浮游生物泵在南海微塑料分布輸運機制研究中的應(yīng)用

近期，華東師范大學(xué)科研團隊聚焦南海西北部水體微塑料的分布特征、來源及輸運機制展開專項研究。團隊采用大型原位過濾裝置——浮游生物泵，系統(tǒng)獲取了50~1000米水層的微塑料定量數(shù)據(jù)，為深入解析邊緣海微塑料垂直遷移過程、評估海洋污染生態(tài)風(fēng)險提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。
 

研究背景
微塑料污染已成為全球性重大海洋環(huán)境問題。海洋作為微塑料的主要匯集體，傳統(tǒng)研究多聚焦于表層水體，并普遍認為微塑料主要通過洋流實現(xiàn)水平方向的擴散傳輸。然而，微塑料的遷移過程并非局限于表層，其也可通過多重機制發(fā)生垂直遷移，包括物理過程（如湍流、溫鹽環(huán)流）及生物地球化學(xué)過程（如生物附著、海洋雪聚集、糞便顆粒沉降），使整個水柱成為潛在的微塑料儲庫。

南海作為西太平洋半封閉邊緣海，受高強度人類活動與大型河流輸入影響，其表層微塑料污染已獲證實，但關(guān)于中深水層（尤其是500米以深）微塑料的分布、組成與通量數(shù)據(jù)極為匱乏，嚴重制約了對該區(qū)域塑料全路徑輸運與深海生態(tài)風(fēng)險的理解。

為填補這一空白，研究團隊采用大體積原位過濾技術(shù)（浮游生物泵），對南海西北部50~1000米水柱進行系統(tǒng)采樣，旨在獲取其垂直分布基線數(shù)據(jù)，并揭示環(huán)境因子與輸運機制的關(guān)鍵影響。

研究于2020年夏季在南海西北部3個站位（沿115°E分布，圖1）開展，采用浮游生物泵（KC Denmark，圖2）進行大體積原位過濾，共采集50~1000米水層的11個樣品。采樣后，通過立體顯微鏡進行形貌觀察與計數(shù)，并利用微傅里葉變換紅外光譜（μ-FTIR）鑒定聚合物組成。之后采用多種數(shù)據(jù)分析方法探究微塑料分布與環(huán)境因子之間的關(guān)系。

浮游生物泵工作原理：該設(shè)備通過抽水泵持續(xù)抽取含有微塑料的海水樣品，海水流經(jīng)配套過濾網(wǎng)衣時，微塑料顆粒被截留，最終目標微塑料樣品富集于網(wǎng)底收集管內(nèi)，從而完成整個采樣操作。
 

 圖1 南海西北部采樣站位
 

 圖2 浮游生物泵工作原理示意圖及現(xiàn)場工作圖

 圖3 各采樣站位的微塑料豐度（a：W1，b：W2，c：W3）及平均微塑料豐度（d）

 圖4 各采樣站位不同水層中微塑料的形態(tài)、顏色及聚合物類型組成
 

 圖5 南海西北部水體中不同深度（a）、不同站位（b）及頻率分布（c）的微塑料粒徑。

 圖6 各采樣站位的微塑料NMDS分析（a）及微塑料豐度、特征與環(huán)境因子的Mantel檢驗（b）。

本研究借助浮游生物泵這一大體積原位過濾設(shè)備，首次系統(tǒng)揭示了南海西北部水柱中微塑料的垂直分布特征。結(jié)果表明，微塑料在整層水柱中均有分布，且其豐度隨深度遞減。組成以碎片和纖維為主，PP與PET為主要聚合物類型。微塑料的垂直遷移受多種海洋過程共同調(diào)控，不僅受密度與海水物化性質(zhì)影響，生物活動及海洋動力過程亦起到關(guān)鍵作用。

研究結(jié)果凸顯了浮游生物泵作為大體積原位采樣方法的核心優(yōu)勢，為南海微塑料污染評估與管控提供了重要數(shù)據(jù)。未來應(yīng)進一步開展標準化方法研究，并通過跨學(xué)科手段深化對微塑料垂直輸運機制及其生態(tài)效應(yīng)的理解。