《Marine Pollution Bulletin》：Efficacy of removing marine debris and the effects of sustained exposure on a
Zostera marina meadow
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本研究针对海洋垃圾堆积导致海草床退化这一严峻环境问题，开展了为期四年的原位实验。研究人员通过持续清除海洋垃圾，显著促进了大叶藻（Zostera marina）草甸的覆盖度和面积的恢复；同时证实渔网等大型垃圾的长期覆盖会直接导致大叶藻植株密度下降。该研究为海草生态系统的修复与管理提供了关键实证依据，凸显了海洋垃圾清除作为有效恢复策略的重要意义。
在广阔的海洋生态系统中，海草床扮演着至关重要的角色。它们不仅是众多海洋生物的栖息地和育幼场，更是重要的蓝色碳汇，贡献了约10%的海洋有机碳埋藏量。然而，全球约19%的海草草甸自1880年以来面积持续减少，除了水质恶化和沿海开发，海洋垃圾的堆积正成为一个日益严峻却研究不足的威胁。特别是大型海洋垃圾（尺寸 > 25毫米）对海草床的长期生态影响，人们知之甚少。这些由人类活动产生并最终进入海洋的持久性固体废弃物，尤其是废弃、丢失或以其他方式丢弃的渔具（ALDFG），在海岸带生态系统中广泛分布。海草冠层因其能减缓水流、促进颗粒物沉降的特性，反而成为了海洋垃圾的“陷阱”，特别是在草甸边缘的沙地区域。这种堆积被认为会通过物理覆盖（遮蔽光线、阻碍水流）和化学释放等途径，对海草生存构成威胁，但缺乏长期、系统的实地研究证据。为了填补这一关键空白，一项发表在《Marine Pollution Bulletin》上的研究，由Alifro Maldini、Makoto Kabeyama、Gregory N. Nishihara等研究者主导，在日本长崎县有川湾（Arikawa Bay）对大叶藻（Zostera marina）草甸进行了一项独特的长期原位实验，旨在评估清除海洋垃圾的潜力以及垃圾长期存在对海草生长的影响。
为了回答海洋垃圾如何影响海草生态系统这一核心问题，研究人员主要运用了几项关键技术方法。研究设计了两个独立的野外实验：实验一采用“干预前后控制-影响”（BACI）设计，在横浦（Yokoura） Cove一片3100平方米的大叶藻床进行，通过设置10条永久样线，分阶段（2021年5月至2023年3月为干预前阶段，清除所有垃圾；2023年4月至2024年11月为干预后阶段，仅在B区持续清除）每月进行皮肤潜水清除大型海洋垃圾，并利用水下相机和照片样方（50 cm × 50 cm）按月监测大叶藻的覆盖度（Coverage）和分布面积（Area），并计算归一化差异指数（NDI）来评估相对变化。实验二则在Tsunahama站点进行，通过在不同永久样方（20 cm × 20 cm）上放置黑色聚乙烯渔网（25毫米网目）模拟垃圾覆盖，设置了0天（对照）、67天、124天、189天和252天共五个暴露时长处理，定期计数大叶藻的植株密度（Shoot Density），以评估长期覆盖的影响。数据分析方面，研究采用了贝叶斯广义线性模型（GLM）和贝叶斯广义加性模型（GAM）等统计方法，并利用交叉验证进行模型比较，确保了结果的可靠性。水温数据则通过布设的溶解氧记录仪持续监测。
3.1. 横浦湾收集的海洋垃圾组成和数量
在整个研究期间，共收集到海洋垃圾总质量为426公斤。垃圾收集量在研究初期（干预前阶段）最高，随后逐年下降，表明持续的清除活动减少了垃圾的积累。垃圾按材料类型分类，渔网（Net）占比最高（65%），其次是玻璃（13.3%）、塑料（9.4%）、金属（6.3%）、橡胶（3.5%）和布料（2.5%）。按材料来源，塑料基材料（渔网和塑料）占主导地位（74.4%）。值得注意的是，95.5%的海洋垃圾是从海草床边缘的沙地斑块中清除的，这支持了海草床水动力过滤系统的假说，即海草冠层减缓水流，促使大型垃圾在草甸外围沉降。
3.2. 清除海洋垃圾对大叶藻覆盖度和面积的影响
结果显示，持续清除海洋垃圾对大叶藻草甸的恢复有显著积极影响。从2021年到2024年，大叶藻的覆盖度和面积总体呈现增长趋势。通过归一化差异指数（NDI）分析发现，在干预后阶段，持续清除垃圾的B区，其覆盖度NDI（0.230 ± 0.033）和面积NDI（0.287 ± 0.037）均高于停止清除的A区（覆盖度NDI: 0.189 ± 0.029；面积NDI: 0.263 ± 0.034）。贝叶斯GLM模型分析进一步证实，在干预后阶段，B区的NDI显著高于A区。这表明，持续清除垃圾有助于维持海草草甸更高的恢复势头。尽管研究期间水温有轻微上升趋势（0.26 °C 年-1），但模型比较表明水温并非影响覆盖度和面积变化的主要因素，突出了海洋垃圾清除的关键作用。
3.3. 长期暴露于海洋垃圾对大叶藻植株密度的影响
实验二的结果清晰地展示了海洋垃圾长期覆盖的负面影响。与对照（0天）植株密度随自然物候波动不同，随着渔网覆盖时间的延长（67天至252天），大叶藻的植株密度呈现加速下降的趋势。通过贝叶斯GAM模型拟合曲线计算的平均下降速率显示，对照组的下降速率微乎其微（-0.004 ± 0.005 株 米-2天-1），而252天暴露处理的下降速率高达-0.108 ± 0.003 株 米-2天-1。即使在所有渔网移除两个月后（305天），受过长期覆盖的样方植株密度仍远低于对照。这表明渔网的物理覆盖（可能通过遮蔽光线、阻碍水体交换导致局部缺氧）对大叶藻造成了直接的、严重的胁迫，导致植株死亡。
本研究通过严谨的长期原位实验，首次提供了海洋垃圾堆积对大叶藻草甸产生负面生态影响以及清除垃圾可促进其恢复的关键实证。研究发现，海洋垃圾（主要是塑料基的渔网）主要堆积在海草床边缘的沙地区域。持续清除这些垃圾能有效促进大叶藻覆盖度和面积的显著增加，而停止清除则会使恢复势头减弱。更重要的是，研究证实即使是几个月（如67天）的渔网覆盖也会导致大叶藻植株密度下降，且覆盖时间越长，下降速率越快。这些发现强调了海洋垃圾作为一种重要的环境压力源，能够引发海草生态系统的状态转变。从应用角度看，该研究有力地支持了将海洋垃圾清除作为海草床生态修复和适应性管理的关键策略。清除历史遗留的垃圾负载，即使后续清除中断，其积极效应仍能持续一段时间，但持续的清除管理对于维持和加速恢复进程至关重要。这项工作将海洋垃圾纳入影响海草生态系统健康的关键参数，为基于实证的海草保护、蓝色碳汇巩固和海岸带生态系统管理提供了重要的科学依据。未来研究可进一步探讨海洋垃圾对海草相关微生物群落的影响，以及其与其他环境胁迫因子（如升温）的交互作用。
