不同材料、涂层及清洁技术条件下水产养殖网中微塑料释放情况的比较分析

《Aquaculture》：Comparative analysis of microplastic release from aquaculture nets under different material, coating, and cleaning technology scenarios

　　安迪·M·布斯（Andy M. Booth）| 阿莱西奥·戈米埃罗（Alessio Gomiero）| 斯特凡妮亚·皮亚鲁利（Stefania Piarulli）| 海蒂·莫·弗雷（Heidi Moe F?re）| 斯蒂芬·库博维茨（Stephan Kubowicz）| 帕维尔·斯特兰斯基（Pavel Stránsky）| 莫滕·斯汀·邦德（Morten Steen Bond?）| 汉娜·赫勒·哈特尔布雷克（Hanne Hjelle Hatlebrekke）| 阿玛娅·伊加尔图阿（Amaia Igartua）| 尼娜·布洛赫（Nina Bloecher）
挪威特隆赫姆SINTEF Ocean AS

**摘要**
水产养殖网越来越多地被认为是向海洋环境释放微塑料（MP）的潜在来源，但其贡献尚未得到量化。本研究评估了使用不同材料和涂层制造的水产养殖网在经过不同清洁技术处理后的微塑料排放情况，以确定可行的减排措施。实验中对比了新型和二手尼龙网、高密度聚乙烯（HDPE）网以及超高分子量聚乙烯（UHMWPE）网在两种涂层（标准涂层和高级涂层）下的磨损情况。结果显示，新型未涂层尼龙网释放的微塑料量是HDPE网和UHMWPE网（尤其是高级涂层）的五倍以上。UHMWPE网在涂层处理后微塑料排放量没有增加，表明其涂层与网材结合得更紧密，抗磨损性能更强。研究人员还建造了一个使用多种材料和涂层组合的定制养殖网箱，并将其部署在海上进行测试。通过高压清洗、空化清洗或机器人刷洗等方式对网片进行清洁，收集清洗过程中释放的微塑料颗粒。分析结果表明，这些方法产生的微塑料水平与背景水平相当；同时显微镜观察发现，机器人刷洗对涂层造成的损伤比高压清洗或空化清洗要小。在鲑鱼养殖场进行的实地采样显示，微塑料排放具有间歇性，这可能与网上的防虱裙的存在与否有关。在陆地上清洗养殖网时也会产生可检测到的微塑料，但过滤系统有效防止了这些微塑料进入海洋。通过整合实验室数据和实地采样结果，本研究找到了能够最小化微塑料排放的网材、涂层和清洁技术组合，从而有助于提高水产养殖的可持续性和操作效率。

**1. 引言**
尽管大约80%的海洋微塑料（MP，即直径小于5毫米的塑料颗粒）来源于陆地（Booth等人，2018年），但仍有相当一部分微塑料来自海洋环境中的各种人类活动，如船舶和海上基础设施的建造、维护和拆除，以及沿海和海上工业的排放（Lusher和Pettersen，2021年）。渔业和水产养殖业越来越依赖塑料制品和设备，这些物品在磨损和降解过程中会释放微塑料（Belle和Nash，2008年；Chen等人，2018年；FAO，2022年）。这些行业使用的塑料不仅加剧了海洋微塑料污染，还可能污染海产品（Krüger等人，2020年；Zhou等人，2021年）。据估计，挪威的渔业和水产养殖业每年可能排放1000至10,000吨微塑料（Sundt等人，2014年），但由于多种变量因素的影响，确切数字难以确定（Lusher和Pettersen，2021年）。鉴于人们大量消费水产品，减少这些行业的微塑料排放至关重要。

由于养殖网覆盖了养殖场约75%的水下表面（Bloecher等人，2015年），它们被视为微塑料排放的潜在来源。传统上，养殖网由尼龙多丝制成，但现在越来越多地使用高密度聚乙烯（HDPE）和超高分子量聚乙烯（UHMWPE）等替代聚合物（F?re等人，2025年）。为了提高耐用性，这些网通常会涂覆防紫外线降解、便于现场清洁和减少磨损的蜡基、树脂基或丙烯酸基涂层。然而，这些涂层会随时间降解（Bloecher等人，2019年），使底层网材暴露在紫外线辐射和机械磨损中，从而增加微塑料的释放。研究人员使用不同的材料和涂层组合建造了一个定制的养殖网箱，并将其部署在海上进行测试。通过高压清洗、空化清洗或机器人刷洗等方式对网片进行清洁，收集清洗过程中释放的微塑料颗粒。实验结果表明，这些方法产生的微塑料水平与背景水平相当；其中机器人刷洗对涂层的损伤最小。在鲑鱼养殖场进行的实地采样显示，微塑料排放具有间歇性，这可能与网上的防虱裙有关。在陆地上清洗养殖网时也会产生微塑料，但过滤系统有效防止了这些微塑料进入海洋。通过整合实验室数据和实地采样结果，本研究找到了能够最小化微塑料排放的网材、涂层和清洁技术组合，从而有助于提高水产养殖的可持续性和操作效率。

