濒危加拉帕戈斯海豹体内的微塑料污染：一项全面的区域评估

本研究评估加拉帕戈斯海狮微塑料（MP）摄入情况，分析空间分布、聚合物组成及人为与海洋动力因素影响。检测到44.4%样本含MP，主要成分为纤维（黑、蓝为主），源自城市及渔业活动，揭示多因素交互作用，强调保护策略需整合陆基管理、海洋动态及物种生态。

安德烈斯·莫雷拉-门迪埃塔（Andrés Moreira-Mendieta）|奥代·加西亚-加林（Odei Garcia-Garin）|沃尔特·维瓦斯-瓦卡（Walter Vivas-Vaca）|迭戈·O·乌尔基亚（Diego O. Urquía）|马西米利亚诺·德拉戈（Massimiliano Drago）|瓦莱里亚·奥乔亚-埃雷拉（Valeria Ochoa-Herrera）|玛乔丽·里奥弗里奥-拉索（Marjorie Riofrío-Lazo）|阿松森·博雷尔（Asunción Borrell）|迭戈·帕埃斯-罗萨斯（Diego Páez-Rosas）

基多圣弗朗西斯科大学（Universidad San Francisco de Quito, USFQ），加拉帕戈斯科学中心（Galapagos Science Center），地址：阿尔萨西奥·诺尔蒂亚大道（Av. Alsacio Northia），圣克里斯托瓦尔岛（Isla San Cristóbal），加拉帕戈斯群岛（Galápagos），厄瓜多尔

摘要

合成聚合物对海洋生物多样性构成了持续的全球性威胁，由于缓解措施不足，这一问题引发了广泛关注。本研究旨在评估濒危的加拉帕戈斯海狮（Zalophus wollebaeki）摄入微塑料（MP）的情况，分析其空间分布模式、聚合物组成，以及人为压力和海洋因素的影响。我们分析了来自加拉帕戈斯三个生物区域的六个繁殖地的160份粪便样本，通过标准化的消化光谱鉴定方法量化微塑料的摄入量，并评估其来源和驱动因素。在44.4%的样本中检测到了微塑料，平均每份粪便中含有0.69 ± 1.06个微塑料颗粒，其中纤维（91.8%）和深色颗粒（黑色：44%，蓝色：43%）占主导。靠近城市区域的繁殖地和西侧暴露区域的繁殖地微塑料含量较高（每份粪便中约含有1个微塑料颗粒），而偏远地区的含量较低（每份粪便中约含有0.5个微塑料颗粒）。μFT-IR分析鉴定出12种聚合物类型，主要是玻璃纸（29%）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET；27%）和聚丙烯-聚乙烯共聚物（PP-PE；14%），这些来源与人类活动和渔业活动相关。然而，结合繁殖地和觅食区域的空间信息的广义线性回归和多项式回归模型并未发现单一的主导因素，表明当地人类活动、海洋力量和生态适应之间存在复杂的相互作用。这种多因素模式表明，微塑料通过长期海洋传输和局部污染两种途径进入该物种体内，其影响受到猎物多样性和海狮觅食行为的调节。这些发现进一步强调了原始和偏远生态系统对全球塑料污染的脆弱性，呼吁采取整合陆地管理、海洋动力学和物种生态学的保护策略。

引言

合成聚合物（即塑料）由于具有高耐用性、耐腐蚀性、轻质和低成本等特性，对海洋生物多样性构成了持续的全球性威胁（Meng等人，2020年；Pelamatti等人，2021年）。这些材料主要由石油、煤炭和天然气行业的有机和无机原料制成（Shah等人，2008年）。全球约90%的塑料产量来自化石基聚合物（例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯）（Walker & Rothman，2020年）。尽管如此，也有利用生物资源生产生物聚合物的替代方案（例如聚乳酸、聚羟基烷酸酯、半合成纤维素）（Rujnić-Sokele & Pilipović，2017年；Walker & Rothman，2020年）。然而，面对不断增长的现代社会需求，塑料垃圾的管理策略仍然效率低下，2023年的塑料产量估计为4.138亿吨（其中超过90%为化石基塑料），回收率不足10%（PlasticsEurope，2024年；Geyer，2020年；Pires等人，2022年）。

