波多黎各拉帕格拉自然保护区海洋表层微塑料的定量评估

《Microplastics》：Quantifying Marine Surface Microplastics in La Parguera Natural Reserve, Puerto Rico

　　

微塑料污染因其对生物体与生态系统的广泛影响，已成为全球关注的问题。尽管此前已有少量研究对波多黎各内陆地区的微塑料进行了定量分析，但据研究人员所知，尚无研究针对近岸沿海表层水体开展调查。因此，本研究首次评估了波多黎各西南部拉帕格拉自然保护区（La Parguera Natural Reserve）表层水体中的微塑料浓度及其特征描述。研究人员采用333微米浮游生物网拖网采样，发现微塑料平均浓度±标准差为0.02 ± 0.07 个微塑料颗粒 m^?3（95%置信区间 = 0.01至0.04 个微塑料颗粒 m^?3），总体处于较低水平。最常见的聚合物为高密度聚乙烯（HDPE，48%）和聚乙烯（PE，32%），其次为聚丙烯（PP，11%）和聚苯乙烯（PS，7%）。最常见颜色为白色（50%）、蓝色（34%）、黑色（8%）、红色（5%）和无色（3%）。在形态结构上，以碎片（78%）最为常见，其次为丝状体（12%）、薄膜（8%）和纤维（2%）。研究未检测到明确的沿岸梯度或季节性变化模式（p < 0.05），且平均浓度与加勒比地区既往调查的外海水体相近，这提示相较于外海来源，海洋微塑料的沿岸来源可能较小。本研究为理解拉帕格拉自然保护区沿海水域中的微塑料提供了基础性认识，并为识别未来微塑料浓度的潜在变化提供了关键基线数据。

该论文发表于《Microplastics》，围绕波多黎各西南部拉帕格拉自然保护区海洋表层微塑料的丰度、组成及其时空分布开展了系统研究。研究背景在于，塑料因多功能性、耐久性和低成本，自20世纪中期以来深刻改变了现代社会，但塑料废弃物管理不当及其难以生物降解，使微塑料广泛扩散至大气、农田、河流、海滩、表层海洋及深海环境。微塑料通常指粒径小于5 mm的塑料颗粒，可分为初生微塑料和由大块塑料破碎形成的次生微塑料。已有研究显示，微塑料可被浮游生物、珊瑚、海草、红树林生物、海胆、鱼类、海龟、哺乳动物甚至人类摄入，并可能造成消化阻塞、摄食下降、能量失衡、呼吸困难、生殖延迟及神经毒性等多重危害。此外，微塑料还可吸附多氯联苯（PCBs）、邻苯二甲酸酯和双酚A（BPA）等次生污染物，并富集重金属或携带潜在致病微生物群。正因如此，明确微塑料在环境中的空间与时间分布，是评估其生态风险和健康风险的重要前提。

然而，加勒比地区关于海洋微塑料的基础数据仍较匮乏。波多黎各既往研究主要集中于海滩、河口或潮滩环境，近岸海表水体的微塑料分布尚未见系统发表。因此，该研究以拉帕格拉自然保护区为对象，试图填补波多黎各沿海海洋微塑料定量研究的空白。该区域具有红树林、海草床、珊瑚礁及生物发光湾等重要生态系统，旅游活动活跃，但降水较少且无直接河流输入，因而是分析近岸与外海微塑料来源关系的理想地点。研究人员提出假设：靠近海岸的水域微塑料浓度更高，并随离岸距离增加而递减；同时，降雨较多时段的微塑料密度可能高于干季。除浓度定量外，论文还对微塑料的形状、颜色和聚合物组成进行了描述，以探讨潜在来源及区域污染特征。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：在2023年按月近似频率于拉帕格拉自然保护区开展表层拖网采样，设置距海岸约40 m、520 m、1400 m、2400 m和4200 m五个距离梯度，每个距离设4个重复站位，共完成8次采样事件和160次表层拖网；使用333微米浮游生物网收集表层前30 cm海水中的颗粒物，并以流量计和GPS记录过滤体积，将结果标准化为每立方米颗粒数；实验室采用分级筛分、数码显微镜观察、ImageJ测量颜色与尺寸，并以傅里叶变换红外光谱（FTIR，Fourier Transform Infrared Spectroscopy）鉴定聚合物类型；统计分析采用广义线性混合效应模型（GLMM，Generalized Linear Mixed-Effects Model）负二项分布框架，检验季节和离岸距离对微塑料丰度的影响。样本来源为拉帕格拉自然保护区表层海水站位样本，另设置实验空白监测程序污染。