**2. 方法**
**2.1. 网材测试**
实验使用了四种新型未使用的网材（表S1；补充信息）：尼龙网、HDPE网和两种类型的UHMWPE网。此外，还测试了尼龙网和UHMWPE网（其中UHMWPE网使用更广泛）与两种不同聚合物涂层的组合（标准涂层和高级涂层，图S1，补充信息）。UHMWPE网吸收的涂层量比尼龙网多约30%，而两种网材吸收的高级涂层量几乎是标准涂层的两倍。还测试了三个二手养殖网箱的网片，以评估环境因素对网材的影响（图S1）：
- 一个使用年限为3年的尼龙网，样本取自网边缘下方和网中部；
- 一个使用年限为5年的HDPE网，样本取自网边缘下方、网中部和网底部；
- 一个使用年限为7年的UHMWPE网，样本取自网边缘下方、网中部和网底部。这些网在制造过程中都涂有铜涂层，因此收到的网片上仍残留有涂层。

**2.2. 网材、涂层和年龄对微塑料释放的影响评估**
为了评估网材、涂层和网龄对微塑料释放的影响，使用了专为网和绳索设计的MILA 200 WET（Buraschi Italia）磨损测试设备（F?re等人，2023年；F?re等人，2019年）。该设备包含一个直径63厘米的旋转磨料滚筒和一个装有约100升自来水的水箱，以确保湿润的测试条件（图1a）。每种网材制备了三个重复样本（尺寸约为35×100厘米），并在测试前在淡水中预处理至少16小时。通过无塑料过滤系统过滤整个水体来收集磨损过程中释放的微塑料颗粒（图1b,c）。

在每次材料磨损测试前，先用水冲洗水箱和过滤系统3分钟，然后在滚筒上更换新的1200目磨料纸以确保测试条件的一致性。每个网材进行三次重复磨损测试，每次测试包括20圈滚筒旋转，随后冲洗3分钟并同时进行过滤。释放的微塑料颗粒分别收集在两个过滤器上：一个用于较大颗粒（MPLARGE，500微米），另一个用于较小颗粒（MPSMALL，10微米）。过滤方法的详细信息见补充信息。对于不符合网材特性的颗粒，通过热解气相色谱-质谱（pyGC-MS）进行分析，以排除外部污染物（如磨料砂纸残留物），并确认颗粒来源（涂层或网材本身）。剩余的微塑料质量通过重量法测定，确保最终计数仅包含来自网材的颗粒。

在进行统计分析前，先从同一网材的三个重复样本中减去空白样本的颗粒质量，以校正空白效应。然后将校正后的微塑料释放量（以克/平方米网材计）除以网的磨损面积（约25厘米长×35厘米宽），得到每平方米网材释放的微塑料量。由于样本量较少（每种材料3个样本），无法满足参数统计分析的要求（Shapiro-Wilk检验和Fligner-Killeen检验的假设），因此采用PERMANOVA方法（PRIMER v.7，基于欧几里得距离，9999次排列，5%显著性水平）进行数据分析。这种非参数方法适用于处理小样本量和偏离参数假设的数据（Clarke，1993年；Kelly等人，2015年）。

