险。本研究利用生态风险评估框架，通过量化美属萨摩亚Tutuila岛的4个研究点的微塑料和有机污染物，探索海洋生态系统和人类健康的潜在风险。近岸海水、海洋沉积物和软体动物的采样结果表明，微塑料在海洋环境中的分布不均匀，在海洋软体动物中检测到的浓度最高(平均每个生物有15~17个颗粒，其中大部分经鉴定为聚对苯二甲酸乙二醇酯的微纤维)。这些无脊椎动物的环境有机污染物浓度也最高，包括邻苯二甲酸酯、杀虫剂和多氯联苯。然而，根据无脊椎动物的估计食用率，其对人类健康产生不利影响的风险可能很低。建议今后开展研究，以便更好地了解动态近岸海洋环境中微塑料的环境分布，以及微塑料对海洋物种种群和整体海洋生态系统健康的理化影响的具体途径和后果。

研究进展

1 前言

过去的10年里，越来越多的研究记录了世界海洋废弃物和塑料垃圾的存在。其中，微塑料，尤其是微纤维，日益受到全球关注，因为它们容易被多种海洋和淡水生物摄入，对生物体消化道产生物理和化学影响，在某些情况下还会诱导免疫毒理反应、抑制生长、改变基因表达并导致细胞死亡。

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塑料碎片和微塑料都由聚合物(即聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚碳酸酯)和生产过程中的增塑剂、着色剂、阻燃剂、树脂和抗氧化剂等其他添加剂组成。此外，塑料还会从环境中“吸附”或积累额外的疏水性有机污染物，如有机氯农药、多氯联苯(PCBs)、多环芳烃(PAHs)和多溴联苯醚(PBDEs)。因此，微塑料有时被认为是有机污染物进入海洋生物的载体。当生物被当作海鲜食用时，可能会对人类健康构成威胁。然而，微塑料对人类健康的物理、化学和生物影响尚未得到很好的解释，因此，记录环境和海洋动物体内微塑料和有机污染物浓度之间的原位相关性对于完善生态和人类健康风险评估非常重要。

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固体废物管理是太平洋岛屿国家面临的最紧迫的环境问题之一。在美属萨摩亚的Tutuila主岛，海洋污染和海洋废弃物越来越受到领土监管机构的关注。海产品是美属萨摩亚饮食的主要组成部分，但迄今为止，尚未对美属萨摩亚海洋物种中微塑料和潜在相关有机污染物的存在和分布进行研究。同样，也没有对微塑料和其他污染物可能对海洋生态系统和人类健康造成的风险进行研究。

为了初步评估风险，我们应用了由环境科学研究所开发的筛选级别框架，该框架能够快速识别可能对生态或人类健康造成不利影响的污染物并确定其优先级。研究的总体目标是:1)记录美属萨摩亚3个研究点的潮间带海水、海洋沉积物和软体动物中微塑料和潜在相关有机污染物的存在、浓度和环境行为， 2)应用风险评估框架，根据当地食用的软体动物中微塑料和有机污染物的浓度，估计对人类健康的潜在不利影响。本文提出的风险评估方法可在全球范围内应用，尤其是在数据匮乏的地区，以帮助确定关注的污染物及其优先顺序，并评估选定的人群是否处于不利健康的高风险中。 0 @, M, ]9 X9 }* Z- D- x9 e+ Y

2 研究区域特征及样品采集

最大的Tutuila岛(140km2)是美属萨摩亚的政治和商业中心，人口超过56000。全年气候炎热潮湿，年降雨量为3~5m，最紧迫的环境问题包括大范围的海岸改造、捕鱼压力、湿地丧失、土壤侵蚀、海岸沉积、固体和危险废物处理以及污染。本研究对美属萨摩亚Tutuila岛的4个沿海地区(如Nuuuli泻湖、Lions公园、Pago港和Laulii海滩)进行了采样(图1)，采样时间在2017年9月至2018年7月期间的8个月内(如9月、10月、11月、2月、3月、5月、6月和7月)，每月1次。

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图1 研究地点的位置1)Pago港，2)内Nuuuli泻湖和狮子公园，以及3)Laulii海滩。

3 主要结果

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3.1 微塑料

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在近岸海水中检测到的微塑料浓度非常低，为0~10个微纤维/L，大多数无法确定为聚合物类。海洋软体动物中，平均每个生物有15~17个微塑料颗粒(最少0个，最多69个) (图2)，其中约55%的微塑料为微纤维形状。根据显微拉曼光谱分析，10%的软体动物子样本中，大约75%的可识别塑料是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。其他聚合物包括聚碳酸酯（PC）、聚酰胺（PA）和聚氯乙烯（PVC）。尽管软体动物的物种组成因地点而异，但不同采样点软体动物中观察到的微塑料数量无明显差异 (图3).

