推进实时海岸数据监测：利用Sentinel-3 OLCI、IRS Oceansat-3和人工神经网络对孟加拉湾北部的生物光学特性（叶绿素-a和总悬浮固体）进行分析

《Marine Pollution Bulletin》：Advancing real-time coastal data monitoring: Bio-optical property analysis (chlorophyll-a and TSM) in the Northern Bay of Bengal using Sentinel-3 OLCI, IRS Oceansat-3, and artificial neural networks

本研究评估了印度古吉拉特邦海岸13个采样点8种藤壶的微塑料污染水平，分析水体、沉积物及藤壶体内的微塑料特征。发现污染程度与人类活动显著相关，最高出现在旅游和工业密集的Shivrajpur，ATR-FTIR检测到以聚乙烯和聚丙烯为主的7种聚合物，纤维占比最高且多呈蓝色或黑色。全球元分析显示藤壶作为生物指示剂的可靠性，证实其能反映区域微塑料污染梯度。

　　

马希玛·多希（Mahima Doshi）| 克鲁帕尔·帕特尔（Krupal Patel）| 杰格内什库马尔·特里维迪（Jigneshkumar Trivedi）

印度古吉拉特邦帕坦市赫姆昌德拉查里亚北古吉拉特大学（Hemchandracharya North Gujarat University）生命科学系，动物分类与生态实验室，邮编384265

摘要

微塑料（MPs）是持久性的海洋污染物，会在水生生物体内积累并对生态系统造成危害。本研究调查了藤壶物种作为印度古吉拉特邦沿海地区微塑料污染生物指示物的适用性。从古吉拉特邦的13个不同采样点收集了8种藤壶的样本以及沉积物和水样。从藤壶、水中和沉积物中分别提取出484,491个和725个微塑料颗粒，其中Shivrajpur地区的微塑料含量最高。Chthamalus barnesi中的微塑料污染最为严重，而Megabalanus tintinnabulum中的污染程度最低。不同采样点和藤壶物种之间的微塑料含量存在显著差异。主要发现的微塑料纤维呈蓝色，大小在1–2毫米之间。ATR-FTIR分析鉴定出7种聚合物，主要是聚丙烯和聚乙烯。全球范围内的元分析共纳入了2013年至2024年间发表的80篇关于附着生物中微塑料污染的论文。在不同附着生物中，海绵Crella affinis的污染程度最高，双壳类动物Mytilus galloprovincialis的污染程度最低。微塑料纤维是最主要的形态，大小在0.5–1毫米之间，颜色包括蓝色、红色和黑色，其中聚乙烯（PE）是最常见的聚合物。藤壶、水和沉积物中的微塑料含量受到各采样点人类活动的影响。因此，藤壶可以作为印度古吉拉特邦沿海地区微塑料污染的优秀生物指示物。

引言

微塑料（MPs）是存在于海洋环境中的水生污染物，最早于1972年被发现（Carpenter和Smith，1972年）。根据来源不同，微塑料大致可分为初级微塑料和次级微塑料：初级微塑料是人为制造的，用于工业、化妆品等领域（Wu等人，2023年）；次级微塑料则是由于紫外线辐射、光降解和氧化作用导致的大块塑料分解形成的（Thompson，2004年）。

微塑料主要来源于陆地（Jambeck，2015年）。它们通过河流和溪流进入河口，最终进入海洋的远洋区域（Lebreton等人，2017年）。由于在海洋生态系统中无处不在且体积较小，微塑料存在于从浮游动物到鲸鱼的各种海洋生物体内（Cole等人，2013年；Caron等人，2018年；Qu等人，2018年；Mohsen等人，2019年；Xu等人，2020年；Iannilli等人，2020年；Franceschini等人，2021年；Prusty等人，2023年；James，2023年；Rabari等人，2023a；Joshi等人，2024年；Rabari等人，2024年）。当生物摄入微塑料后，可能会对其造成伤害，如细胞损伤、生长受阻、氧化应激、假性饱腹感和窒息（Wright和Kelly，2017年；Rasta等人，2025年）。

由于滤食性生物会摄入大量水，因此它们比非滤食性生物更容易积累微塑料（Sfriso等人，2020年）。像藤壶这样的固着生物在其栖息地中活动较少，对环境变化特别敏感（Evan Ward和Shumway，2004年；Oehlmann等人，2009年）。藤壶是固着滤食性生物，能够从周围水中吸收微塑料，因此适合作为微塑料污染的生物指示物。全球已鉴定出超过1400种藤壶，其中144种分布于印度，古吉拉特邦有11种（Chan和Prabowe，2009年；Trivedi等人，2021a；Trivedi等人，2021b）。藤壶是初级消费者，当被海星和带鱼等生物捕食时，会将摄入的微塑料传递给更高营养级的生物（Savoca等人，2021年）。