对于新型涂层网样本，通过解剖显微镜检查每个样本的360个点来评估磨损后网材和涂层的完整性。尼龙网在结附近和结中间位置进行评估（图S2，补充信息），纤维损伤分为轻微损伤（单个纤维断裂）和严重损伤（较大范围的纤维断裂）。UHMWPE网则在结结构处进行评估（图……）。S2，SI），纤维或涂层的损伤通过二元尺度（存在/不存在）进行评估，这是由于纤维的微妙变化所致。处理之间的差异使用PERMANOVA（n=3；PRIMER v.7）进行分析，进行了9999次排列，显著性水平为5%。当唯一排列少于100次时，使用蒙特卡洛渐近pMC值进行解释（Anderson等人，2008年）。2.3. 清洁技术的影响为了评估网清洁技术对微塑料（MP）释放的影响，标准压力清洁与基于空化的清洁以及基于自主水下航行器（AUV）的刷洗进行了比较。压力和基于空化的系统是反应性技术，每周或每两周使用一次以去除（半）形成的生物污垢，而AUV刷洗是预防性的，每天使用一次以抑制生物污垢。加速的10个月清洁模拟假设了35次清洁事件（基于主要生物污垢季节的每周清洁计划，以及非季节期间的14天间隔（如Bloecher等人，2019年所述）；每次清洁事件包括网的双次通过=总共70次通过）对于压力和空化方法，以及AUV刷洗的300次单次通过（基于每日清洁活动）。为了在接近实际条件下测试清洁技术，构建了一个60×10米的测试网，由六个10×10米的尼龙面板组成（图S3，SI）；三个带有优质涂层的新的面板和三个来自最初镀铜但已储存10年的旧面板。这些面板交替缝合（新的/旧的）并安装在一个位于挪威Fr?ya的水产养殖组装和退役现场的一个159米的塑料环上。网于2024年8月30日安装，随后进行了压力清洁（2024年9月2日）、空化清洁（2024年9月3日）和AUV刷洗（2024年9月9日至10日）。压力清洁使用了Ocein AS公司的隐形清洁器，泵压为130巴（网处为93巴），流量约为600升/分钟，每个重复条带需要约20分钟。空化清洁（Meox AS）在175巴（网处为148巴）下进行，流量约为200升/分钟，每个条带需要20-25分钟。AUV刷洗（Watbots AS）使用了两个带有马毛刷的磁模块，同时清洁网的两个表面，速度约为15米/秒，每个条带需要约1小时。由于速度较慢且所需通过次数较多，AUV在测试期间仅覆盖了网面板约一半的10米深度。MP释放量是通过固定采样点的单位体积浓度来测量的（而不是总释放质量），因此没有对减少的覆盖范围进行校正。由于网张力不足，所有清洁设备在保持其指定的清洁路径时都遇到了一些困难。因此，AUV无法清洁其分配到的旧面板，所以重新使用了之前清洁过的面板。海水样本是通过将软管连接到清洁后网条带下游约3米深度的过滤单元来收集的，那里预计有最多的颗粒。使用电流计和视觉示踪剂（牛奶）监测水流速度和方向。根据设置，软管要么穿过围栏外的走道，要么悬挂在内部，保持与网表面小于1米的距离。海水采样持续整个清洁事件，对于压力和空化试验额外增加了5分钟以增加样本量并补偿较短的清洁时间。对于压力和空化清洁，在此之前通过采样海水30分钟来收集空白对照样本（约300升）。AUV刷洗在两天内进行：第一天每种材料进行两次重复，第二天每种材料进行一次重复，每次之前都先采集一个对照样本。还采集了空气空白样本以检查空气中的污染，但结果显示污染可以忽略不计（每个样本最多4个MP颗粒）。所有水样都是使用第2.2节中描述的过滤单元收集的。样本制备和FTIR成像显微镜识别及定量所需的仪器参数的详细信息在补充信息中提供。使用PERMANOVA（PRIMER v.7）评估清洁技术和对照之间的差异，采用欧几里得距离，9999次排列和5%的显著性水平。包括两个固定因素：技术（压力清洗、空化、AUV、对照）和涂层（涂层、使用、对照）。结果是每种处理三次重复的平均值。对于AUV刷洗，两天的对照样本进行了平均。在最终清洁事件两天后，使用解剖显微镜评估了带有涂层的新尼龙网的涂层完整性，从3米深度取了三个子样本（50×50厘米）（图S4，SI）。检查了网两侧的816到836个点，包括结和纤维束（图S5，SI）。观察结果分为：（i）“完整涂层”（涂层下看不到纤维），（ii）“涂层变薄”（纤维可见但完整，涂层没有明显的边缘），或（iii）“涂层破损”（可见损坏且纤维暴露）。使用PERMANOVA（n=3；PRIMER v.7）分析清洁技术之间的差异，进行了9999次排列，显著性水平为5%。2.4. 现场采样2025年4月6日在一个商业鲑鱼养殖场的三个围栏中收集了现场网清洁的海水样本，并在前一天采集了对照样本以评估背景MP水平。该地点有五个159米的圆形围栏，其中四个围栏装有非生物杀灭涂层的尼龙网和6米的可渗透虱裙，还有一个空围栏。从围栏外围约5米处采集了三个对照样本（每个62-86升）。通过将过滤器暴露在环境条件下采集空气空白样本，持续整个采样事件。网清洁使用两个低压清洁单元（Manta；Mainstay AS）同时从顶部和底部进行，完成一个围栏的清洁大约需要1小时。清洁器在140巴的泵压下运行（网处为80巴），流量约为500升/分钟。采样在清洁开始后约20分钟开始，并持续到使用较小单元最终清洁网顶部。在3米深度使用第2.2节中描述的过滤单元收集水样。在网清洁操作期间，在三个围栏进行了采样：（i）围栏A，2025年1月安装了新涂层的大网眼网，从未清洗过；采样持续了15分钟（195升），但由于清洁人员的时间限制，清洁被中止；（ii）围栏B，自2024年7月以来使用了八次清洁的幼鱼网；采样持续了53分钟（222升）；（iii）围栏C，自2024年7月以来使用了十次清洁的幼鱼网；采样持续了40分钟（247升）。围栏C的虱裙被抬起，准备进行即将到来的除虱操作。具体网龄未知，但没有一个处于第一个季节。在对照和围栏采样期间采集了两个空气空白样本以监测空气中的污染。空气空白样本在实验室中与样本一起处理，因此也作为程序空白样本。样本制备和FTIR成像显微镜识别及定量所需的仪器参数的详细信息在补充信息中提供。使用PERMANOVA（PRIMER v.7）评估清洁技术和对照之间的差异，采用欧几里得距离，9999次排列和5%的显著性水平。包括两个固定因素：技术（压力清洗、空化、AUV、对照）和涂层（涂层、使用、对照）。结果是每种处理三次重复的平均值。对于AUV刷洗，两天的对照样本进行了平均。在最终清洁事件两天后，使用解剖显微镜评估了带有涂层的新尼龙网的涂层完整性，从3米深度取了三个子样本（50×50厘米）（图S4，SI）。检查了网两侧的816到836个点，包括结和纤维束（图S5，SI）。