图2 采样点软体动物中微塑料的平均数量。误差线代表标准偏差，采样点后括号中的数字表示研究期间收集和分析的样本总数。

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图3 每个采样点采集的海洋软体动物的物种名称。采样点后括号中的数字表示研究期间收集和分析的样本总数。

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3.2 有机污染物

在海水、沉积物和软体动物中检测到多种邻苯二甲酸酯、杀虫剂、多氯联苯（PCBs）和多环芳烃（PAHs）(图4)。根据当量浓度单位，污染物的平均浓度明显增加：海水(＜0.35 μg / L或ppb) <沉积物(＜0.05 μg / g或ppm) <软体动物(＜25 μg / g或ppm)。虽然就海水、沉积物和软体动物中的平均有机污染物浓度而言，没有观察到采样点之间的差异，但从Laulii采集的软体动物中检测到的多氯联苯和大多数杀虫剂的最大浓度最高。

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图4a–c:每个站点的海水、沉积物和软体动物中有机污染物的平均总浓度。误差线代表标准偏差，采样点后括号中的数字表示研究期间收集和分析的样本总数。

3.3 风险评估

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根据在软体动物中检测到的单个污染物的最大浓度(如图5中的邻苯二甲酸酯和杀虫剂)，几种检测到的杀虫剂，多氯联苯（PCBs）和邻苯二甲酸二乙基己酯(DEHP)的总和超过了计算的成人和儿童行动水平。4个采样点都检测到氯丹超标，应将其作为一种潜在的关注污染物优先做进一步研究。从Laulii、Nuuuli泻湖和Pago港采集的腹足类不太可能对人类健康构成风险，因为它们的食用率可能比“行动水平”计算中使用的比率更低。在Lions公园的岩石牡蛎中检测到的氯丹和多氯联苯含量，这些牡蛎可能更经常食用。就环境和/或生态风险而言，所有采样点都检测出不同浓度的多氯联苯和杀虫剂，在Laulii海滩检测到的这些持久性污染物浓度最高。

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图5a–b 在所有采样点的软体动物中检测到的单种邻苯二甲酸酯和杀虫剂的最大浓度。采样点后括号中的数字表示研究期间收集和分析的样本总数。

4 讨论

总体而言，与潮间带软体动物相比，近岸海水和潮间带沉积物中发现的微塑料非常少。在美属萨摩亚采样的潮间带地区，微塑料可能并不是均匀沉积在这一动态海洋环境中，而是零散分布和/或被带到近海地区。其他研究也表明，潮间带的微塑料丰度与水文过程强度（包括流速和淹没时间）呈负相关。鉴于本研究在海洋沉积物中检测到的微塑料数量较少，因此无法排除所选提取方法的潜在问题。

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本研究采集的滤食性双壳类动物中含有非常细小的微碎片和微纤维，可能来自水柱，或者对腹足类动物来说，可能来自附着在硬基质上的藻类或其他植物材料中的微塑料颗粒。其他研究也发现了类似的结果，例如，一项对香港滩涂多种双壳类和腹足类动物的研究发现，每种生物平均颗粒含量约0~18个，以微纤维为主，腹足类动物的含量较高。在另一项对波斯湾双壳类和腹足类的研究中，微塑料颗粒的平均数量为0~21个，也以微纤维为主。

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美属萨摩亚不同采样点的微塑料和有机污染物浓度没有显著差异。这表明微塑料和检测到的污染物可能普遍存在并在研究区扩散，且可能来自不同的非点污染源，如农业、工业径流、掩埋的遗留废物等。与原位水域和潮间带沉积物相比，软体动物正在生物累积更多的微塑料和有机污染物。尚不清楚的是，微塑料本身是否是海洋软体动物中有机污染物迁移和生物累积的主要载体，或者污染物是否从周围环境累积到软体动物内。

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在双壳类动物和腹足类动物中检测到的某些有机污染物(氯丹、多氯联苯和DEHP)的最大浓度超标，对于经常食用中高剂量此类软体动物和/或体重低于评价所用标准的人群而言，潜在健康风险增加。需要开展进一步研究，以确定这些污染物以及在美属萨摩亚近岸海洋环境中检测到的其他污染物的来源、迁移路径、生态影响和后续缓解战略。

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最后，需要更多的研究来确定微塑料摄入或环境存在的物理阈值。鉴于环境中微塑料的组成、形状和大小的极端差异，这可能很难标准化，特别是在不同类型的生物体之间。统一微塑料物理(如尺寸、形状、聚合物类型)毒理学阈值，可制定类似于当前饮用水和地表水法规中总悬浮固体和/或总溶解固体的微塑料颗粒标准。

5 结论

总之，生态和人类健康风险评估框架有助于确定污染物、物种、地理区域和选定人群的优先次序，促进污染物减排并改进管理措施。虽然在美属萨摩亚海洋软体动物中检测到的微塑料数量与其他研究中的数量相当，但在海水中检测到的微塑料数量非常低，在海洋沉积物中基本上可以忽略不计。这些结果表明，持续优化微塑料提取方法至关重要。另外，环境样本的现场采集必须考虑到微塑料在陆地或海洋上分布的不均匀性。鉴于摄入微塑料对生物体健康的影响不仅高度依赖于摄入数量，而且还取决于微塑料形状、大小、化学成分以及消化或排泄率，因此似乎不太可能为广泛的生物体（包括人）制定摄入微塑料的影响阈值。目前，对微塑料化学成分（包括聚合物添加剂和/或吸附相关环境污染物）的表征可以衡量塑料对不同生物体（包括人类）的口服或其他暴露的潜在化学影响。然后，可根据口服参考剂量或其他相关毒理学阈值，将这些化学暴露或剂量与健康或生态系统影响的现有数据进行比较。

来源文献:A screening-level human health risk assessment for microplastics and organic contaminants in near-shore marine environments in American Samoa ) }# x8 c* k! i, G

DOI:https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e09101

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