进入海洋的塑料垃圾会经历多种降解过程，最终形成中等大小（5000至10000微米）、微小（1至5000微米）和纳米（0.001至1微米）的颗粒（Andrady，2017年；da Costa，2018年），这些颗粒能够吸附和传输污染物（例如持久性有机污染物、重金属和抗生素）（Godoy等人，2019年；Kinigopoulou等人，2022年；Rafa等人，2024年）。这些颗粒在海洋环境中具有高度持久性，经过缓慢的破碎和表面变化后，可能在其所在海域长期累积（Barnes等人，2009年）。微塑料根据来源分为两类：（a）初级微塑料，直接以小颗粒形式用于化妆品和清洁产品；（b）次级微塑料，由较大塑料的降解产生（Rafa等人，2024年）。初级微塑料主要来源于工业和消费应用（例如个人护理产品、合成纺织品），而次级微塑料则主要通过紫外线暴露、机械磨损和较大垃圾的风化形成（Barnes等人，2009年；Barari等人，2024年）。由于物理（例如颜色、大小、形状、密度）和化学（例如聚合物类型）特性，微塑料在全球海洋生态系统中具有高度生物可利用性，尤其是在太平洋（Bakaraki Turan等人，2021年）。

海洋生物通过摄食活动吸收微塑料，既可以直接从水中摄取，也可以通过食用受污染的猎物间接摄取（Horton & Barnes，2020年；Moreira-Mendieta等人，2023年）。其中，海洋哺乳动物尤为值得关注：低营养级的物种（例如须鲸和海牛）容易直接摄入微塑料，而高营养级的物种（例如齿鲸和鳍足类动物）则通过食物链传递受到影响（Zantis等人，2021年）。微塑料的暴露引发了日益严重的生态毒性问题，因为摄入微塑料与胃肠道损伤、炎症、氧化应激、内分泌紊乱和免疫系统改变有关（Rios等人，2007年；Zantis等人，2021年；Barari等人，2024年）。微塑料还能吸附并传输共存的污染物，如农药、金属和持久性有机污染物，从而增加摄入后的综合毒性（Yari等人，2024年；Esmaeili Nasrabadi等人，2023年）。这些相互作用表明微塑料不仅是物理压力源，还可能通过海洋食物网放大污染物的传播（Rafa等人，2024年），这对长期生存的顶级捕食者构成了保护挑战（Nelms等人，2018年；Zantis等人，2021年）。

即使在最原始和偏远的生态系统（如加拉帕戈斯海洋保护区GMR）中，塑料污染也普遍存在（Horton & Barnes，2020年；Muñoz-Pérez等人，2023年）。这个独特的岛屿系统是加拉帕戈斯海狮（GSL，Zalophus wollebaeki）的栖息地，这种特有的濒危鳍足类动物被视为该地区生态健康的指示物种（Páez-Rosas和Guevara，2017年）。由于气候变化、新出现疾病、过度捕捞、栖息地退化和污染等多种威胁，GSL的数量在过去四十年下降了约50%（Riofrío-Lazo等人，2017年；Páez-Rosas等人，2021年）。像微塑料摄入这样的亚致死性压力可能会进一步加剧这些压力，影响已经脆弱的种群生理健康（Zantis等人，2021年）。证据表明，这些污染物通过栖息地条件和食物链传递在群岛东南部的GSL繁殖地中存在（Moreira-Mendieta等人，2023年）。最近的全球评估强调了标准化监测和深入了解不同地区及物种中微塑料生态影响的紧迫性，特别是对于保护相关的物种（Zantis等人，2021年）。