观察结果分为：（i）“完整涂层”（涂层下看不到纤维），（ii）“涂层变薄”（纤维可见但完整，涂层没有明显的边缘），或（iii）“涂层破损”（可见损坏且纤维暴露）。使用PERMANOVA（n=3；PRIMER v.7）分析清洁技术之间的差异，进行了9999次排列，显著性水平为5%。2.4. 现场采样2025年4月6日在一个商业鲑鱼养殖场的三个围栏中收集了现场网清洁的海水样本，并在前一天采集了对照样本以评估背景MP水平。该地点有五个159米的圆形围栏，四个围栏装有非生物杀灭涂层的尼龙网和6米的可渗透虱裙，还有一个空围栏。从围栏外围约5米处采集了三个对照样本（每个62-86升）。通过将过滤器暴露在环境条件下采集空气空白样本，持续整个采样事件。网清洁使用两个低压清洁单元（Manta；Mainstay AS）同时从顶部和底部进行，完成一个围栏的清洁大约需要1小时。清洁器在140巴的泵压下运行（网处为80巴），流量约为500升/分钟。采样在清洁开始后约20分钟开始，并持续到使用较小单元最终清洁网顶部。在3米深度使用第2.2节中描述的过滤单元收集水样。在网清洁操作期间，在三个围栏进行了采样：（i）围栏A，2025年1月安装了新涂层的大网眼网，从未清洗过；采样持续了15分钟（195升），然后由于清洁人员的时间限制，清洁被中止；（ii）围栏B，自2024年7月以来使用了八次清洁的幼鱼网；采样持续了53分钟（222升）；（iii）围栏C，自2024年7月以来使用了十次清洁的幼鱼网；采样持续了40分钟（247升）。围栏C的虱裙被抬起，准备进行即将到来的除虱操作。具体网龄未知，但没有一个处于第一个季节。在对照和围栏采样期间采集了两个空气空白样本以监测空气中的污染。空气空白样本在实验室中与样本一起处理，因此也作为程序空白样本。样本制备和FTIR成像显微镜识别及定量所需的仪器参数的详细信息在补充信息中提供。通过减去程序空白样本对MP浓度值进行了空白校正，确保只包括样本来源的MP颗粒。由于每个围栏只采集了一个样本，由于观察到的差异较大，这被认为不足以进行统计分析。2.5. 在水产养殖网服务点的MP排放评估访问了两个陆基服务点以评估网清洁和废水处理技术。站点1使用了一个带有封闭水循环系统的滚筒清洗机，其中废水得到适当处理，从而防止MP释放到环境中。站点2在多次过滤步骤后将水排放到海中，重新使用部分系统水，并用新鲜海水和雨水替换。由于站点2有可能释放环境中的MP，因此选择了该站点进行采样，在四个点进行了采样：（i）“初始储水池”，在滚筒填充开始时采样；（ii）“添加海水后的储水池”，在引入可能重新悬浮储水池中沉积颗粒的新鲜海水后；（iii）“中间过滤阶段”；（iv）“过滤后排放池”，用于储存准备排放到海中的水。还采集了空气空白样本以监测空气中的污染，并在实验室中作为程序空白样本处理。滚筒清洗机（容量50立方米）在清洗过程中多次填充和部分排空。清洁的网是一个160米的尼龙网，第二次季节后装有非生物杀灭涂层，被分类为中等污染。之前清洗的网是一个严重污染的160米UHMWPE网，处于第三个季节末，可能贡献了残留颗粒。过滤包括机械过滤器、沉淀池、化学絮凝和臭氧处理，然后水被排放到海中或重新循环到储水池中。所有水样都是使用第2.2节中描述的过滤单元收集的。样本制备和FTIR（MPLARGE）和FTIR成像显微镜（MPSMALL）识别及定量所需的仪器参数的详细信息在补充信息中提供。3. 结果和讨论3.1. 网材料、涂层和年龄对MP释放的磨损评估不同材料之间的微塑料释放量有显著差异（F3,8=10.99；p<0.01）。新的、未涂层的尼龙网平均释放的MP至少是三种聚乙烯基（PE）网材料的五倍（1.14±0.23克/平方米，平均值±标准误差），而三种聚乙烯基网材料的MP释放量范围为0.07±0.01至0.22±0.06克/平方米（图2）。当施加涂层时，尼龙网的MP释放量增加了两倍以上，尤其是优质涂层（2.72±0.48克/平方米），而标准涂层的增加不太明显（1.47±0.28克/平方米）。相比之下，两种涂层类型都没有导致UHMWPE网的MP释放量增加（图2）。尽管由于重复次数有限（n=3）和相对较高的变异性，没有达到统计显著性，但材料间的一致趋势表明MP释放量存在有意义的差异。下载：下载高分辨率图像（79KB）下载：下载全尺寸图像图2. 四种不同新网材料（左）以及涂有标准或优质涂层的新尼龙和UHMWPE类型1网（右）的平均MP释放量（克/平方米±标准误差）。新网材料之间的成对比较结果（p<0.05）由跟随网材料显著效应的小写字母表示（F3,8=10.99；p<0.01）。在比较相同材料时，添加涂层没有统计效应（p>0.05）。尼龙网材似乎比本研究中测试的PE材料（HDPE和UHMWPE）的耐磨性差。虽然HDPE、UHMWPE和尼龙通常以其良好的耐磨性而闻名，但UHMWPE在许多应用中始终表现出优于尼龙的性能。之前的测试比较了尼龙与PE网（HDPE和UHMWPE），表明尼龙在类似的磨损条件下强度降低更多，并显示出更多的磨损迹象（F?re等人，2019年）。对于HDPE网，增加的耐磨性也可能归因于使用了明显更厚的单丝纤维，与通常用于传统网材的更细的尼龙多丝相比。观察到涂层与尼龙和UHMWPE网材之间的相互作用存在明显差异。对于UHMWPE，未涂层、标准涂层和优质涂层样本的平均MP排放量相似（图2），表明涂层很好地附着在UHMWPE上，提供了有效的耐磨保护。这得到了UHMWPE网显示出比尼龙更高的涂层吸收量的支持。相比之下，尼龙未涂层样本的MP排放量最低。虽然标准涂层尼龙网的MP释放量有所增加，但优质涂层尼龙网的排放量最高（尽管没有统计学意义）。这些发现表明，涂层在尼龙上的附着效果不如在UHMWPE上好，优质涂层的附着效果最差，或者仅仅是因为涂层较厚，因此有更多的材料被磨损掉。网材和涂层之间的相互作用也可能受到聚合物纱线上的纺丝处理（通常是油/蜡基）的影响。或者，可能是涂层更深入地渗透到UHMWPE网的纤维中，而在尼龙网中则附着得更表面，因此更容易去除。需要注意的是，每个样本测量的总MP包括涂层和网材料的贡献。观察到使用过的尼龙网的MP排放量有增加的趋势（图3），HDPE和UHMWPE网也显示出类似的、但不那么明显的排放模式。然而，需要注意的是，无论是使用过的尼龙网还是超高分子量聚乙烯（UHMWPE）网，在用于海洋之前都经过了涂层处理，而且一些收集到的颗粒实际上来源于涂层而非网材本身。尽管存在这种不确定性以及统计上的不显著性，但这三种材料都显示出一致的趋势：网材表面下方和网底部分的微塑料（MP）排放量通常高于网材中部的样本。此外，这三张网的服役历史也大不相同——尼龙网样本来自已经达到使用寿命极限的网材（由于强度下降等原因不再适合继续使用），而HDPE网则尚未达到其使用寿命的终点。

