《Marine Pollution Bulletin》：Plastic clean-up mechanisms: Experimental insights on their bycatch
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塑料清理技术误捕评估。实验对比浮筒轮式与气泡帘式两种非商用清理装置的误捕率，发现两者均非选择性，误捕率中位数18.4%-95.0%。参数包括塑料数量、流速及生物种类（种子/芦苇）对误捕比例有显著影响，种子误捕率37.5%高于芦苇25.0%。研究强调需平衡清理效率与生态影响，建立标准化评估框架。
朱莉娅·莱昂内（Giulia Leone）|安娜·I·卡塔里诺（Ana I. Catarino）|伊内·鲍威尔斯（Ine Pauwels）|马蒂亚斯·博萨尔（Mattias Bossaer）|雷吉娜·康达·奥科（Regine Conda Oco）|朱佳宇（Chia-Yu Chu）|彼得·特罗赫（Peter Troch）|彼得·L.M. 戈塔尔斯（Peter L.M. Goethals）|格特·埃弗拉特（Gert Everaert）
根特大学，水生生态学研究小组，生物科学工程学院，比利时根特
摘要 塑料清理技术是一种机械干预措施，旨在清除现有的塑料垃圾，从而改善水质和环境质量。尽管这些技术可能会无意中捕获有机物质和生物体，但目前缺乏相关数据，这阻碍了对它们实际影响的评估。本研究旨在通过实验评估两种非商业定制的清理机制在运行过程中的附带捕获比例：一种是将浮标与轮子和捕获装置结合使用的系统，另一种是使用气泡幕与捕获装置结合的系统。实验结果显示，这两种清理机制都具有非选择性，通常会同时捕获塑料物品和生物体（此处指植物衍生材料），附带捕获的中位比例根据参数和清理机制的不同而介于18.4%到95.0%之间。例如，当塑料物品数量增加时，结合轮子和捕获装置的浮标系统的附带捕获比例也有所上升；在生物体与100个塑料物品相互作用的情况下，附带捕获的中位比例为25.0%，而与气泡幕结合的系统则上升至35.9%。需要更多关于塑料清理技术的数据，以确保其在实现最小环境影响的同时带来净效益，并维持良好的水生生态状况。
引言 塑料清理技术（Plastic Clean-up Technologies, PCTs）是一种日益被采用的机械创新方法，用于清除环境中的塑料垃圾（Helinski等人，2021年；Leone等人，2023年；Schmaltz等人，2020年），从而减少水道中的塑料污染并改善环境和水质。然而，关于这些技术的附带捕获情况知之甚少，而这对于评估其整体环境影响至关重要（Falk-Andersson等人，2023年）。这些末端治理策略通常应用于水生环境，其中大部分部署在港口和内陆水道（Leone等人，2023年）。目前，塑料清理技术主要针对的是大块塑料（大于5毫米）（Griffin等人，2024年；Leone等人，2023年；Schmaltz等人，2020年），目的是防止大块塑料进入海岸和开阔海域。此外，这些技术旨在拦截、回收并捕获塑料物品，防止其分解成更小、更易被吞咽的微塑料颗粒（Sipe等人，2022年），同时避免相关化学物质的渗出（Capolupo等人，2020年）。塑料清理技术通常包括拦截机制（Leone等人，2023年称之为收集机制），用于收集塑料和其他垃圾；以及回收机制（Leone等人，2023年称之为移除机制），用于将收集到的塑料和其他垃圾移除。此外，这些技术还配备有捕获装置，用于存放被捕获的垃圾。
虽然塑料清理技术和活动在严重污染的环境和积聚区域可以成为重要的修复策略，但它们应与其他关键解决方案相结合，包括源头预防措施和循环经济（Wagner，2022年）。同时，这些技术应根据当地条件和目标垃圾类型（大小、类型等）进行定制，以确保在最大程度捕获垃圾的同时将环境影响降至最低（Leone等人，2022年）。因此，重要的政策框架（如《全球塑料条约》）已将修复措施纳入考虑，该条约是终结塑料污染的关键工具（UNEP/PP/INC.5/8，2024年）。然而，目前这些技术可能会无意中捕获除垃圾以外的其他物质，包括有机材料和生物体（Gasperi等人，2014年；Paris等人，2022年；Parker-Jurd等人，2022年）。部署这些技术时应尽量减少生态损害。因此，需要监测其附带捕获情况，因为生态或社会经济影响可能取决于当地生物体的各种特征，包括物种、生命阶段和捕获数量。