ZooSCAN助力海洋微塑料分布研究

法国LOV实验室（Laboratoire d'Océanographie de Villefranche-sur-Mer；索邦大学和法国国家科学研究中心的联合研究单位）的科学家Maria等人借助ZooSCAN浮游动物/微塑料图像扫描分析系统，结合Manta拖网采集的样品，对地中海西北部水域，特别是靠近海岸1km的水域内的海洋微塑料进行了广泛的分析，并描述了其丰度、粒径、聚合物成分与靠近陆地距离的关系。

研究背景

近年来，随着工业生产和人类生活的需要，每年从陆地上产生而后又进入海洋中的塑料数量多达数百万吨。在靠近沿海人口密集的地区，每平方公里可发现数十万个塑料碎片，塑料丰度与沿海人口的密度显著相关。

海洋中的大多数塑料由漂浮在海水中的聚合物组成，如聚乙烯和聚丙烯，它们在沿海地区可能会由于海岸的冲刷作用，被快速破碎为小碎片，随后会随着风和水流的运动，输送到最偏远的海洋地区。因此，距离海岸的距离可以看作是塑料在海上停留时间的代表，研究漂浮塑料碎片的丰度、大小或组成的变化有助于我们了解、控制海洋中塑料污染分布的过程。

研究过程

为进行研究，Maria等人于2013年7月6日至8月6日期间，在地中海西北部的33个地点进行了采样，采样站位距离陆地从0.3km-46km不等，其中54%的采样站位位于与大陆海岸相邻的1km水域内（采样站位见图1）。

图1 各采样站位表面塑料丰度的空间分布。蓝色、绿色、橙色和红色圆圈代表丰度分别为：20-75000；75-150000；150-500000和> 500000个/km2。

使用Manta拖网对微塑料样品进行采集。将采集到的样品混合并转移到一个2L的玻璃罐中，小心地从上清中拣出漂浮的塑料碎片，重复3到6次，以确保挑出了所有的漂浮塑料颗粒。之后，使用ZooSCAN浮游动物/微塑料图像扫描分析系统（图2）对采集的样品进行分析：（1）以2400dpi的分辨率对微塑料颗粒扫描成像；（2）用系统自带的软件对图像进行后处理，自动获取每个微塑料颗粒的形态学参数，包括费雷特直径（ferret diameter，沿物体边界任意两点之间的最 大距离）和表面积等。最 后使用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）法鉴定塑料的化学结构。

图2 使用ZooSCAN浮游动物/微塑料图像扫描分析系统分析微塑料样品

研究结果

研究结果表明，所有的采样站位都存在微塑料碎片（图1）。地中海水域存在大量塑料污染，主要是薄膜、泡沫塑料、细丝和刚性物体碎片。微塑料的主要来源是大型塑料制品的碎片。

基于ZooSCAN分析的结果显示，样品中微塑料的粒径范围从0.32 - 100mm不等，显示出不对称的频率分布。粒径小于2.5mm的小碎片占64%，粒径为2.5-5mm的碎片占27%，较大的碎片（大于5mm）占9%。微塑料的中位长度为1.95mm，碎片粒径随距离海岸的增加而增加，在小于1km、1-10km、大于10-46km处分别为1.85、2.76和3.86mm。

丰度数据结果显示，近海区域的微塑料丰度更高（图3）。在与海岸相邻1km的水域中，通常测量到高浓度的塑料碎片，范围从28000到578000个/km2不等，且大多数站位（56%）的浓度都超过100000个/km2。在距离海岸1-10km的水域中，微塑料浓度较低（100000个/km2以上的只有25%），而在距离海岸较远（10-100km和大于100km）的水域中，其浓度再次达到较高值（54%和89%的站位都超过了100000个/km2）。按到陆地的距离来看，小于1km、1-10km、10-100km、大于100km，微塑料浓度的平均值和偏差分别为158±157、80±38、176±216、370±378千个/km2。

图3 微塑料的浓度和聚合物组成与陆地距离的关系。饼状图显示了三个水带的聚合物组成；下图的绿色圆圈为该研究的微塑料丰度

在邻近沿海地区，微塑料浓度与沿海人口之间存在显著相关性（R=0.449, P=0.010, n=26）（图4）。常见的塑料类型是聚烯烃，特别是聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP），聚酰胺（PA）也是占比很大的塑料类型。另外，离岸1公里以外的地方发现了大量聚丙烯酸纤维（PAA）。这表明，沿海塑料污染的主要来源可能是附近的陆地来源和人类活动。

图4 A .与沿海城市相邻的海水表层微塑料浓度。B微塑料与浮游生物的比率与海岸距离的关系。

研究结论

该研究借助ZooSCAN浮游动物/微塑料图像扫描分析系统，揭示了地中海地区的海洋微塑料在不同离岸距离和区域的分布和丰度差异，强调了微塑料污染对海洋生态系统的威胁，为后续采取预防和监测措施来减轻海洋微塑料污染对生态、卫生和经济的潜在影响提供了基础数据。

参考文献

1. Pedrotti M L, Petit S, Elineau A, et al. Changes in the floating plastic pollution of the Mediterranean Sea in relation to the distance to land[J]. PloS one, 2016, 11(8): e0161581.