一种评估西班牙西地中海沿岸海洋栖息地中微塑料分布的新方法

《Science of The Total Environment》：Novel methodology approach for assessing microplastic distribution in marine habitats along the Spanish Western Mediterranean coast

本研究针对西班牙西北地中海沿岸，开发了基于四分位数分析的新方法，整合海面与沉积物微塑料（MPs）及纤维污染数据，评估其时空分布特征。结果表明纤维在沉积物中积累呈西北高、东南低梯度，海面MPs浓度普遍高于沉积物，Cabrera保护区为MPs热点，Balearic Islands海面纤维污染显著。该方法为多栖息地协同评估MPs污染提供了标准化工具，支持精准海洋管理策略制定。

　　### 中文解读：评估地中海西部海岸人工颗粒的时空分布及其对生态系统的影响

#### 引言：微塑料污染对海洋生态系统的威胁

微塑料（MPs）已成为全球海洋生态系统中最具威胁性的污染源之一。在过去的十年中，估计超过80%的海洋垃圾为塑料，而地中海沿岸的浮游塑料垃圾数量已超过3700吨（Tsiaras et al., 2021）。这些微塑料不仅对海洋生物造成影响，还可能通过食物链对整个生态系统产生深远的生态影响。例如，微塑料已被证实会对海洋生物造成营养不良和炎症等影响（Peng et al., 2020），并可能影响海洋食物网的结构（Batel et al., 2016）。微塑料的广泛分布，从南极和北极的海冰到亚马逊流域和沙漠环境，凸显了其对全球环境的深远影响（Obbard et al., 2014; Jones-Williams et al., 2025; dos Santos Silva et al., 2024; Li et al., 2025）。然而，尽管研究已取得进展，仍缺乏一种整合的方法来全面评估微塑料对不同生态系统的污染程度和影响。因此，本研究旨在开发一种创新的方法，以评估地中海西部海岸的微塑料污染情况，并通过四分位数分析（Quartile Analysis）来揭示不同区域的污染特征和时间变化。

#### 研究区域与方法：采样策略与数据分析框架

本研究覆盖了西班牙地中海西部海岸的约2500公里海岸线，这一区域拥有超过1200万人口，并且是多个大型城市（如巴塞罗那、瓦伦西亚、马拉加和阿尔梅里亚）以及重要河流（如埃布罗河、朱卡河和塞古拉河）的所在地。此外，该区域还包括多个海洋保护区（MPAs），如卡贝拉海洋-陆地国家公园、地中海鲸类迁徙走廊和哥伦布雷特岛海洋保护区。研究区域受到两种主要洋流的影响：北方洋流从大陆坡向南流动，以及大西洋喷流（Atlantic Jet），它在西南部盆地形成，将大西洋水与地中海水体混合，并向东流动（Millot, 1999）。这些洋流的混合特性影响了微塑料的分布模式。

为了评估人工颗粒（APs）的时空分布，研究团队在2017年至2024年间进行了13次科学调查，收集了海面和沉积物样本。这些调查由西班牙海洋研究所（IEO, CSIC）执行，并结合了不同项目和监测计划。采样站点被划分为四个不同的空间单元，即局部、区域、大区（macro-areas）和宏观区域（macro-areas）。在沉积物采样中，总共收集了136个样本，分布在74个地点，涉及14个区域。而在海面采样中，共收集了889个样本，分布在263个地点，涉及21个区域。采样方法根据不同的调查类型而有所不同，包括使用半刚性船只和海洋研究船进行采样，同时采用核心采样器（cores）和抓取器（grab samplers）来获取沉积物样本。海面采样则使用不同规格的Manta网，通过水动力过滤和视觉分类，以获取微塑料和纤维的种类和数量。

为了确保采样数据的准确性和可比性，研究团队采取了一系列质量控制（QA/QC）措施。这些措施包括在采样后立即转移样本至玻璃瓶中，避免空气污染；在小型船只上安全存储样本，直到实验室分析；在研究船上直接进行分析，并遵循严格的污染预防程序。此外，为了验证微塑料的识别准确性，研究团队使用了衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）技术，对10%的样本进行了聚合物成分分析。

在数据分析方面，研究团队首先对微塑料和纤维进行了标准化处理。对于沉积物样本，将微塑料和纤维的数量除以每千克干燥样品的重量，以得到标准化的污染指数。而对于海面样本，将微塑料和纤维的数量除以每次采样所覆盖的面积（平方米），以计算其在单位面积内的分布情况。这些标准化后的数据被用于四分位数分析（Quartile Analysis），以评估不同区域的污染程度和时间变化。通过这种方式，研究团队能够对不同空间尺度（如局部、区域和宏观区域）的污染情况进行比较，并评估其在不同生态系统中的影响。

此外，研究团队还使用了多元统计方法（如PERMANOVA）和主成分分析（PCA）来分析微塑料和纤维的时空分布模式。通过这些方法，他们能够识别出污染的热点区域，并评估不同区域之间的污染差异。同时，研究团队还进行了敏感性分析，以评估采样努力对四分位数分布的影响，确保结果的可靠性和代表性。