海洋洋流和盛行风向是直接影响GMR中微塑料空间分布的具体因素（Jones等人，2021年；Muñoz-Pérez等人，2023年）。这在圣地亚哥岛（Santiago Island）的中部地区得到了证实，那里的微塑料污染明显受到风向模式的影响（Muñoz-Pérez等人，2023年）。然而，这些影响在西部地区（费尔南迪纳岛和伊莎贝拉岛）尚未得到充分研究，该地区受到赤道潜流的影响，潜流带来了富含营养的水，促进了生物多样性的繁荣（Edgar等人，2008年）。因此，我们旨在全面评估GMR内主要繁殖地的微塑料污染情况，包括生态环境和社会影响不同的岛屿，特别是尚未探索的西部地区。通过研究这种栖息在对比环境中的濒危特有鳍足类动物的微塑料分布，我们将能够评估其暴露途径和潜在的生态毒性风险，为未来的研究提供重要参考。

样本收集

2023年4月至8月期间，在GMR不同生物区域的六个主要繁殖地沿岸收集了160份成年加拉帕戈斯海狮（GSL）的新鲜粪便：西部地区——伊莎贝拉岛的Puerto Villamil（30份）和Caleta Webb（16份）；费尔南迪纳岛的Cabo Douglas（30份）；中部地区——圣地亚哥岛的Sombrero Chino（24份）；东南部地区——圣克里斯托瓦尔岛的El Malecón（30份）和Floreana岛的Champion（30份）（图1、图2、图3）。

定量与物理特性分析

在分析的GSL粪便样本中，44.38%的样本含有微塑料，平均每份粪便样本中含有0.69 ± 1.06个微塑料颗粒。其中纤维是最主要的形态（91.81%），其次是碎片（4.55%）和薄膜（3.64%）。Puerto Villamil和Caleta Webb繁殖地的微塑料含量最高。

微塑料组成与营养级联系

尽管先前的研究表明GSL摄入的微塑料数量少于大陆海岸的鳍足类动物（Moreira-Mendieta等人，2023年），但本研究发现的微塑料普遍存在。值得注意的是，GSL粪便中微塑料的缺失可能反映了环境分布的不均匀性、快速的胃肠道通过以及选择性摄入含少量微塑料的猎物，而非完全未受影响（Nelms等人，2018年；McMullen等人，

结论

我们的研究发现GSL广泛摄入微塑料，44.4%的样本含有微塑料，其中纤维（91.8%）和深色（44%）占主导。μFT-IR分析鉴定出12种聚合物类型，包括玻璃纸（29%）、PET（27%）和PP-PE（14%），这些来源与城市地区和渔业活动有关。微塑料的数量和种类在不同繁殖地之间存在差异，Puerto Villamil和Caleta Webb的微塑料含量最高（平均每份粪便约含有1个微塑料颗粒），而Cabo Douglas的微塑料含量较低。

CRediT作者贡献声明

安德烈斯·莫雷拉-门迪埃塔（Andrés Moreira-Mendieta）：撰写——审稿与编辑、原始稿撰写、可视化、项目管理、方法论设计、调查实施、资金获取、数据分析、概念构建。奥代·加西亚-加林（Odei Garcia-Garin）：撰写——审稿与编辑、验证、监督、方法论设计、调查实施。沃尔特·维瓦斯-瓦卡（Walter Vivas-Vaca）：撰写——审稿与编辑、方法论设计、调查实施、数据分析。迭戈·O·乌尔基亚（Diego O. Urquía）：撰写——审稿与编辑、验证、调查实施、数据分析。

伦理声明

本研究已获得USFQ和GNPD的批准，研究许可编号为PC-19-23、PC-12-24和PC-33-25。

资金支持

本研究得到了Rufford基金会（The Rufford Foundation）提供的第二笔Rufford小型资助（项目编号：39595-2）以及Galapagos Conservancy通过Fundación Conservando Galápagos的支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢GNPD提供的后勤支持、研究许可，以及用于建模人为压力的渔业和旅游数据。同时，我们也感谢USFQ、加拉帕戈斯科学中心（GSC）、巴塞罗那大学（UB）的进化生物学、生态学和环境科学系（Department of Evolutionary Biology, Ecology and Environmental Sciences）以及生物多样性研究所（IRBio）提供的数据处理和分析设施。