拉克沙德维普群岛深海环境中微塑料的垂直传输与积累

《Gondwana Research》:Vertical transport and accumulation of microplastics in deep-sea environment of Lakshadweep Archipelago

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月26日 来源:Gondwana Research 8.9

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   摘要微塑料(MPs)污染已成为海洋生态系统面临的重大威胁;然而,其在深海环境中的垂直传输和积累机制仍知之甚少,尤其是在北印度洋。本研究旨在评估拉克沙德维普海(阿拉伯海)水柱(5–1800 m)和深海沉积物(50–1000 m)中微塑料的分布、聚合物组成、生态风险及水动力影响因

  

摘要

微塑料(MPs)污染已成为海洋生态系统面临的重大威胁;然而,其在深海环境中的垂直传输和积累机制仍知之甚少,尤其是在北印度洋。本研究旨在评估拉克沙德维普海(阿拉伯海)水柱(5–1800 m)和深海沉积物(50–1000 m)中微塑料的分布、聚合物组成、生态风险及水动力影响因素。据我们所知,这是首次为拉克沙德维普海提供深度分辨的、配对的"水体—沉积物"微塑料分布数据,弥补了以往微塑料研究主要集中在浅水和海滩沉积物方面的重大空白。在回收的微塑料颗粒中,纤维占比最高(91.8%),其次为碎片(8.0%)和微珠(0.2%),其中蓝色纤维最为丰富,表明合成纺织品、渔业活动和海上作业是主要的输入来源。微塑料丰度在中间深度(200–350 m)达到峰值,提示水层结、海山诱导环流和海洋雪聚集促进了颗粒物的滞留和下沉传输。聚合物分析显示,水体中的主要聚合物为聚苯乙烯(68%),而沉积物中则以聚酯(PET)为主(71%),反映了密度依赖的传输和沉降过程。尽管聚氯乙烯仅占已识别聚合物的6%,但它对聚合物危害指数(PHI)的升高贡献不成比例,多个站位被归类为生态风险极高。水动力模型表明,仅流速无法解释所观测到的空间变异性,凸显了海洋环流、海底地形、颗粒物特性和人为输入的综合影响。这些发现确立了拉克沙德维普海作为微塑料重要深海汇聚区的重要地位,并为理解阿拉伯海微塑料的命运、生态风险及管理提供了关键基线数据。

