日本东京湾四条河流中条纹藤壶(Amphibalanus amphitrite)摄取微塑料的空间变异性研究

《Regional Studies in Marine Science》:Spatial variability in microplastic ingestion by the striped barnacle Amphibalanus amphitrite in four rivers of Tokyo Bay, Japan.

【字体: 时间:2025年08月07日 来源:Regional Studies in Marine Science 2.4

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  本研究评估了东京湾四个河流系统中条纹藤壶摄入微塑料的空间异质性,发现高城市化区域微塑料浓度显著更高,证实人类活动是主要污染源,并验证了该物种作为生物监测工具的有效性。

  
爱德华多·埃斯特万·巴里恩托斯(Eduardo Estevan Barrientos)|田乃井弘(Hiraku Tanoiri)|横田雅志(Masashi Yokota)
东京海洋科学技术大学,日本东京港区神南4-5-7,邮编108-8477

引言

人类活动对水生环境的健康产生了负面影响,主要通过污染(Derraik, 2002; Eriksen et al., 2014; Gelcich et al., 2014; Roland Geyer et al., 2017; Jambeck et al., 2015)。水生生态系统的塑料污染是全球日益关注的问题,因为它对水生环境及其生物构成了严重的环境威胁(Arthur et al., 2009, Derraik, 2002, Eriksen et al., 2014, Germanov et al., 2018, GESAMP, 2019, Gregory and Andrady, 2003, Jambeck et al., 2015, Kibria, 2018)。这种污染的主要来源是陆地(Jambeck et al., 2015)。虽然海洋和海域被认为是塑料微粒(MPs)的最终归宿,但河流在传输这些污染物方面起着关键中介作用(Browne et al., 2011, Eriksen et al., 2014, Jambeck et al., 2015, Ji et al., 2021)。自20世纪50年代塑料材料进入市场以来,它在我们的日常生活中被广泛使用,已成为最重要的商品之一(Eriksen et al., 2014; R. Geyer et al., 2017; Laist, 1997)。由于需求量大,塑料产量从20世纪50年代的每年130万吨增长到了2022年的4.003亿吨(Kibria, 2018, PlasticEurope, 2023)。塑料因其独特的化学性质而成为全球水生环境中最普遍的垃圾类型。由于这些特性,塑料在自然环境中比天然材料制成的垃圾更难分解,因此对水生生物造成更大的危害。
当这些塑料垃圾被丢弃到自然环境中后,它们会逐渐被风、水流和紫外线辐射等自然因素分解成更小的颗粒(Andrady, 2011, Frias and Nash, 2019)。由此产生的一个新问题是微塑料污染,它直接威胁着水生环境及其依赖的生物,包括人类(Aguirre-Martínez et al., 2023, Garrido Gamarro et al., 2020; M. R. Gregory, 2009; Lusher, 2015; Rochman et al., 2013)。微塑料(以下简称MPs)在水生环境中普遍存在,存在于所有水域(Cole et al., 2011, Lambert and Wagner, 2018, Vivekanand et al., 2021, Wright et al., 2013)。全球范围内已有大量记录显示水生生物摄入了微塑料(Avio et al., 2015, Awuor et al., 2024, Barrientos et al., 2022, Bonello et al., 2018, Browne et al., 2008, Feng et al., 2020, Hashim et al., 2024, Joo et al., 2021, Kolandhasamy et al., 2018, Tanaka and Takada, 2016, Tanoiri et al., 2024),并且这些微塑料对这些生物产生了影响。微塑料颗粒的体积较小,使得它们容易被滤食性生物如藤壶、牡蛎和贻贝等摄取(Aguirre-Martínez et al., 2023, Germanov et al., 2018, Wright et al., 2013, Zhang et al., 2022)。此外,随着微塑料体积的减小,其生物累积潜力急剧增加,因此变得更加令人担忧(Avio et al., 2015, Bhutto et al., 2023, Joo et al., 2021, Wang et al., 2020)。
然而,关于东京湾地区河流生物摄入微塑料的研究非常有限。如前所述,河流在微塑料传输中起着关键作用,因为它们将陆地上的塑料带入海洋环境。因此,了解河流生物摄入的微塑料来源和空间分布对于理解其更广泛的生态影响至关重要。研究同一地理区域内不同河流中的生物可以提供更详细和比较性的视角,以了解局部因素如何影响特定区域内的微塑料分布和浓度。固着生物如条纹藤壶(Amphibalanus amphitrite)容易受到这种污染物的影响,因为它们固定不动且具有特定的摄食行为。因此,本研究旨在评估东京湾地区四条河流中条纹藤壶摄入的微塑料浓度、聚合物类型和颗粒形态的空间变化。通过比较城市和农村地区,我们评估了该物种作为河口微塑料污染生物监测指标的适用性。

研究地点和现场采样

研究地点和现场采样

在东京湾地区选择了四条河流进行研究(图1),考虑了这些地点的可达性和目标物种的可用性。这些河流分别是:A)塩入川(Shiori River,北纬34°59’32.71”,东经139°51’35.88”);B)岩濑川(Iwase River,北纬35°16’57.83”,东经139°51’15.91”);C)江户川(Edo River,北纬35°38’22.73”,东经139°52’39.34”;D)鹤见川(Tsurumi River,北纬35°29’49.66”,东经139°40’34.28”。塩入川(A)和岩濑川(B)位于人口较少的地区,而江户川(C)和鹤见川(D)位于人口较多的地区。

浓度

从东京湾地区的四条河流中收集了40只条纹藤壶(每条河流10只),并对其进行了分析。结果显示,40只藤壶中有39只(98%)摄入了一个或多个微塑料颗粒。从样本中回收并分析了总共289个微塑料颗粒。东京湾地区这些河流中的条纹藤壶摄入的微塑料平均浓度为每只个体7.23 ± 0.94个微塑料颗粒,或每克湿重31.04 ± 6.31个微塑料颗粒。

微塑料的变化

本研究考察了东京湾地区四条河流中收集的条纹藤壶摄入微塑料的空间分布和情况。结果显示,条纹藤壶摄入的微塑料平均浓度为每只个体7.23 ± 0.94个微塑料颗粒,或每克湿重31.04 ± 6.31个微塑料颗粒。这一浓度略高于该地区之前进行的一些藤壶微塑料研究的结果,但与某些研究结果相当(表1)。

结论

本研究旨在评估东京湾地区四条河流系统中条纹藤壶摄入微塑料浓度的空间变化。研究结果表明,人口密集和城市化程度较高的地区采集的藤壶摄入的微塑料浓度较高。这些发现表明当地人类活动与微塑料污染水平之间存在密切关系。

作者贡献声明

横田雅志(Masashi Yokota):撰写、审稿与编辑、验证、项目管理。田乃井弘(Hiraku Tanoiri):撰写、审稿与编辑、数据可视化、概念构建。爱德华多·埃斯特万·巴里恩托斯(Eduardo Estevan Barrientos):撰写初稿、方法论设计、数据整理、概念构建。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们感谢东京海洋科学技术大学,特别是种群生物学实验室的支持。本研究得到了日本国际协力机构(JICA)研究基金(CAD2024001, R6.4.1~R9.3.31)的资助。
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