星斑圆魟（Urotrygon asterias）人为颗粒摄入的高发性：独立于生物学与空间预测因子

《Scientifica》：Anthropogenic Particle Ingestion in the Starry Round Ray Urotrygon asterias: High Occurrence Independent of Biological and Spatial Predictors

　　

海洋生物摄入人为颗粒的现象已被广泛报道，然而魟类与鳐类的研究仍十分匮乏，尤其是在热带地区。本研究以加利福尼亚湾虾拖网渔业中常见的兼捕物种——星斑圆魟（Urotrygon asterias）为对象，考察了其颗粒摄入情况。研究人员分析了2019年7月至8月采集的114尾个体的消化道，利用μFTIR–ATR光谱法（显微傅里叶变换红外–衰减全反射光谱法）测定了颗粒的出现频率、摄入数量及其材质组成，并检验了性别、体型、食性及捕捞区域是否影响摄入模式。结果显示，82%的魟鱼体内检出人为颗粒，每尾个体平均含2.35±2.21个颗粒（n=114）。几乎所有颗粒均为纤维（98.9%），其中天然纤维占主导，纤维素与棉合计占全部颗粒的84%，其次为合成聚合物（13.4%，主要为聚酯纤维）及半合成人造丝（2.2%）。颗粒丰度与组成在雌雄之间、不同体长级别之间以及不同捕捞区域之间均无显著差异，且与食性组成无明显关联。尽管不同区域间食性存在差异，但颗粒摄入模式在区域间并无显著不同。上述结果表明，该物种的颗粒摄入在所评估的生物学与空间分组中可能保持一致，尽管样本量不均衡或未测定的环境因素可能限制了检测真实差异的能力。纺织相关纤维的主导地位提示，日常人类活动可能是该沿海系统暴露的可能来源，但其具体来源仍需通过直接溯源分析加以确认。本研究首次记录了Urotrygon属内物种的人为颗粒摄入情况，并为加利福尼亚湾提供了基线信息。

论文解读文章

一、研究背景与问题

塑料污染已成为海洋生态系统持续且广泛存在的问题，全球塑料产量在2023年达到4.138亿吨。进入海洋的塑料垃圾在阳光、物理磨损及生物过程作用下，会分解为小于5毫米的小颗粒，即微塑料。微塑料在海洋中分布不均，倾向于在沿海水域、半封闭海域及副热带环流中累积，造成海洋生物暴露模式的不均衡。早期研究多依据形态学对颗粒进行分类，可能将天然纤维误计入微塑料，导致丰度高估。随着μFTIR和拉曼光谱等技术的常规应用，研究者发现回收颗粒中相当比例实为天然纤维，主要是纤维素和棉。为此，学术界提出“人为颗粒”这一术语，涵盖合成聚合物及经过工业加工（如染色、漂白、添加化学助剂）的天然纤维。尽管天然纤维通常比合成聚合物更易生物降解，但工业加工及化学添加剂可能改变其性质，对水生生物构成潜在风险。

在软骨鱼类中，鲨鱼和鳐类日益暴露于人为颗粒，但许多区域和物种的信息仍然有限。已有研究报道了多种鲨鱼的高摄入频率，如英国水域底栖鲨鱼的颗粒出现率为67%，虎鲨个体全部检出人为颗粒，加利福尼亚湾幼年路氏双髻鲨的纤维素颗粒出现率为79.3%。然而，魟类和鳐类，特别是底栖摄食物种的研究仍十分稀少。星斑圆魟（Urotrygon asterias）是加利福尼亚湾虾拖网渔业中常见的兼捕物种，主要摄食多毛类、甲壳类和软体动物等小型无脊椎动物，其摄食行为使其暴露于颗粒可能累积的沉积物中。该物种此前在加利福尼亚湾的种群曾被鉴定为Urotrygon chilensis，但基于形态学和遗传学证据的分类修订确认其为独立有效种U. asterias。目前关于该物种人为颗粒摄入的研究尚属空白。本研究旨在填补这一分类学和区域上的空白，首次评估加利福尼亚湾星斑圆魟的人为颗粒摄入情况，并检验生物学特征（性别、体长）和生态因素（食性组成、捕捞区域）是否影响摄入模式。研究假设较大个体因累积摄入而含有更多颗粒，同时预期若暴露在区域内广泛且均匀，摄入模式不会与生物学或空间因素强烈关联。