**图3.** 三种不同类型的使用过的网材（灰色底层）与全新状态下的同一材料相比，每平方米的平均微塑料释放量（g/m2，±标准误差）。每种材料在四个可能采样点中的三个点进行了采样（注意轴的比例不同）。同一材料内部样本之间的差异在统计上并不显著。

对纤维和涂层损伤的评估显示，两种尼龙网涂层的损伤没有显著差异（图4）。平均而言，标准涂层的尼龙网表面有72%的区域存在纤维损伤，其中严重损伤占评估纤维总数的近一半（45%）。而对于高级涂层的尼龙网，76%的纤维受到损伤，其中严重损伤占40%（见补充信息S6）。相比之下，UHMWPE网没有明显的纤维损伤，但两种涂层之间存在差异：高级涂层的UHMWPE网损伤更严重（66%，见补充信息S6），而标准涂层的UHMWPE网损伤为48%（F?,? = 9.23；pMC = 0.04）。目前尚不清楚为什么微观观察结果与微塑料释放量的测量结果不一致。还需要注意的是，这项评估仅基于三次重复实验，因此对统计结果的解释应谨慎进行。

**图4.** 实验室磨损测试中尼龙网和UHMWPE网1型样本的涂层和纤维损伤评估（n = 3）。材料之间的显著损伤差异用星号标示。

这项研究提供了关于水产养殖基础设施中微塑料释放的关键见解，主要关注实验室和服务现场条件下的网材。结果揭示了几种关键模式，突显了材料类型、涂层、使用年限和操作程序对微塑料排放的影响。网材类型对微塑料释放量有显著影响，尼龙网的微塑料排放量明显高于聚乙烯基材料（HDPE和UHMWPE）。可能的原因是尼龙的多丝结构更为细密，因此更容易受到机械磨损。这证实了现有文献关于UHMWPE具有更好耐磨性的观点（Lucas等人，2011年），并强调了在设计或采购低环境影响网材时选择合适材料的重要性。研究还发现，涂层与基材之间的相互作用不同，尤其是高级涂层显著增加了尼龙网的微塑料排放量。这可能是由于涂层与尼龙之间的粘附性较差，导致涂层剥落，从而增加了总微塑料释放量。相比之下，无论涂层类型如何，UHMWPE网1型的微塑料排放量都相对稳定，表明该材料的涂层具有更好的粘附性和耐磨性。此外，涂层可能更深入地渗透到UHMWPE网的纤维中，减少了涂层的磨损。这些发现表明，涂层的效果并非普遍适用，必须根据具体的材料组合和聚合物纱线表面特性进行评估。

