中国科学院机构知识库网格
Chinese Academy of Sciences Institutional Repositories Grid
海洋浮游动物及鱼类对微塑料的摄食研究

文献类型:学位论文

作者李庆洁
答辩日期2020-05-15
文献子类博士
授予单位中国科学院大学
授予地点中国科学院海洋研究所
导师孙晓霞
关键词微塑料,近海,浮游动物,海洋鱼类,摄食
英文摘要

海洋中的微塑料(Microplastics)一般是指通过各种途径进入海洋中的直径小于5 mm的塑料颗粒。微塑料污染是一个全球性的问题,近年来因其在海洋环境中的广泛分布和对海洋生物的潜在危害而引起社会各界的关注。进入海洋的微塑料不但会在环境中存留很长时间,还会被海洋生物捕食或者误食,进入食物链。中国近海受到微塑料污染,为探究中国近海浮游动物及鱼类摄食微塑料的情况以及受到的潜在威胁,本论文调查研究了浮游动物和鱼类体内微塑料的数量、特征以及空间分布格局,并分别选取代表性海洋生物进行受控实验,主要结论如下:

为探究自然海域浮游动物摄食微塑料的情况,本论文首次研究了南海北部5个浮游动物类群(桡足类、毛颚类、水母、虾类和仔稚鱼),并且比较了大型浮游生物网(简称网I,筛绢规格505 μm)和中型浮游生物网(简称网II,筛绢规格160 μm)样品的分析结果。在16个采样站位的浮游动物中均检测到微塑料的存在,其中纤维状微塑料所占的比例最大(70%),其次是颗粒状和碎片状。浮游动物体内检出微塑料的主要成分是聚酯。网和网中浮游动物体内微塑料的平均长度分别为125 μm167 μm。网I5个浮游动物类群单个浮游动物体内微塑料含量分别为0.050.150.340.491.2/浮游动物,网II中为0.080.210.470.601.43/浮游动物,网II5个浮游动物类群单个浮游动物体内微塑料含量均高于网I,但是两种网具中也出现了相同的趋势:单个浮游动物体内微塑料含量从桡足类、毛颚类、水母、虾类到仔稚鱼不断增加,即营养级越高,生物摄食微塑料的几率越大。在单个浮游动物体内微塑料含量的基础上,结合每个站位浮游动物丰度,获得浮游动物摄食微塑料的平均丰度,网I4.1/m3,网II131.5/m3。与单个浮游动物体内微塑料含量随着营养级的升高而增加的趋势相反,由于水母、虾和仔稚鱼等营养级较高的浮游动物的丰度低,其摄入的微塑料总丰度也随之降低。在空间分布上,无论是单个浮游动物体内微塑料含量,还是浮游动物摄食微塑料的总丰度,两种网具的调查结果都是相似的。

为进一步量化浮游动物对微塑料的摄食作用,选取了中国近海浮游动物优势种中华哲水蚤作为实验生物,将中华哲水蚤放置于含有微塑料环境中,设置不同微塑料粒径、浓度和饵料浓度。结果表明,中华哲水蚤在微塑料污染的环境中能够摄食微塑料,中华哲水蚤对微塑料的摄食率会随着微塑料粒径的增大而降低:微塑料粒径为2 μm时平均摄食率为130.6 ± 40.3/h;粒径为20 μm时平均摄食率为13 ± 6.4/h;粒径为200 μm时平均摄食率为0.07/h。在微塑料粒径相同的条件下,中华哲水蚤对微塑料的摄食率随着水体中微塑料浓度的升高而升高,并且体内出现微塑料的中华哲水蚤个体所占比例也会升高。被中华哲水蚤摄入的微塑料不会一直停留在生物体内,会随着粪便排出体外,所以在当水体中无微塑料时,一段时间(最长4.5 h)之后中华哲水蚤能够排出体内所有的微塑料颗粒。长期培养实验结果表明,摄食微塑料对中华哲水蚤存活率不会产生显著效应,但是能够抑制中华哲水蚤的排便速率,造成假饱腹感,降低其捕食效率使中华哲水蚤种群质量下降。另外,如果改变中华哲水蚤的饵料浓度,饵料浓度为104 cells /mL时,中华哲水蚤对微塑料的摄食率最高,饵料浓度偏低或者偏高时摄食率均与之存在显著性差异。