二、主要技术方法

研究人员在2019年7月至8月于墨西哥锡那罗亚州沿海虾拖网渔业调查中采集114尾星斑圆魟，沿海岸线划分为北部、中部和南部三个区域。实验室中测量每尾个体的盘宽（DW）并依据交接器有无判定性别。消化道自食道至肠道整体取出，胃内容物在体视显微镜下鉴定猎物至尽可能低的分类阶元。研究实施了严格的污染控制程序，包括使用天然纤维实验服、层流柜操作、程序空白（n=36）和阳性对照（加标12根已知材质纤维，回收率100%）。消化道组织采用20%氢氧化钾（KOH）溶液室温消化72小时，经1.5μm孔径滤膜真空过滤。所有可疑颗粒在体视显微镜下计数、拍照和测量，并使用μFTIR–ATR光谱法（配备锗晶体）进行化学鉴定，光谱范围650–4000cm^?1，分辨率4cm^?1，与参考谱库匹配，匹配质量>85%的颗粒按材质分类。统计上，利用核密度分析划分体长组群，采用频率出现率（FO）量化食性组成，拟合负二项（NB）广义线性模型（GLM）评估颗粒丰度差异，并运用PERMANOVA（9999次置换，Bray–Curtis相似性，Type III平方和）检验生物学和生态因素对颗粒摄入模式和食性组成的影响，辅以PERMDISP检验组间多元离散度，主坐标分析（PCO）可视化食性空间格局。

三、研究结果

3.1 体长结构

研究人员分析了114尾星斑圆魟，盘宽范围为9.1至25.8cm。核密度分析识别出三个体长组群：小型（<16.2cm）、中型（16.3–20.2cm）和大型（>20.3cm）。

3.2 食性组成

共检查114个胃，其中79个含有可识别猎物，35个（30.7%）为空胃。星斑圆魟的食性以甲壳类为主（56% FO），其次为头足类（11% FO）、多毛类（9% FO）、鱼类（4% FO）和双壳类（2% FO）。PERMANOVA分析显示，捕捞区域是唯一对食性组成有显著影响的因素（伪F_2,106=3.888，p<0.05），性别和体长均无显著效应。两两比较显示三个区域间猎物组成均存在显著差异。北部区域甲壳类占绝对主导且无头足类，中部区域头足类开始出现，南部区域头足类和多毛类显著增加而甲壳类减少。PERMDISP检验表明食性多元离散度在区域间也存在显著差异（F_2,104=15.642，P(perm)=0.0001），平均距质心距离从北部（11.25）经中部（20.3）至南部（28.05）递增，表明食性个体间变异自北向南逐渐增大。

3.3 人为颗粒

在114尾个体中，94尾（82%）检出人为颗粒，总计268个颗粒，平均每尾2.35±2.21个。颗粒长度范围为0.141至4.416mm。颗粒颜色以蓝色（59%）和黑色（28%）为主，其次为红色（9%）、绿色（3%）和黄色（1%）。其中265个（98.9%）为纤维。程序空白仅含6个颗粒，背景污染可忽略不计。

3.4 颗粒丰度差异

颗粒丰度最佳拟合模型为负二项GLM（AIC=463.85，BIC=485.74），优于泊松、零膨胀负二项和 hurdle 模型。颗粒丰度在体长组群间（LR χ²(2)=1.15，p=0.562）、性别间（LR χ²(1)=0.15，p=0.701）、采样区域间（LR χ²(2)=2.69，p=0.261）及食性多样性间（LR χ²(1)=1.60，p=0.206）均无显著差异。以盘宽作为连续预测变量建模同样无显著效应（β=?0.027，p=0.297），Spearman相关分析亦不显著（ρ=?0.092，p=0.332），未发现颗粒丰度随体长增加的证据。