全球范围内，多种藤壶物种都受到了微塑料污染（Xu等人，2020年；Zhang等人，2022年），而针对印度藤壶的微塑料污染研究仅有一项（Kaviarasan等人，2022年）。在古吉拉特邦，已有研究关注鱼类（Prusty等人，2023年）、螃蟹（Rabari等人，2023a；Zala等人，2024年）、虾（Rabari等人，2024年）、珊瑚虫（Joshi等人，2025年）、牡蛎（Joshi等人，2024年）和沉积物（Rabari等人，2022年；Rabari等人，2023b）中的微塑料污染。

本研究旨在评估印度古吉拉特邦不同沿海地区藤壶物种中的微塑料污染程度及其变化情况，旨在获取多种藤壶物种和采样地点的微塑料污染基线数据，以反映人类活动的压力梯度。除了分析藤壶组织中的微塑料外，研究还评估了周围沉积物和海水中的微塑料浓度，以了解潜在的环境关联。为了拓展研究的生态学和生物指示意义，还对附着生物中的微塑料污染进行了全球元分析。实地调查和元分析共同验证了两个核心假设：（1）藤壶中的微塑料特征和含量与其物种及所处环境（沉积物和海水）有关；（2）不同物种和地区的微塑料污染模式支持藤壶作为沿海微塑料污染可靠指示物的潜力。

研究区域

本研究于2023年3月至2024年8月在印度古吉拉特邦沿海地区进行。共选取了13个采样点，根据人类活动压力将其分为三类：高压力区域（>50名游客/天；Shivrajpur、Diu、Okha、Kamboi、Daman）、中等压力区域（30–50名游客/天；Veraval、Zanzmer、Jakhau、Sutrapada、Vanakbara）和低压力区域（<30名游客/天；Unchakotda、Gopnath、Kuchhadi）（Gül和Griffen，2018年）（图1）。高压力和中等压力区域通常是旅游、朝圣、渔业或工业中心。

微塑料浓度

从8种藤壶中共回收了484个微塑料颗粒。在所研究的物种中，C. barnesi中的微塑料含量最高，M. tintinnabulum中的含量最低（图4A）。不同物种间的微塑料平均含量存在显著差异（H（χ2）= 35.2，p < 0.01，df = 7）。从采样点来看，Shivrajpur采集的藤壶中的微塑料含量最高，Kuchhadi采集的藤壶中的含量最低（图4B）。藤壶组织中的微塑料平均含量也有所不同。

微塑料浓度

藤壶是固着滤食性生物，通过触须过滤捕获颗粒，这使得它们容易摄入微塑料（Raufanda等人，2024年；Savoca等人，2024年）。本研究结合了古吉拉特邦海岸线的实地数据与全球元分析结果，综合了全球附着生物中的微塑料污染情况。大多数研究集中在双壳类动物上，因为它们具有固着性、滤食行为和广泛的地理分布，是公认的生物指示物（Bessa等人，2018年）。

结论

本研究显示，古吉拉特邦沿海地区的藤壶组织、邻近沉积物和水中存在明显的微塑料污染，这些组成部分之间的强相关性表明微塑料在生态系统中的持续传输和积累。主要发现的微塑料纤维呈蓝色和黑色，聚合物包括聚乙烯和聚丙烯，这反映了渔业、旅游业和沿海活动的持续影响；空间上的差异则凸显了局部因素的作用。

作者贡献声明

马希玛·多希（Mahima Doshi）：负责撰写初稿、软件开发、方法设计、实验设计、数据分析及数据整理。克鲁帕尔·帕特尔（Krupal Patel）：负责审稿与编辑、撰写初稿、验证结果、方法设计、实验设计及数据分析。杰格内什库马尔·特里维迪（Jigneshkumar Trivedi）：负责审稿与编辑、结果验证、项目监督、项目管理及概念框架构建。

资金支持

本研究未获得任何公共机构、商业机构或非营利组织的资助。

利益冲突声明

作者声明本研究在没有任何可能构成利益冲突的商业或财务关系的情况下完成。

致谢

作者感谢赫姆昌德拉查里亚北古吉拉特大学生命科学系提供的技术支持。MD感谢印度古吉拉特邦政府提供的博士研究奖学金（项目编号2022014029）。