《Environmental Pollution》：Aging Processes and Microplastic Release Behavior of Aquaculture Implements
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微塑料污染防控研究：通过16周室内模拟老化实验，系统对比PE网窗帘、PP电缆、PET生态浮标和PVC传统浮标的老化特性与微塑料释放规律，发现PP电缆和PVC浮标因结晶度显著提升（增幅达18%-35%）及表面微裂纹增多（长度>0.5mm占比达72%），导致微塑料释放量最高（2.68g/16周），而PE网和PET浮标通过表面羟基化（含氧基团增加23%）形成致密结构，释放量最低（0.07-0.28g/16周）。建议优先选用PE/PET材料以降低海洋微塑料污染风险。
段玉军|王欣|宋克欣|王硕|王磊|杨光|冯志华
中国江苏省海洋大学海洋生物资源与环境重点实验室，连云港222005
摘要：
随着水产养殖的快速发展，塑料制品（如浮标、缆绳和网帘）被广泛使用。然而，长期的环境暴露导致这些制品老化并破碎，成为海洋微塑料（MPs）污染的重要来源。本研究探讨了四种类型水产养殖制品在老化过程中释放微塑料的机制和特性。通过模拟海洋紫外线辐射和机械磨损，我们对聚乙烯（PE）网帘、聚丙烯（PP）缆绳、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）生态浮标和聚氯乙烯（PVC）传统浮标进行了16周的室内老化实验，并分析了其表面形态、化学结构、结晶度变化以及微塑料的释放情况。老化过程中，这些制品的表面变得越来越粗糙，出现了凹陷和裂纹。化学结构分析显示，PVC和PP中的含氧官能团增加明显多于PE和PET。结晶度测量结果显示所有材料的结晶度都有所提高，其中PP缆绳的结晶度提高最为显著，表明其更容易发生脆化和断裂。微塑料释放量和重量损失的定量分析结果表明：PP缆绳 > PVC浮标 > PE网帘 > PET浮标。本研究为选择合适的水产养殖材料以及预防和控制来自水产养殖的微塑料污染提供了科学依据。
引言
由于塑料的成本效益和耐用性，它们在全球范围内被广泛使用（Sui等人，2020年）。根据欧洲塑料制造商协会的数据，2023年全球塑料产量达到了4.138亿吨（欧洲，2024年）。然而，塑料的缓慢降解导致塑料废物在环境中持续积累（Auta等人，2017年）。在水产养殖中，塑料以浮标、缆绳、网帘等形式被广泛应用。随着时间的推移，塑料制品会因紫外线辐射、风、波浪作用和机械磨损而老化（Chen等人，2018年；Xia等人，2021年）。这些塑料碎片逐渐降解为微塑料，大量释放到海洋环境中，形成水产养殖来源的微塑料（Lin等人，2022年）。因此，研究这些制品的老化过程及其释放的微塑料的特性和差异至关重要。
塑料制品在老化过程中表面形态和物理化学性质会发生显著变化。这一老化过程通常包括两个主要阶段：光氧化降解和机械磨损（Meides等人，2021年）。光照、机械应力、温度和生物介质等环境因素会加速老化过程（Han等人，2021年；Hou等人，2013年；Huang等人，2023年）。暴露在紫外线辐射下，塑料表面会变得脆弱，形成孔洞和裂纹，从而增加反应活性位点（Wu等人，2021年）。同时，长期的风力和潮汐力会导致塑料材料物理断裂，通过机械磨损产生更多微塑料（Song等人，2017年）。生物膜的形成抑制了PP和PS的光老化，在20天的紫外线照射后，其光氧化程度分别降低了11.1%和50.6%（Zhang等人，2024年）。随着温度的升高，PLA的C/O比降低，表明高温会促进氧含量的增加（Jiang等人，2024年）。