3.1. Microplastics Spatial Distribution
研究结果显示，拉帕格拉自然保护区的平均微塑料浓度为0.02 ± 0.07 个 m^?3，95%置信区间为0.01至0.04 个 m^?3。基于广义线性混合效应模型（GLMM）的分析，微塑料丰度与离岸距离之间无显著差异（p = 0.24），与采样时间之间亦无显著差异（p = 0.57）。这表明在研究期内，保护区表层微塑料既未呈现明显的近岸—离岸梯度，也未表现出清晰的时间变化趋势。实验室空白样本均未检出微塑料，说明样品处理过程中的背景污染可忽略。该结果是通过全年多站位重复表层拖网采样与统计建模得出的，构成论文关于时空格局判断的核心证据。

3.2. Microplastics Descriptions
在微塑料形态方面，样品以碎片为绝对优势，占78%；其后依次为丝状体12%、薄膜8%和纤维2%。这一结果说明该区域表层微塑料主要以次生破碎塑料为主，而非工业原生颗粒。颜色组成显示，白色最常见，占50%，其次为蓝色34%、黑色8%、红色5%和无色3%。聚合物组成方面，高密度聚乙烯（HDPE）占48%，聚乙烯（PE）占32%，聚丙烯（PP）占11%，聚苯乙烯（PS）占7%，低密度材料占2%。这些结论来自显微镜分类观察、图像分析及傅里叶变换红外光谱（FTIR）鉴定，反映出拉帕格拉保护区表层微塑料在结构和材质上具有较明确的类型集中性。

4. Discussion
讨论部分首先指出，该研究据作者所知是首个报告波多黎各沿海表层水体微塑料空间分布及组成特征的工作。研究发现的平均浓度较低，与哥伦比亚低人口密度且缺乏河流输入的近岸水域相近，也与波多黎各南部外海既往观测结果大体可比，但明显低于圣胡安河口等人口更密集区域。这种差异表明，拉帕格拉表层水体所受局地人类活动或河流输入的影响较弱。

论文进一步讨论了最初假设未获支持的原因。研究原本预计靠近海岸区域会出现更高的微塑料浓度，但数据未发现显著沿岸梯度，且浓度水平更接近外海水体，从而提示研究期间采集到的多数微塑料可能来自外海平流输送，而非近岸直接输入。对于季节变化，研究同样未发现雨季高于旱季的显著模式，进一步强化了“外海来源占主导、近岸来源相对有限”的解释。论文同时指出，尽管未显式建立海水动力学模型，但区域盛行流和信风可能影响微塑料输运；相邻河流及远距离河流输入的可能性则无法完全排除。

在微塑料类型解读方面，研究发现白色碎片最为常见，这与其他海洋微塑料研究较为一致，也支持沿岸塑料经破碎形成次生微塑料是主要来源。与邻近海滩发现塑料颗粒不同，本研究未观测到塑料颗粒（pellets），提示样品中的微塑料更可能源于环境中较大塑料物的持续降解。聚合物方面，HDPE、PE和PP占主导，与既往潮滩研究结果相符，说明该地区微塑料组成与常见海洋塑料污染类型一致。论文还指出，未检测到聚氯乙烯（PVC）或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等密度较高聚合物，可能与采样方法偏向表层漂浮颗粒有关，因为密度高于海水的塑料更易沉降至底栖环境。此外，生物污损颗粒、粒径小于333微米的颗粒以及被风浪混入更深水层的颗粒，也可能未被有效捕获。因此，该研究结果可能低估实际环境中微塑料总量，但由于采用了通行标准方法，仍具有区域间可比性和基线价值。

总体而言，该论文的核心结论是：拉帕格拉自然保护区表层海水中微塑料浓度总体较低，且在空间和季节尺度上均未呈现显著变化；微塑料以白色碎片为主，主要由HDPE、PE和PP构成；其浓度水平与外海相近而低于受工业化或河流影响更强的近岸环境，提示该区域近岸直接来源有限，外海输入可能占更重要地位。该研究的重要意义在于，为波多黎各沿海表层微塑料研究提供了首个系统基线，不仅有助于未来长期监测和区域比较，也为理解加勒比近岸生态系统中的微塑料输入路径和潜在生态风险提供了基础证据。

研究结论部分可译为：据研究人员所知，本研究首次评估了波多黎各拉帕格拉自然保护区表层水体中微塑料的空间分布及其特征。分析表明，该区域表层水体中的微塑料含量低于波多黎各受工业活动或河流影响区域附近的海滩、潮滩和河口。然而，与邻近研究在聚合物类型、颜色和结构上的相似性表明，其次生塑料输入具有一定一致性。未检测到明确的沿岸梯度和季节性模式，提示来自拉帕格拉镇的直接沿海微塑料来源较少，且大多数海洋微塑料可能起源于外海。本研究建立了关键基线数据，可用于识别未来拉帕格拉地区及波多黎各其他沿海站点海洋微塑料的潜在变化。鉴于微塑料的广泛存在，减缓塑料污染、保护海洋生态系统并实施更严格的塑料生产与废弃物管理规定具有重要必要性。