**图5.** 加速清洗实验中收集到的每升水中的微塑料颗粒数量。‘丙烯酸酯/PUR/清漆’和‘聚酰胺（PA）’聚合物类别分别包含来自涂层和尼龙网的颗粒。

有趣的是，在任何样本中，尼龙或涂层材料都不是主要的聚合物类型，而且两种聚合物类型的微塑料含量在不同清洗技术或对照组之间没有显著差异（PERMANOVA分析，技术因素和涂层因素，p > 0.05），范围在0.02到0.25微塑料颗粒/L之间。实际上，最大的变化出现在同一样本的不同重复实验之间，而不是不同清洗处理之间。仅关注PA颗粒（见补充信息S7a），只有一个案例中清洗样本的颗粒数量明显高于对照组，即对使用过的尼龙网进行AUV刷洗的情况。然而，这一结果应谨慎解读，因为之前已经对该网进行了压力清洗，可能会削弱其结构。此外，在接受不同清洗技术的九个涂层网样本中，只有三个样本含有被鉴定为涂层来源的颗粒（见补充信息S7b）。对于使用过的尼龙网，这一比例略高（9个样本中有5个），但浓度仍然很低，每100升水中少于3个颗粒。

结果表明，采样网材清洗过程中释放的微塑料颗粒具有挑战性。除了从清洗后的网材中可能释放出的少量尼龙和涂层颗粒外，还检测到了多种类型的聚合物颗粒。这表明周围可能存在多个微塑料来源（例如，与水产养殖设施相关的船舶操作、多个港口的船舶活动，以及网箱的组装和拆除现场），从而难以准确地将收集到的颗粒归因于网材或涂层材料。此外，水流、潮汐和风驱动的表面运动也可能增加了获取代表性样本的难度，尽管研究设计已经尽力考虑了这些因素。这些动态条件阻碍了预测颗粒漂移路径的能力，使得无法确定采样是否在正确的位置进行，或者是否采集了足够的样本量来准确检测微塑料排放量。然而，也有可能是因为网材清洗过程本身并没有释放出足够的微塑料物质，以至于无法将其与海水中的背景微塑料水平区分开来。

与收集微塑料颗粒的挑战相比，涂层磨损的评估提供了更清晰和更有结论性的结果（图6）。虽然三种清洗技术对涂层表面受损面积的影响没有显著差异（所有三种技术的涂层表面都有83-92%的损伤），但在考虑损伤程度时发现了差异：压力清洗和空化清洗导致的涂层破损比例显著更高（分别为57%和59%），而AUV刷洗仅为29%（F?,? = 6.18；p = 0.04）。相反，AUV刷洗后涂层变薄的情况更为普遍（55%），而压力清洗和空化清洗后涂层变薄的比例分别为26%和33%，这种反比关系在统计上也具有显著性（F?,? = 22.46；p = 0.03）。

**图6.** 使用三种不同清洗技术对新的、涂有涂层的尼龙网进行加速清洗后的涂层完整性微观评估（n = 3），展示了不同清洗方式造成的最严重损伤情况：a）压力清洗；b）空化清洗；c）AUV刷洗。

虽然基于三次重复实验得出的结论应谨慎对待，但在显微镜下可以清楚地看到涂层损伤类型的差异。AUV刷洗似乎能更均匀地去除涂层（图6c）。尽管某些区域的涂层完整性仍然受损，暴露出下面的尼龙纤维，但压力清洗和空化清洗造成的损伤更为严重，常常导致涂层出现尖锐的断裂（图6a、b）。然而，目前基于现场研究的数据尚无法确定这三种清洗技术对日常使用中微塑料释放量的具体影响，因为实验测量结果受到背景微塑料水平的掩盖。一种可能是AUV刷洗产生的颗粒较小（<10微米），而其他两种技术可能导致涂层以较大的碎片形式脱落。颗粒大小对总微塑料释放量以及随后的环境传输和生物体吸收的影响需要进一步研究。未来的研究还应考虑到网材具有不同的“面”，其中一侧有凸起结节。在本实验中，压力清洗是在网的背面（有结节的部分）进行的，空化清洗是在正面进行的，而AUV刷洗则在两侧都进行了。尽管微观评估包括了网的两面，即使在“未清洗”的一侧也观察到了损伤，但仅凭这项研究无法确定清洗方向或侧面的偏好对结果的影响，需要进一步研究。需要注意的是，这里描述的结果仅适用于本研究中测试的三种清洗技术和所使用的材料及涂层。虽然通常认为不同技术提供商的压力清洗效果相似，但实际上不同技术对网材的影响可能有所不同（取决于用水量和压力、喷嘴形状以及操作者的技术和技能）。对于空化清洗和AUV刷洗来说尤其如此，因为这些技术仍处于发展阶段。此外，对于AUV刷洗来说，刷子的材质也可能起到重要作用，本实验中使用的马毛刷的磨损性较低，而硬度更高的刷子（例如塑料材质）可能会产生不同的磨损模式，从而影响微塑料的释放。