引言

在过去十年中,塑料废弃物持续不断地渗入海洋环境,这已成为人类世最具标志性的生态危机之一——"塑料遗产"。在所有形式的塑料碎片中,微塑料(粒径小于5 mm的颗粒)尤为引起科学界的警觉(Mu?iz and Rahman, 2025;Napper and Thompson, 2020)。这些颗粒进入海洋的途径包括:一次微塑料(如工业颗粒和化妆品微珠),以及大型塑料制品降解产生的二次碎片。它们体积微小,且具有极高的比表面积和极强的环境持久性,使得它们能够无缝融入海洋食物网。一旦被摄食,它们便成为有毒化学添加剂和吸附污染物的载体,将其从周围水体中携带并传输到不同深度(Andrady, 2011;Sudheesh et al., 2025)。此外,Ikenoue等人(2022)报告称,放射性核素可能通过生物膜吸附到微塑料表面,并进入海洋生态系统(Ikenoue et al., 2022)。全球范围内,深海环境的微塑料污染已在多个大洋盆地中得到记录,但大多数研究仍集中在印度洋以外的海域。在地中海,有研究报告显示深海沉积物中的微塑料浓度与浅水沿岸沉积物相当甚至更高,且回收的颗粒中纤维通常占主导地位(Van Cauwenberghe et al., 2013)。北大西洋的研究同样报告了超过2000米深渊深度的微塑料积累现象,其聚合物组成和颗粒形态随当地水动力条件和与陆地或河流输入的接近程度而变化(Courtene-Jones et al., 2017)。即便是最深邃的海洋海沟也无法幸免:在马里亚纳海沟超过10,000米深度的沉积物和生物中已回收到了微塑料(包括纤维和碎片),表明垂直传输过程能够将微塑料从透光层携带到超深渊层(Peng et al., 2018;Woodall et al., 2014)。总体而言,这些研究表明深海沉积物通常充当微塑料从水柱沉降的长期汇聚区,其分布模式受聚合物密度、颗粒形态和当地水动力条件的影响(Kane and Clare, 2019)。尽管全球证据基础日益丰富,但北印度洋——特别是拉克沙德维普群岛等大洋岛屿和海山系统——的深度分辨数据仍然十分匮乏,其深海微塑料传输和积累过程几乎完全未被研究。
虽然微塑料污染在大西洋和太平洋的沿岸和开阔海域已有较为充分的记录(见补充表1),但我们对印度洋中微塑料分布及生物影响的理解仍然零散(Cózar et al., 2015)。尽管深海微塑料污染曾被视为局部性问题,但近期在偏远程高纬度地区(如西伯尔海水柱)的基线研究已记录了从原始状态到整个深度剖面范围内活跃积累的快速转变(Sambandam et al., 2025)。这种全球性渗透凸显了在拉克沙德维普海等热带前哨环境中评估垂直传输的紧迫性。这一知识空白主要源于该地区人口增长、快速工业化及其生态独特性。
阿拉伯海是北印度洋的一个半封闭盆地,是人为压力与科学关注之间脱节的典型例证。毗邻印度、巴基斯坦和伊朗等快速工业化国家,该海域是国际贸易航运的主要通道,尤其承担着波斯湾石油和天然气出口任务(Goes et al., 2020;Napper and Thompson, 2020;Suneel et al., 2019)。但人类活动仅是故事的一半。阿拉伯海还以其极端的季节性海洋学特征而著称——季风风向的季节性反转、强烈的沿岸上升流以及一个持续存在的中层氧最小区(OMZ)(Goes et al., 2020)。这些强大的水文特征几乎必然控制着微塑料的传输、悬浮和最终沉积。
在这一海洋学复杂的盆地中坐落着拉克沙德维普群岛,这是一串由36个珊瑚环礁和堡礁岛屿组成的岛链,位于印度西南海岸200-400公里处(Cahyarini et al., 2014;Lachkar et al., 2023)。这些地势低平的岛屿不仅风景秀丽,而且在生态和经济上至关重要——它们拥有脆弱的珊瑚礁和广阔的海洋草床,同时支撑着高产量的渔业,直接维系着当地民生。由于其相对隔绝的地理位置,这些岛屿充当了前哨生态系统,是环境胁迫的早期预警系统,这些胁迫因素日后可能影响人口更为稠密的沿岸地区("Lakshadweep Islands: Geography, Atolls, Governance - Anantam IAS," 2006)。
然而,近期的研究已证实,即便是这些偏远的珊瑚礁也无法幸免于微塑料污染。一项对拉克沙德维普潟湖中浮游生物群落的详细研究发现,非甲壳类物种(特别是管水母、水螅水母和箭虫)摄入的微塑料显著多于甲壳类物种。主要聚合物类型为聚乙烯(27%)和聚丙烯(20%)(Huang et al., 2019;Praved et al., 2025)。计算所得的污染负荷指数(PLI)表明污染程度为中等至高等级,传递了一个明确的信息:地理位置的隔离无法为抵御塑料碎片的侵袭提供豁免权(Sudheesh et al., 2025)。
同样引人注目的是对苏赫利帕尔——该群岛中一座无人居住的珊瑚岛——海滩沉积物进行的首次全面评估。该研究报告的微塑料平均浓度为932 ± 534.5 颗/km-1干燥沉积物(Kirthiga et al., 2026)。受人为影响更为显著的Cheriyakara地貌单元占总负荷的70.2%。纤维占主导形态类型,聚乙烯和聚丙烯再次成为最普遍的聚合物,这一特征强烈暗示了渔业活动(绳索、渔网)和包装材料是主要来源。重要的是,该研究还表明植被区通过碎片滞留作用发挥着天然微塑料汇聚区的作用,而高能潮间带区域的积累则相对有限(Kirthiga et al., 2026)。
尽管取得了这些重要发现,但印度海域的大多数微塑料研究——包括拉克沙德维普的研究——仍然集中在表层水体、海滩沉积物或浅层潟湖生物体上。几乎完全未被探索的是垂直维度。微塑料浓度如何随水柱深度变化?近表层水体中的悬浮微塑料与中层或近海底的微塑料相比如何?更关键的是,这些水柱剖面如何与下层沉积物中已有的积累物相关联?
缺乏深度分辨的、配对的"水体—沉积物"数据造成了严重的认知盲区。拉克沙德维普海脆弱的珊瑚礁和环礁潟湖在所有深度水平上都暴露于微塑料的威胁之下,从表层油污到海底边界层(Cordova et al., 2018)。没有垂直分辨的测量数据,我们就无法准确评估暴露风险、模拟传输路径或预测长期积累模式。为弥补这一知识空白,本研究旨在首次对阿拉伯海拉克沙德维普海区域的水柱和沉积物进行全面的深度分辨微塑料污染评估。