#### 研究结果：微塑料和纤维的时空分布特征

研究结果显示，微塑料和纤维在不同空间尺度上的分布存在显著差异。在沉积物中，纤维是最常见的形态，其平均浓度为0.11±0.11件/千克干重（D.W.），而微塑料的平均浓度为0.04±0.12件/千克干重。值得注意的是，某些区域（如卡贝拉海洋-陆地国家公园）显示出较高的微塑料浓度，而其他区域（如马拉加）则表现出较低的浓度。这表明，微塑料的分布并非均匀，而是受到多种因素的影响，包括采样点的地理位置、洋流活动以及人类活动的强度。

在海面样本中，微塑料的平均浓度为0.21±0.05件/平方米，而纤维的平均浓度为0.05±0.004件/平方米。这表明，尽管纤维在沉积物中更为常见，但在海面中，微塑料的浓度更高。此外，研究团队还发现，某些区域（如哥伦布雷特岛海洋保护区）在海面中表现出较高的微塑料浓度，而其他区域（如梅诺卡海峡）则表现出较低的浓度。这表明，微塑料的分布不仅受到自然因素的影响，还可能与人类活动密切相关。

通过四分位数分析，研究团队将微塑料和纤维的分布划分为四个等级（Q1-Q4），以评估不同区域的污染程度。结果显示，西班牙地中海西部海岸的污染程度呈现出从南向西北逐渐增加的趋势，而沉积物中的污染则相对较低。此外，研究团队还发现，某些区域（如卡贝拉海洋-陆地国家公园）的污染程度显著高于其他区域，这可能与其独特的地理位置和生态特征有关。

#### 讨论：微塑料污染的生态影响与研究意义

研究结果表明，微塑料污染在不同生态系统的分布存在显著差异，且其影响可能远超单一的污染源。微塑料和纤维在不同空间尺度上的分布模式揭示了海洋污染的复杂性，也突显了需要采用整合性方法来评估其对生态系统的综合影响的重要性。例如，虽然微塑料在海面中较为常见，但在沉积物中，纤维的浓度更高。这种差异可能与微塑料和纤维的物理特性有关，如纤维的比表面积较大，更容易沉降，而微塑料的浮力较强，更易在海面滞留。

此外，研究团队还发现，微塑料和纤维的时空分布模式在不同区域之间存在显著差异。某些区域（如埃布罗河三角洲）表现出较高的污染稳定性，而其他区域（如巴塞罗那和马拉加）则显示出较高的时间波动性。这表明，微塑料和纤维的分布不仅受到空间因素的影响，还可能受到时间变化和洋流活动的调节。

研究团队进一步探讨了微塑料污染对海洋生态系统的潜在影响。他们指出，微塑料和纤维的分布可能会影响生物群落的组成和功能，例如通过生物膜的形成（Plastisphere）改变其物理和化学特性，从而影响其在海洋中的行为。此外，微塑料可能作为污染物的载体，通过海洋生物的摄食行为，将有毒物质传递至食物链的更高层次，从而对整个生态系统造成间接影响。

研究还强调了当前微塑料研究的局限性。尽管已有大量关于微塑料分布的研究，但大多数研究仍局限于单一的海洋生态系统，缺乏对不同生态系统的整合分析。因此，本研究提出的四分位数分析方法为评估不同生态系统的污染程度提供了一种新的视角，有助于更全面地理解微塑料污染的动态过程，并为制定有效的污染控制策略提供科学依据。

#### 结论：创新方法对海洋污染评估的意义

本研究开发了一种创新的方法，通过四分位数分析来评估微塑料污染的时空分布。该方法不仅能够处理不同空间尺度的数据，还能够考虑采样努力和污染动态的变化。研究结果表明，微塑料污染在西班牙地中海西部海岸呈现出明显的区域差异，其中纤维污染在沉积物中更为显著，而微塑料污染则主要集中在海面。此外，某些区域（如卡贝拉海洋-陆地国家公园）表现出较高的污染浓度，而其他区域（如加泰罗尼亚和瓦伦西亚）则显示出较低的污染水平。

研究团队指出，虽然当前的研究已经取得了一定进展，但仍然存在一些局限性。例如，采样努力不足可能导致数据的代表性降低，而某些区域的采样覆盖范围有限，可能影响对污染模式的全面理解。此外，聚合物成分的分析仍不充分，限制了对微塑料污染机制的深入研究。因此，未来的研究应进一步扩大采样范围，增加对不同空间尺度的覆盖，并加强对聚合物成分的分析，以更好地理解微塑料污染的生态影响。

本研究提出的四分位数分析方法为评估海洋污染提供了一种实用的工具，有助于制定更有效的污染控制策略。通过整合不同生态系统的数据，该方法能够更全面地反映微塑料污染的动态特征，并为海洋生态系统的管理提供科学支持。因此，该方法在未来的海洋污染研究和管理中具有重要的应用价值。