**图7.** 在使用传统压力清洗方法清洗三个尼龙养殖网箱（A-C）和三个对照样本（Control 1至3）期间收集的水样中，微塑料颗粒浓度和聚合物组成存在差异。从网箱C收集的水样中微塑料颗粒总数最高（36.1颗粒/L），而网箱A和B的浓度较低（分别为10.8和2.9颗粒/L）。对照样本的浓度范围相似，介于1.3到31.1颗粒/L之间。网箱C的微塑料释放量增加可能是由于缺少防污裙边。防污裙边可以阻挡颗粒（Bloecher等人，2024年），延缓颗粒的释放并限制其扩散。如果没有防污裙边，微塑料在清洗过程中可能会更快更广泛地扩散，从而在采样点附近积累更多颗粒。相比之下，网箱A和B的进水口位于裙边上方约3米处，因此微塑料可能扩散得更慢，或者根本无法到达进水口，尤其是如果它们具有负浮力的话。

**结论**
尽管收集微塑料颗粒存在挑战，但对涂层磨损的评估提供了更清晰和更有说服力的结果（图6）。虽然三种清洗技术对涂层表面受损面积的影响没有显著差异，但在考虑损伤程度时发现了差异：压力清洗和空化清洗导致的涂层破损比例显著更高（分别为57%和59%），而AUV刷洗仅为29%（F?,? = 6.18；p = 0.04）。相反，AUV刷洗后涂层变薄的情况更为普遍（55%），而压力清洗和空化清洗后涂层变薄的比例分别为26%和33%，这种反比关系在统计上也具有显著性（F?,? = 22.46；p = 0.03）。

尽管基于三次重复实验得出的结论应谨慎对待，但在显微镜下可以明显看到涂层损伤类型的差异。AUV刷洗似乎能更均匀地去除涂层（图6c）。尽管某些区域的涂层完整性仍然受损，暴露出下面的尼龙纤维，但压力清洗和空化清洗造成的损伤更为严重，常常导致涂层出现尖锐的断裂（图6a、b）。然而，目前尚无法根据现场研究的数据确定这三种清洗技术对日常使用中微塑料释放量的具体影响，因为实验测量结果受到背景微塑料水平的掩盖。一种可能是AUV刷洗产生的颗粒较小（<10微米），而其他两种技术可能导致涂层以较大的碎片形式脱落。颗粒大小对总微塑料释放量以及后续环境传输和生物体吸收的影响需要进一步研究。未来的研究还应考虑到网材具有不同的“面”，其中一侧有凸起结节。在本实验中，压力清洗是在网的背面（有结节的部分）进行的，空化清洗是在正面进行的，而AUV刷洗则在两侧都进行了。尽管微观评估包括了网的两面，即使在“未清洗”的一侧也观察到了损伤，但仅凭这项研究无法确定清洗方向或侧面的偏好对结果的影响，需要进一步研究。需要注意的是，这里描述的结果仅适用于本研究中测试的三种清洗技术和所使用的材料及涂层。虽然一般认为不同技术提供商的压力清洗效果相似，但实际上不同技术对网材的影响可能有所不同（取决于用水量和压力、喷嘴形状以及操作者的技术和技能）。对于空化清洗和AUV刷洗来说尤其如此，因为这些技术仍处于发展阶段。此外，对于AUV刷洗来说，刷子的材质可能起到重要作用，本实验中使用的马毛刷的磨损性较低，而硬度更高的刷子（例如塑料材质）可能会产生不同的磨损模式，从而影响微塑料的释放。此外，可能含有尼龙颗粒的部分的数据也被单独呈现（在右侧）。对照组和清洁样本的总体微塑料（MP）组成主要由聚乙烯（PE）主导。与对照组相比，在清洁过程中收集的样本中鉴定出的聚酰胺（PA）微塑料在Pen C处的含量较高（10.5颗粒/升）。这些PA微塑料很可能是直接来自渔网的尼龙颗粒。Pen B中的PA微塑料比例也相对较高（0.6颗粒/升），而Pen A的样本中未检测到PA微塑料。三个对照组的PA微塑料浓度都非常低（0.0–0.05颗粒/升）。PE的FTIR光谱主要由聚合物中的CH2键的响应组成。这些CH2键也可能存在于该水产养殖设施使用的涂层材料中，例如如果使用了基于蜡的涂层。遗憾的是，渔网的具体涂层成分未知，因此无法完全确定鉴定出的高数量PE微塑料是来自涂层还是其他来源。鉴于涂层在清洁过程中最容易受到磨损，可以推测在清洁过程中采集的样本中涂层颗粒会增加。然而，这并不能解释对照组中同样高的PE颗粒数量。与总体MP浓度值一样，假设Pen C处PA颗粒数量相对较高的主要原因可能是缺乏虱裙。虽然样本之间的较大差异可能反映了采样技术和采样时环境条件的变化（例如水流方向），但涂层相对较新，以及渔网在同一年早些时候更换后尚未清洗（涂层为底层渔网材料提供了更多保护），也可能导致Pen A处未收集到PA颗粒。相比之下，Pen B和C的渔网分别已经经历了8次和10次清洁。此外，由于采样时的条件，Pen A的清洗时间比Pen B和C短得多，从而减少了颗粒从渔网释放并被捕获的机会。总体而言，这些结果表明高压清洗可能会偶尔导致MP排放，在清洁过程中从Pen B和C采集的样本中，鉴定出的PE和PA颗粒（包括任何尼龙颗粒）较为突出。然而，需要注意的是，由于收集的样本数量有限，总体MP计数和聚合物类型分布的较大变化意味着对照组和清洁过程中采集的样本之间在MP颗粒组成或PA含量方面没有检测到统计学上的显著差异。操作因素，如最近渔网更换的影响或个别围栏上是否有虱裙，强调了在评估水产养殖网清洁过程中MP释放风险时需要考虑特定现场条件。此外，详细了解特定渔网上使用的涂层成分是必要的，理想情况下应通过专门的光谱成分验证来进行指纹识别，以确保水样中MP聚合物类型和鉴定的准确性。考虑到研究的局限性和不确定性，这些结果应被视为指示性的，需要更详细的评估才能阐明任何统计学上的显著趋势。

