基于齿式捕捞拖网的海底垃圾采集效率评估及其对丰度估算的影响

本研究针对海底拖网调查中常被忽略的渔具效率问题，首次将渔业资源评估中的“消耗实验”应用于海底垃圾采集效率的估算。通过齿式捕捞拖网在东京湾近岸区域开展多次拖网实验，结合四种模型分析网囊和缠网垃圾数据，发现传统假设100%效率会显著低估垃圾丰度（低估38.6%–79.4%），而忽略缠网垃圾更会导致高达91%的严重低估。研究强调了准确评估渔具效率及全面采集垃圾对准确评估海底垃圾污染的重要性，为海洋垃圾监测提供了方法学改进和更准确的评估框架。

　　

海洋塑料污染已成为全球性环境问题，大量塑料垃圾从河流和海岸进入海洋并最终沉降到海底，对渔业、旅游业和海洋生物多样性造成严重威胁。准确评估海底垃圾的分布和丰度是制定有效治理策略的基础。目前，海底垃圾调查主要采用两种方法：遥控潜水器(ROV)和底拖网采样。其中，底拖网采样因成本较低、操作简便而被广泛应用，尤其是在“渔捞垃圾”实践中，渔民在常规捕捞作业中间歇性收集垃圾，为长期监测提供了经济有效的方式。

然而，在底拖网调查中，以往研究通常隐含地假设渔具效率为100%，即认为拖网扫过的区域内所有垃圾都被成功采集。这一假设忽略了实际作业中垃圾可能从网侧逃逸、从网孔漏出或未被有效捕获的情况，从而导致对海底垃圾真实数量的低估。另一方面，常规“渔捞垃圾”操作和以往研究通常只收集网囊中的垃圾，但还有大量垃圾会缠在网衣、齿杠、框架等结构上。这些缠网垃圾虽然采集起来更费劲，但也是海底垃圾的重要组成部分，忽略它们可能会导致对垃圾丰度的严重低估。尽管缠网垃圾的影响显而易见，但以往很少对其定量评估，也缺乏其对丰度估算影响的系统研究。

为了解决这些问题，研究人员在东京湾北岸船桥市近海区域开展了一系列消耗实验，使用齿式捕捞拖网进行多次拖网作业，通过采集网囊样本和缠网样本，结合四种模型（Leslie-Davis模型、DeLury模型、正态斑块模型和负二项斑块模型）来估算渔具效率，并评估缠网垃圾对总采集量的贡献及其对丰度估算的影响。

研究主要依托齿式捕捞拖网在预设的东西两条路线进行多次拖网实验，记录每次拖网的GPS轨迹以计算扫海面积和重叠区域，对采集的垃圾按主要类别和聚合物类型进行分类、计数、称重和红外光谱鉴定，并利用开发的数值方法计算每次拖网的扫海面积和重叠情况，最后应用四种模型拟合捕获数据，通过交叉验证比较模型性能，并估算渔具效率和垃圾丰度。

研究结果显示，塑料是海底垃圾的主要成分，在网囊样本中占比61.8%，在缠网样本中占比95.0%，在合并样本中占比90.0%。聚乙烯(PE)是主要的聚合物类型，占50.5%。垃圾尺寸分析表明，网囊中垃圾的最大费雷特直径平均为153毫米，且分布符合对数正态分布，其峰值出现在70–80毫米范围，与网具网目尺寸(71毫米)一致，反映了网囊的尺寸选择性。

模型拟合和交叉验证表明，正态斑块模型最适合用于推断，其估计的网囊垃圾采集效率为34.8%，相应海底垃圾丰度为4000件/平方公里。与传统假设100%效率的方法相比，这表明确实存在低估，低估程度在38.6%到79.4%之间。当包括所有垃圾样本（即网囊和缠网垃圾）时，估计的渔具效率为18.7%，相应的海底垃圾丰度为45,200件/平方公里。这表明，排除缠网垃圾（主要是塑料袋和片状碎片）会导致丰度低估高达91%。

研究的讨论部分强调，这是首次将消耗实验应用于海底垃圾调查，为估算渔具效率提供了方法论框架。渔具效率的估计值（网囊部分34.8%，整体18.7%）与文献中贝类（如扇贝）的估计效率范围(0.030–0.580)部分重叠，但由于垃圾没有逃避行为，其效率更多地受网具选择性、垃圾尺寸和形状以及缠绕机制的影响。研究还指出，不同网具类型（如桁拖网、底拖网）和底质条件可能会影响渔具效率，因此未来的研究应评估不同网具和环境背景下的效率。

最终，研究得出结论，在底拖网调查中，考虑渔具效率并纳入所有渔具采集的垃圾对于准确评估海底垃圾污染至关重要。忽略渔具效率会导致对垃圾丰度的严重低估，而排除缠网垃圾则会进一步加剧这种低估。本研究建立的工作流程为未来优化海底垃圾监测方法和提高丰度估算准确性提供了重要基础。论文发表在《Marine Pollution Bulletin》，为海洋垃圾研究提供了新的视角和方法学贡献。