3.5 颗粒化学特征

μFTIR–ATR分析将268个颗粒分为三类：天然纤维占84.33%，包括纤维素（46.64%）和棉（37.69%）；半合成纤维仅为人造丝（2.24%）；合成聚合物占13.43%，其中聚酯纤维最丰富（10.07%），其次为聚丙烯（1.12%）、腈纶（1.12%）、聚（丙烯酸乙酯–丙烯酰胺）（0.37%）、聚乙烯–丙烯（0.37%）和聚酯氨基甲酸酯（0.37%）。PERMANOVA显示性别、体长和捕捞区域对颗粒组成均无显著影响（n=107）。PERMDISP检验显示颗粒组成的多元离散度在区域间存在显著差异（F_2,106=6.08，P(perm)=0.0022），中部与北部（p=0.0007）及中部与南部（p=0.0289）间差异显著，但北部与南部间无显著差异（p=0.2161）。

3.6 食性组成的空间格局

PCO分析显示三个捕捞区域间存在部分分离。北部个体主要分布于甲壳类向量方向，中部个体占据排序空间的中间区域并与南北样本重叠，南部个体分布更广且与头足类和多毛类向量关联更强。

四、讨论与结论

研究表明，星斑圆魟的人为颗粒摄入率（82%）是已报道的鳐总目中最高水平之一，远高于同区域Urobatis halleri的32.4%，与锡那罗亚沿海幼年路氏双髻鲨的79.3%相近。颗粒以天然纤维为主导（84.33%），其中纤维素和棉合计超过84%，提示该沿海区域存在强烈的纺织纤维污染信号。聚酯纤维是合成聚合物中最丰富的类型，与全球聚酯纤维产量最高的格局一致。颗粒来源可能包括家庭洗衣废水排放、渔业活动（渔网、绳索、浮标等聚合物部件及船员服装纤维）以及旅游业（夏季旺季洗衣和废水排放增加）。研究未发现性别、体长、食性或捕捞区域对颗粒摄入的显著影响，可能反映暴露途径在雌雄间高度相似、颗粒在消化道内滞留时间较短（硬骨鱼类实验表明约25小时内排出）、摄食过程中被动摄入沉积物相关颗粒，以及锡那罗亚沿海底栖沉积物的广泛污染。食性虽在区域间存在差异，但颗粒负荷保持相似，进一步支持暴露相对均匀的推断。研究局限性包括未同步采集沉积物和水样、未记录成熟阶段和捕捞深度、单季节采样窗口、食性多样性低（88.6%个体Shannon指数为零）以及各因子水平样本量不均衡。从生态风险角度，颗粒暴露遍及所有人口统计学群体，且该物种作为兼捕物种可能同时承受捕捞压力，需评估两种压力的潜在交互效应。管理上，缺乏区域或群体间差异表明仅靠针对性措施不足，应从源头减少输入，包括改进污水处理以截留微纤维、减少渔具丢失、加强沿海社区废物管理及规范旅游设施废水排放，并建立涵盖多物种、多季节和环境样本的长期监测计划。

研究结论部分翻译如下：本研究首次评估了Urotrygon属的人为颗粒污染状况，记录了来自加利福尼亚湾南部锡那罗亚沿海的U. asterias个体中非常高的出现率（82%）和天然纤维的主导地位（84%）。与上述模式一致，性别、体长、采样区域和食性多样性均无显著效应，表明所评估个体间的暴露水平大体相似；然而，缺乏配对的环境数据限制了对这些模式背后机制的解释。与U. halleri基线研究的比较表明，迄今在锡那罗亚沿海评估的鳐类物种可能暴露于人为颗粒。各研究间出现率和材质组成的差异可能受方法学、生态、空间和时间因素影响。两项研究均仅在单一季节采样，这一时间限制凸显了开展多季节、多年监测以刻画时间变异和长期趋势的必要性。从保护角度看，所有评估的人口统计学群体均观察到人为颗粒暴露，强调了实施减少污染源策略及评估其潜在生物效应的重要性。结合近期S. lewini的研究发现，本研究结果提供了额外证据，表明人为颗粒污染是锡那罗亚沿海生态系统的一个相关关切，需要在管理和长期监测方面予以重视。未来研究应优先开展生物–环境配对采样、时间重复、种间比较及生物效应评估，以增进对该海洋生态系统污染动态及其生态后果的理解。