3.4. 水产养殖网服务站的MP排放评估
对过滤单元收集的水进行分析后发现四个样本之间存在显著差异。在加入新鲜海水之前，供应滚筒清洗机的储水器中的水颗粒浓度非常低（0.08颗粒/升；图8）。然而，在加入新鲜海水后，总颗粒浓度显著增加到1.45颗粒/升。这种MP浓度的增加可能是由于进水中已经存在MP。或者，水流的涌入可能搅动了储水器中先前沉淀的颗粒。由于没有采集新鲜海水的样本进行比较，目前无法确定MP增加的确切原因。

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图8. 从与滚筒清洗机相关的水供应和过滤单元的不同阶段收集的MP颗粒。所呈现的数据通过减去空气程序空白检测到的颗粒计数进行了空白校正。

开始清洁后，从部分过滤后的水中采集的样本显示PE颗粒浓度较高，证实了清洁过程中产生了MP颗粒。然而，当时正在清洗的渔网是由尼龙制成的，这表明检测到的颗粒可能来自之前清洗过的UHMWPE渔网，或者来自连接到同一过滤系统的清洁鱼庇护所。最后从过滤单元采集的样本是在水经过臭氧处理并重新循环到储水器或排放到海洋之前取得的，其测得的MP颗粒浓度最低——0.05颗粒/升。考虑到在海洋中采集的对照样本的平均浓度高达18.4±8.6颗粒/升，这可以认为是一个较低的MP浓度。尽管这个结论基于单个样本，但过滤系统似乎能够有效去除大于10微米的MP颗粒。

4. 结论
本研究表明，水产养殖网的MP排放受到材料属性、涂层相互作用、使用历史和持续时间以及操作程序（包括清洁实践）的复杂影响。虽然由于样本量限制和个别样本之间的变异性，一些发现仍处于初步阶段，但观察到的趋势为材料选择、清洁协议和监测实践提供了相关知识。特别是，这些发现表明，有效的缓解措施需要同时优化渔网材料、涂层系统和操作程序，而不仅仅是依赖单独的干预措施。进一步的研究应在更广泛的技术、环境和操作条件下，使用标准化方法来完善这些见解，以支持整个行业的MP排放减少策略。尽管某些分析仍存在不确定性，但这些结果有可能使水产养殖行业能够立即采取有根据的行动来减少MP排放。生成的知识可以直接帮助水产养殖生产者确定最佳的渔网材料、涂层和清洁技术组合，以最小化磨损和MP排放。由于测试的材料和技术已经商业化，可以采用它们作为常规投资和更换周期的一部分，从而立即实现环境性能的实质性短期改进。从长远来看，这些基线排放数据可以作为进一步有针对性知识生成的基准，以及未来缓解策略和技术的开发和评估。除了当前研究的重点领域外，更好地了解其他水产养殖基础设施的MP排放情况也很重要，以便确定哪些排放最高，从而优先采取缓解措施。此外，还需要更详细地了解添加剂化学品和非故意添加物质作为环境污染和海鲜污染来源的作用。

作者贡献声明
Andy M. Booth：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、项目管理、方法论、调查、资金获取、概念化。
Alessio Gomiero：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、方法论、调查、资金获取、概念化。
Stefania Piarulli：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、方法论、资金获取、概念化。
Heidi Moe F?re：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、方法论、调查、资金获取、概念化。
Stephan Kubowicz：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、方法论、调查。
Pavel Stránsky：方法论、调查。
Morten Steen Bond?：撰写——审阅与编辑、可视化、方法论。
Hanne Hjelle Hatlebrekke：撰写——审阅与编辑、方法论。
Amaia Igartua：撰写——审阅与编辑、方法论。
Nina Bloecher：撰写——初稿、可视化、方法论、调查、资金获取、概念化。

资金来源
本工作得到了挪威海鲜研究基金（授权协议编号901820）的支持。