章节摘要

研究区域与现场采样

拉克沙德维普海位于阿拉伯海东南部,是北印度洋海洋学动态最为活跃的区域之一。该地区受季节性反转的季风洋流、中尺度涡旋、季节性价结构和本地上升流的强烈影响,这些因素共同调节着水循环、颗粒物传输和生物生产力(Madhupratap et al., 1996;Schott and McCreary, 2001)。该地区还孕育着生态重要的珊瑚礁。

微塑料丰度

微塑料丰度在各采样站和不同深度之间变化显著,范围为每15升水约10至125颗。最高丰度记录于SM1ST2(5 m;125颗/15 L),其次是SM1ST4(105颗/15 L)和ST5(500 m;102颗/15 L)。SM1ST5、ST6(100 m)和ST4(250 m)也观测到较高的微塑料浓度(图S2(a))。相比之下,最低丰度出现在(<20颗)。>

结论

本研究首次对阿拉伯海拉克沙德维普海水柱和深海沉积物中的微塑料分布、聚合物组成和生态风险进行了全面评估。从表层水体(5 m)到深层水体(1800 m)及沉积物(50-1000 m)均检测到微塑料,确认了深海是塑料污染的重要汇聚区。纤维是主要形态类型,以蓝色纤维为主,聚苯乙烯(PS)和聚酯(PET)分别是水体和沉积物中的主要聚合物。

CRediT作者贡献声明

Pooja Thathola:撰写——审阅与编辑、撰写——初稿撰写、可视化、验证、软件、方法论、正式分析、数据整理、概念构思。Biswajit Swain:撰写——初稿撰写、验证、方法论、正式分析、数据整理。Nosad Sahu:撰写——审阅与编辑、撰写——初稿撰写、验证、方法论、正式分析、数据整理。Kamlesh Mesara:方法论。Jitendra:。Soumya Haldar:撰写——审阅与编辑、可视化。

利益冲突声明

作者声明,不存在任何已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所报告工作的客观性。

致谢

作者衷心感谢科钦海洋生命资源与生态中心(CMLRE)以及金奈国家海洋技术研究所(NIOT),提供了FORV Sagar Sampada研究巡航船(Cruise SS420)上的研究机会,使现场采样得以顺利完成。我们深表感激海洋深部使命(DOM)任务主任的持续支持、指导以及在开展本研究过程中提供的必要设施。
Pooja Thathola|Biswajit Swain|Nosad Sahu|Kamlesh Mesara|Jitendra|Soumya Haldar
印度中央盐和海洋化学品研究所(CSIR-CSMCRI),比哈瓦纳格尔364 002,古吉拉特邦,印度
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