为揭示中国近海鱼类体内的微塑料滞留率和基本特征,本论文在黄海海区设置了53个调查站位,使用底拖网进行鱼类样品采集,系统地研究了19种黄海主要鱼类,19种鱼类中都检测到微塑料。总体来说,34%444/1320)的鱼体内检测出共 552个塑料,其中546个(99%)粒径< 5 mm,属于微塑料范畴。小黄鱼(Larimichthys polyactis)体内微塑料滞留率最高,单个鱼类体内微塑料数量为0.97;刺鲳(Psenopsis anomala)和银鲳(Pampus argenteus)体内微塑料滞留率最低,单个鱼类体内微塑料数量为0.20。主要分为三种形状:纤维状、颗粒状和碎片状,分别占总数的67%22%11%。微塑料长度范围在16–4740 μm之间,平均长度为941 ± 43 μm,其中纤维状、颗粒状和碎片状微塑料的平均长度分别为1233 ± 57 μm263 ± 24 μm503 ± 91 μm,微塑料长度与鱼体长度呈正相关。所有微塑料成分组成中包括14种聚合物,其中以有机氧化聚合物(40%)最为丰富,其次是聚乙烯(22%)和聚酰胺(11%)。微塑料在鱼体内的数量受采样海域和鱼体重量的影响。在靠近渤海和长江口附近海域采集的鱼类体内,微塑料含量高于从黄海中部采集的鱼类。如果只关注体内含有微塑料的鱼类个体,则每条鱼体内微塑料数量与鱼体重量呈负相关。摄食微塑料可能会影响黄海渔业资源的质量和数量,特别是具有重要经济价值的鱼类。

为进一步研究确定鱼类对微塑料的摄食率、滞留率和鱼体的成活率,选取了具有重要经济价值的大菱鲆(Scophthalmus maximus)幼鱼作为研究对象进行微塑料暴露实验,培养水体环境中设置不同浓度的微塑料和饵料。结果证明,暴露在含有微塑料的环境中,大菱鲆幼鱼会出现摄食微塑料的现象。饵料浓度的改变对大菱鲆幼鱼摄食微塑料的影响显著,未添加饵料的大菱鲆幼鱼平均每个粪便中含有0.2个微塑料,当饵料浓度为5.5×10-4 g时,粪便中微塑料数量平均为13.4个,但是增加饵料浓度,大菱鲆幼鱼摄食微塑料的数量出现下降趋势。被摄食的微塑料会在大菱鲆幼鱼体内滞留,滞留率与体内微塑料数量和环境中饵料浓度有关,转移到无微塑料环境中24 h后,当饵料浓度为5.5×10-4 g时,大菱鲆幼鱼体内滞留的微塑料数量平均为1.4个,饵料浓度5.5×10-20.55 g时,大菱鲆体内的微塑料则被完全排出体外。另外,实验过程中还发现大菱鲆幼鱼的鳃部也有微塑料出现。大菱鲆鳃部微塑料的数量也受环境中饵料浓度的影响,当环境中饵料浓度为5.5×10-4 g时,平均每条大菱鲆鳃中微塑料数量为3.6个,随着饵料浓度增加,鱼鳃中微塑料数量呈现下降趋势。与对照组相比,微塑料对大菱鲆幼鱼的生长发育影响效果不显著(p > 0.05)。但是摄食微塑料会降低大菱鲆幼鱼的存活率,浓度越高,大菱鲆幼鱼的存活率越低。

综合本论文的研究,我们得出主要结论:(1)从低营养级的桡足类,到高营养级鱼类,体内均有微塑料检出;(2)不同浮游动物类群中,营养级越高,单个浮游动物体内微塑料含量越高;(3)海洋浮游动物和鱼类体内微塑料的特征相似,主要是纤维状微塑料,成分主要是有机氧化聚合物;(4)微塑料会影响中华哲水蚤和大菱鲆的摄食和排泄,降低其存活率,表明我国近海生物不同程度的遭受着微塑料污染的威胁。本研究的结果将为进一步评估中国近海微塑料生态风险评估提供基础数据和理科学依据。

语种中文
源URL[http://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/164738]  
专题海洋研究所_胶州湾海洋生态系统国家野外研究站
推荐引用方式
GB/T 7714
李庆洁. 海洋浮游动物及鱼类对微塑料的摄食研究[D]. 中国科学院海洋研究所. 中国科学院大学. 2020.

入库方式: OAI收割

来源:海洋研究所

浏览0
下载0
收藏0
其他版本

除非特别说明,本系统中所有内容都受版权保护,并保留所有权利。