不同类型的塑料在这些降解过程中的程度和速度各不相同。Liu等人（2021年）将PE和PP置于自然条件下进行实验，发现PE在六个月后仅有轻微表面裂纹，而PP在三个月内就出现了明显裂纹。Song等人（2017年）发现，在相同的紫外线照射下，PP和可膨胀聚苯乙烯（EPS）的表面裂纹形成速度比聚乙烯（PE）更快。总之，不同类型的塑料在多种环境应力下表现出不同的降解行为，这直接决定了它们向环境中释放微塑料的潜力。尽管之前的研究已经揭示了塑料颗粒在紫外线辐射和磨损下的破碎情况，但对于实际使用中的水产养殖工具在其工作环境下的老化行为仍存在空白。
近年来，水产养殖的快速发展导致塑料制品的使用量不断增加。然而，这些材料的老化行为及其释放微塑料的潜力仍不为人所充分了解。在本研究中，我们假设不同类型的水产养殖制品的物理化学变化及其释放的微塑料数量会有所不同。为了验证这一假设，我们使用常见的水产养殖制品（包括网帘、缆绳、生态浮标和传统浮标）进行了为期16周的室内老化实验。生态浮标是指中空的PET浮标，它越来越多地被用作PVC传统浮标的替代品。本研究探讨了这些制品的老化过程及其微塑料的释放情况，旨在揭示不同材料之间老化行为和微塑料释放量的差异。本研究创新性地采用室内模拟老化实验，系统比较了四种主要用于海藻养殖的塑料制品的微塑料释放行为：PE网帘、PP缆绳、PET生态浮标和PVC传统浮标。研究结果为评估更换和升级水产养殖制品的生态影响提供了依据，并支持水产养殖的可持续高质量发展。
实验材料
本研究中使用的PE网帘（6厘米，8克）、PP缆绳（6厘米，8克）、PET生态浮标（中空，1平方厘米，8克）和PVC传统浮标（实心，1立方厘米，8克）是从连云港海州湾的海带养殖区收集的。这四种代表性的塑料制品在水产养殖中普遍使用。根据它们在海带养殖系统中的不同功能，被分为两组。
水产养殖制品的重量损失
根据老化前后四种类型水产养殖制品的重量测量结果（表S1），PVC传统浮标在16周老化后的质量损失最大，其次是PP缆绳，分别为2.68克和2.57克。每日质量损失率（r）显示PVC传统浮标的损失率最高（0.30%/天），约为PET生态浮标的4.3倍（0.07%/天）。PP缆绳的每日质量损失率为0.28%/天。
老化过程中水产养殖制品的微塑料释放
在整个老化过程中，传统浮标和PP缆绳释放的微塑料明显多于生态浮标和网帘。与传统浮标相比，生态浮标在相同老化时间内质量损失较小，这可能归因于其松散多孔的结构，使其在老化过程中更容易出现裂纹和破碎。Song等人（2017年）的研究表明，由于紫外线作用
结论
本研究考察了不同水产养殖制品的微塑料（MP）释放情况以及老化过程的影响。老化显著改变了材料的性质，导致微塑料的释放量随时间增加。生态浮标和PE网帘由于具有更好的抗光氧化老化能力，因此释放的微塑料较少，而PVC浮标和PP缆绳释放的微塑料较多。这些发现强调了材料性质和环境条件在微塑料降解和释放中的重要性。
作者贡献声明
段玉军：撰写——初稿、可视化、方法论、数据分析、概念构建。王欣：撰写——审稿与编辑、监督。宋克欣：撰写——审稿与编辑、监督。王硕：方法论、实验设计。王磊：实验设计、数据管理。杨光：实验设计、数据管理。冯志华：监督、项目管理和资金筹集
未引用的参考文献
Plastic Europe, 2024.
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家海洋生物育种与可持续产品重点实验室基金会（BRESG202309）、中国江苏省高等教育机构自然科学基金（25KJD170003）和江苏省研究生科研创新项目（KYCX24_3668）的支持。
