浮游生物泵揭示南海微塑料分布输运机制

近期，华东师范大学科研团队聚焦南海西北部水体微塑料的分布特征、来源及输运机制展开专项研究。团队采用大型原位过滤装置——浮游生物泵，系统获取了50~1000米水层的微塑料定量数据，为深入解析边缘海微塑料垂直迁移过程、评估海洋污染生态风险提供了关键科学依据。

研究背景

微塑料污染已成为全球性重大海洋环境问题。海洋作为微塑料的主要汇集体，传统研究多聚焦于表层水体，并普遍认为微塑料主要通过洋流实现水平方向的扩散传输。然而，微塑料的迁移过程并非局限于表层，其也可通过多重机制发生垂直迁移，包括物理过程（如湍流、温盐环流）及生物地球化学过程（如生物附着、海洋雪聚集、粪便颗粒沉降），使整个水柱成为潜在的微塑料储库。

南海作为西太平洋半封闭边缘海，受高强度人类活动与大型河流输入影响，其表层微塑料污染已获证实，但关于中深水层（尤其是500米以深）微塑料的分布、组成与通量数据极为匮乏，严重制约了对该区域塑料全路径输运与深海生态风险的理解。

为填补这一空白，研究团队采用大体积原位过滤技术（浮游生物泵），对南海西北部50~1000米水柱进行系统采样，旨在获取其垂直分布基线数据，并揭示环境因子与输运机制的关键影响。

研究方法

研究于2020年夏季在南海西北部3个站位（沿115°E分布，图1）开展，采用浮游生物泵（KC Denmark，图2）进行大体积原位过滤，共采集50~1000米水层的11个样品。采样后，通过立体显微镜进行形貌观察与计数，并利用微傅里叶变换红外光谱（μ-FTIR）鉴定聚合物组成。之后采用多种数据分析方法探究微塑料分布与环境因子之间的关系。

浮游生物泵工作原理：该设备通过抽水泵持续抽取含有微塑料的海水样品，海水流经配套过滤网衣时，微塑料颗粒被截留，最终目标微塑料样品富集于网底收集管内，从而完成整个采样操作。

图1 南海西北部采样站位

图2 浮游生物泵工作原理示意图及现场工作图

研究结果

1.丰度与垂直分布：微塑料丰度范围为0.2~1.5 n/m³，平均值为0.56 ± 0.40 n/m³。丰度随深度增加呈显著下降趋势（r = -0.74，p < 0.01），50米层平均丰度最高（1.00 ± 0.43 n/m³），1000米层降至0.2 n/m³（图3）。

图3 各采样站位的微塑料丰度（a：W1，b：W2，c：W3）及平均微塑料

2.组成特征：微塑料以碎片（72.58%）和纤维（20.97%）为主（图4），颜色以透明（43.55%）和绿色（22.58%）居多。聚合物以聚丙烯（PP）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）为主（各占22.58%），其中PET多存在于纤维与碎片中。

图4 各采样站位不同水层中微塑料的形态、颜色及聚合物类型组成

3.粒径分布：微塑料平均粒径为0.91 ± 0.97 mm（图5），不同水层间无显著差异（p > 0.05），但500米层平均粒径最大（1.14 ± 1.46 mm）。小于1 mm的微塑料占总数的70%以上。图5为南海西北部水体中不同深度（a）、不同站位（b）及频率分布（c）的微塑料粒径。

图5

4.来源与输运机制：NMDS分析表明，透光层（<200 m）与无光层（>200 m）微塑料群落具有较高相似性（图6），说明水柱微塑料主要来源于表层水。Mantel检验显示，微塑料丰度与水深、盐度、密度呈显著负相关，与电导率、溶解氧呈正相关。尽管PP、PE等低密度聚合物理论上应漂浮于表层，但本研究在深水层（如800米）仍检出其存在，说明生物过程与物理过程共同驱动微塑料向深层迁移。图6为各采样站位的微塑料NMDS分析（a）及微塑料丰度、特征与环境因子的Mantel检验（b）。

图6

研究结论

本研究借助浮游生物泵这一大体积原位过滤设备，首次系统揭示了南海西北部水柱中微塑料的垂直分布特征。结果表明，微塑料在整层水柱中均有分布，且其丰度随深度递减。组成以碎片和纤维为主，PP与PET为主要聚合物类型。微塑料的垂直迁移受多种海洋过程共同调控，不仅受密度与海水物化性质影响，生物活动及海洋动力过程亦起到关键作用。

研究结果凸显了浮游生物泵作为大体积原位采样方法的核心优势，为南海微塑料污染评估与管控提供了重要数据。未来应进一步开展标准化方法研究，并通过跨学科手段深化对微塑料垂直输运机制及其生态效应的理解。

参考文献

1.Li, C. J., Zhu, L. X., Wang, X. H., & Li, D. J. (2025). Elucidating the distribution and characteristics of microplastics in water column of the northwestern South China Sea with a large-volume in situ filtration technology (plankton pump). Frontiers in Marine Science, 12, 1556592. https://doi.org/10.3389/fmars.2025.1556592