ZooSCAN圖像掃描分析系統(tǒng)助力LOV海洋微塑料分布研究

近日，法國LOV實驗室（Laboratoire d'Océanographie de Villefranche-sur-Mer；索邦大學(xué)和法國國家科學(xué)研究中心的聯(lián)合研究單位）的科學(xué)家Maria等人借助ZooSCAN浮游動物/微塑料圖像掃描分析系統(tǒng)，結(jié)合Manta拖網(wǎng)采集的樣品，對地中海西北部水域，特別是靠近海岸1km的水域內(nèi)的海洋微塑料進(jìn)行了廣泛的分析，并描述了其豐度、粒徑、聚合物成分與靠近陸地距離的關(guān)系。
 
研究背景
近年來，隨著工業(yè)生產(chǎn)和人類生活的需要，每年從陸地上產(chǎn)生而后又進(jìn)入海洋中的塑料數(shù)量多達(dá)數(shù)百萬噸。在靠近沿海人口密集的地區(qū)，每平方公里可發(fā)現(xiàn)數(shù)十萬個塑料碎片，塑料豐度與沿海人口的密度顯著相關(guān)。

海洋中的大多數(shù)塑料由漂浮在海水中的聚合物組成，如聚乙烯和聚丙烯，它們在沿海地區(qū)可能會由于海岸的沖刷作用，被快速破碎為小碎片，隨后會隨著風(fēng)和水流的運(yùn)動，輸送到最偏遠(yuǎn)的海洋地區(qū)。因此，距離海岸的距離可以看作是塑料在海上停留時間的代表，研究漂浮塑料碎片的豐度、大小或組成的變化有助于我們了解、控制海洋中塑料污染分布的過程。
 
研究過程
為進(jìn)行研究，Maria等人于2013年7月6日至8月6日期間，在地中海西北部的33個地點進(jìn)行了采樣，采樣站位距離陸地從0.3km-46km不等，其中54%的采樣站位位于與大陸海岸相鄰的1km水域內(nèi)（采樣站位見圖1）。
使用Manta拖網(wǎng)對微塑料樣品進(jìn)行采集。將采集到的樣品混合并轉(zhuǎn)移到一個2L的玻璃罐中，小心地從上清中揀出漂浮的塑料碎片，重復(fù)3到6次，以確保挑出了所有的漂浮塑料顆粒。之后，使用ZooSCAN浮游動物/微塑料圖像掃描分析系統(tǒng)（圖2）對采集的樣品進(jìn)行分析：（1）以2400dpi的分辨率對微塑料顆粒掃描成像；（2）用系統(tǒng)自帶的軟件對圖像進(jìn)行后處理，自動獲取每個微塑料顆粒的形態(tài)學(xué)參數(shù)，包括費(fèi)雷特直徑（ferret diameter，沿物體邊界任意兩點之間的最大距離）和表面積等。最后使用傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）法鑒定塑料的化學(xué)結(jié)構(gòu)。  
研究結(jié)果
研究結(jié)果表明，所有的采樣站位都存在微塑料碎片（圖1）。地中海水域存在大量塑料污染，主要是薄膜、泡沫塑料、細(xì)絲和剛性物體碎片。微塑料的主要來源是大型塑料制品的碎片。

基于ZooSCAN分析的結(jié)果顯示，樣品中微塑料的粒徑范圍從0.32 - 100mm不等，顯示出不對稱的頻率分布。粒徑小于2.5mm的小碎片占64%，粒徑為2.5-5mm的碎片占27%，較大的碎片（大于5mm）占9%。微塑料的中位長度為1.95mm，碎片粒徑隨距離海岸的增加而增加，在小于1km、1-10km、大于10-46km處分別為1.85、2.76和3.86mm。

豐度數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，近海區(qū)域的微塑料豐度更高（圖3）。在與海岸相鄰1km的水域中，通常測量到高濃度的塑料碎片，范圍從28000到578000個/km2不等，且大多數(shù)站位（56%）的濃度都超過100000個/km2。在距離海岸1-10km的水域中，微塑料濃度較低（100000個/km2以上的只有25%），而在距離海岸較遠(yuǎn)（10-100km和大于100km）的水域中，其濃度再次達(dá)到較高值（54%和89%的站位都超過了100000個/km2）。按到陸地的距離來看，小于1km、1-10km、10-100km、大于100km，微塑料濃度的平均值和偏差分別為158±157、80±38、176±216、370±378千個/km2。
在鄰近沿海地區(qū)，微塑料濃度與沿海人口之間存在顯著相關(guān)性（R=0.449, P=0.010, n=26）（圖4）。常見的塑料類型是聚烯烴，特別是聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP），聚酰胺（PA）也是占比很大的塑料類型。另外，離岸1公里以外的地方發(fā)現(xiàn)了大量聚丙烯酸纖維（PAA）。這表明，沿海塑料污染的主要來源可能是附近的陸地來源和人類活動。  
研究結(jié)論
該研究借助ZooSCAN浮游動物/微塑料圖像掃描分析系統(tǒng)，揭示了地中海地區(qū)的海洋微塑料在不同離岸距離和區(qū)域的分布和豐度差異，強(qiáng)調(diào)了微塑料污染對海洋生態(tài)系統(tǒng)的威脅，為后續(xù)采取預(yù)防和監(jiān)測措施來減輕海洋微塑料污染對生態(tài)、衛(wèi)生和經(jīng)濟(jì)的潛在影響提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
 
參考文獻(xiàn)
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.