一种针对海鸟、海洋哺乳动物和海龟因摄入大型塑料而导致的死亡风险的定量风险评估框架

《Proceedings of the National Academy of Sciences》：A quantitative risk assessment framework for mortality due to macroplastic ingestion in seabirds, marine mammals, and sea turtles

塑料摄入致死风险量化及模型构建

　　塑料污染已成为全球海洋生态系统面临的一个严峻问题，影响着大量生物种类。据现有研究显示，近1300种海洋生物都曾记录到塑料摄入的情况，其中包括所有海鸟家族、海洋哺乳动物家族以及海龟种类。这种现象不仅限于单个物种，而是广泛存在于各种海洋生物中。然而，尽管塑料摄入已被广泛记录，关于其导致死亡的具体风险量化研究仍相对不足。本研究通过分析超过10,000例动物尸检数据，试图填补这一知识空白，从而为未来风险评估和管理提供科学依据。

### 塑料摄入与死亡率的关联

研究发现，不同种类的海洋生物对塑料摄入的反应存在显著差异。例如，6到405件摄入的大型塑料（即每厘米体长的体积在0.044到39.89立方厘米之间）可能导致90%的死亡率。这种死亡率与摄入塑料的类型及生物种类密切相关。在海鸟中，橡胶类塑料显示出最高的风险，而海洋哺乳动物则对软塑料和渔具碎片更为敏感。对于海龟来说，硬质和软质塑料均可能带来高风险，其中硬质塑料对幼年海龟的影响更为显著。

这一发现表明，不同类型的塑料对各类海洋生物的影响机制存在差异。例如，海鸟由于其进食习惯，可能更容易摄入硬质塑料，而海洋哺乳动物，特别是那些以商业捕捞物种为食的种类，更容易接触到渔具碎片。此外，海龟的死亡率似乎与其年龄阶段密切相关，幼年个体由于其更广泛的食性以及较小的肠道直径，更容易因摄入塑料而死亡。因此，针对不同年龄阶段和物种的塑料摄入风险进行区分，对于制定有效的保护措施至关重要。

### 数据收集与分析方法

为了建立这些风险评估模型，研究者从科学文献和海滩搁浅网络数据库中收集了大量尸检数据。这些数据涵盖了10,412只个体，包括57种来源的53篇科学论文、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的搁浅网络数据库、佛罗里达州野生动物研究机构的海牛死亡数据库以及两项新的数据集。通过对这些数据进行系统性分析，研究者发现，不同塑料类型在不同生物种类中的摄入频率存在显著差异。例如，海龟摄入塑料的频率和数量均高于海鸟和海洋哺乳动物。

研究还采用了一种改进的Weibull加速失效时间模型（Weibull AFT模型）来评估塑料摄入与死亡概率之间的关系。该模型特别适用于那些因摄入塑料而导致急性死亡的情况，如肠道堵塞、穿孔或扭转。模型的优势在于其能够处理右删失数据，即那些未因塑料摄入而死亡的个体，这些数据在统计学上仍然具有重要价值，因为它们可以帮助更准确地估计死亡阈值。

### 结果与讨论

在所有研究的生物种类中，海龟的死亡率最高，达到了4.4%。这可能与它们在海洋中的活动范围、食性以及摄入塑料的频率有关。相比之下，海鸟的死亡率较低，约为1.6%，而海洋哺乳动物的死亡率最低，仅为0.7%。这些差异可能与不同物种的生理结构、行为特征以及所处的生态环境密切相关。

研究还发现，塑料摄入量与死亡概率之间的关系在不同物种中存在显著差异。例如，海鸟需要摄入23件塑料或0.098立方厘米/厘米体长的塑料量才可能导致90%的死亡率，而海龟则需要摄入405件塑料或5.52立方厘米/厘米的塑料体积才能达到同样的死亡率。这表明，尽管海龟摄入的塑料数量更多，但由于塑料体积较小，其死亡风险与海鸟相比并不一定更高。此外，幼年海龟的死亡阈值更低，这可能与其较小的肠道空间以及对塑料的敏感性有关。

在塑料类型方面，研究发现，橡胶类塑料对海鸟的死亡率影响最大，而软质塑料和渔具碎片则对海洋哺乳动物具有更高的风险。对于海龟而言，硬质和软质塑料都可能带来较高的死亡率，但具体影响因个体年龄而异。这些结果与现有的研究一致，同时也揭示了一些新的趋势，例如橡胶类塑料在海鸟中的高风险性可能与其弹性有关，这种特性使得它们更容易在肠道中造成堵塞。

### 模型的局限性与未来方向

尽管本研究提供了有价值的量化数据，但其方法也存在一定的局限性。首先，模型基于尸检数据，而这些数据通常来源于搁浅或捕获的个体，因此可能无法全面反映自然环境中所有个体的真实情况。其次，塑料摄入与死亡之间的关系可能受到多种因素的影响，包括塑料的大小、形状以及生物的个体差异。此外，许多研究仅记录了塑料摄入的频率，而未详细描述个体摄入的具体情况，这使得模型的准确性受到影响。

为了提高模型的精度和适用性，未来的研究应考虑更多变量，如物种的家族、年龄阶段以及具体的摄入行为。同时，标准化的数据收集和报告方法对于构建更可靠的模型至关重要。例如，研究应明确记录塑料摄入的具体情况，包括塑料的类型、数量以及体积，并且应避免对小尺寸塑料的低估，因为这些塑料可能在总摄入量中起到重要作用。此外，研究还应关注塑料摄入对生态系统整体的影响，而不仅仅是单个物种的死亡率。

### 对政策与管理的启示

本研究的结果对于制定塑料污染减少政策具有重要意义。首先，它有助于识别哪些塑料类型对特定生物种类构成最大威胁，从而指导政策制定者采取针对性的措施。例如，如果橡胶类塑料对海鸟具有较高风险，那么可以考虑实施针对气球释放的禁令。其次，这些数据可以用于评估不同区域的塑料污染状况，并为制定环境阈值提供科学依据。环境阈值可以帮助政策制定者设定减少塑料污染的具体目标，例如通过限制某些塑料制品的使用或加强废弃物管理。

此外，研究还强调了塑料污染对海洋生态系统整体的影响。除了直接的摄入风险，塑料污染还可能通过其他途径影响生物健康，例如食物稀释、营养不良或慢性毒性效应。因此，未来的风险评估框架应更加全面，涵盖塑料污染的各种潜在影响。同时，研究还指出，塑料污染的其他物理效应，如缠绕，也可能对某些物种构成更大的威胁。例如，海龟和海洋哺乳动物可能更容易因渔具缠绕而死亡，这需要在未来的政策中加以考虑。

### 总结

总的来说，本研究为理解塑料污染对海洋生物的威胁提供了重要的数据支持。通过量化不同种类塑料摄入与死亡率之间的关系，研究为制定有效的风险评估和管理框架提供了科学依据。然而，要全面评估塑料污染的影响，还需要更多的研究和数据支持。未来的工作应关注如何提高数据的准确性和全面性，以及如何将这些数据应用于更广泛的环境保护政策中。只有通过持续的研究和国际合作，才能有效减少塑料污染对海洋生态系统的威胁，并保护濒危物种的生存。