例如，植物可能利用河流传播种子，但如果部署了人造结构（如水坝），这种传播可能会受到阻碍（Merritt和Wohl，2006年）。芦苇可以为鱼类（如梭鱼）提供庇护和觅食场所（Niemi等人，2023年），而其他（入侵性）物种（如水葫芦）在某些情况下可能造成生态和社会经济影响（Villamagna和Murphy，2010年）。因此，在部署塑料清理技术时必须谨慎考虑，包括监测附带捕获情况，以了解其潜在的生态影响。环境和操作参数（如河流条件、塑料和生物体的特性以及清理机制）会影响塑料的捕获量（Leone等人，2022年）。例如，在河流和内陆水道中，影响清理机制运行的典型因素包括水流速度等水力参数（Fuchs等人，2024年；Zhang等人，2022年）。其他参数可能包括物品的类型及其内在特性（Leone等人，2022年）。
只有少数独立研究对塑料清理机制和商业技术的性能进行了实证评估，并报告了它们的附带捕获情况（Gasperi等人，2014年；Paris等人，2022年；Parker-Jurd等人，2022年）。在码头使用的SeaBin塑料清理技术的评估表明，捕获的海洋生物死亡率较高（Parker-Jurd等人，2022年），或捕获的有机碎片数量较多（Paris等人，2022年）。同样，证据显示塞纳河中的漂浮碎片拦截浮标主要捕获的是植物碎片（Gasperi等人，2014年）。因此，开发塑料清理技术的研究人员和公司正在寻找监测和减少环境影响的策略（Egger等人，2025年；The Ocean Cleanup?，无日期）。然而，目前缺乏关于清理过程中捕获的生物体和有机材料的独立、基于证据、公开且符合FAIR标准（可找到、可访问、可互操作、可重复使用；Wilkinson等人，2016年）的数据（Bellou等人，2021年；Griffin等人，2024年）。为了全面应对塑料污染，需要一个具有全球标准的框架来规范潜在影响的评估，并基于独立实证数据确保塑料清理技术的净效益（Falk-Andersson等人，2023年；Bergmann等人，2023年）。
本研究的目标是获取关于两种非商业、通用和定制塑料清理机制在清除塑料过程中捕获的生物体（此处指两种植物衍生材料）和塑料的比例的实验数据。这些清理机制并非为商业目的开发，而是根据实验需求定制的。我们在一个水流槽中测试了两种可用于内陆水道的清理机制：(i) 结合轮子和捕获装置的浮标；(ii) 使用气泡幕与捕获装置的系统（Griffin等人，2024年；Helinski等人，2021年；Leone等人，2023年；Schmaltz等人，2020年）。具体来说，我们评估了在不同参数条件下（即不同的生物体和塑料物品，每种物品具有特定的内在特性、水流速度以及水流槽中不同数量的塑料物品）清除过程中捕获的植物衍生生物体的比例。我们的研究问题包括：(i) 在选定的参数下，塑料清理机制是否捕获生物体？(ii) 当测试具有不同特性的两种生物体时，捕获的生物体比例是否发生变化？(iii) 当存在具有不同内在特性的塑料物品时，捕获的生物体比例是否发生变化？(iv) 随着水流速度的变化，捕获的生物体比例是否发生变化？(v) 当生物体与不同数量的塑料物品相互作用时，捕获的生物体比例是否发生变化？我们期望获得的初步知识能为未来塑料清理技术的部署和操作提供决策支持。
测试参数和物品 在实验中，我们在水流槽中测试了生物体和塑料物品的捕获情况，同时考虑了生物体和塑料物品的内在特性、水流速度以及水流槽中存在的塑料和生物体的数量。我们评估了在不同参数条件下的附带捕获比例，即不同的生物体和塑料物品，每种物品具有特定的内在特性、水流速度以及水流槽中不同数量的塑料物品。
具有内在特性的生物体 结合轮子的浮标捕获的种子比例为37.5%，范围在32.5%到40.0%之间；捕获的芦苇比例为25.0%（24.3–25.7%）。根据三次重复实验的平均值，附带捕获/捕获的塑料 比例为种子为1.0（±0.1），芦苇为0.6（±0.1）。这意味着每捕获一个塑料物品时，会捕获0.6个芦苇物品。我们未发现不同生物体类型对附带捕获比例有显著影响。
讨论 测试的清理机制具有非选择性，因为通常会同时捕获塑料和生物体。我们的实验结果支持了先前的研究，即塑料清理技术在清除塑料的同时也会捕获动植物（Gasperi等人，2014年；Paris等人，2022年；Parker-Jurd等人，2022年）。在河流和河口，塑料清理技术的附带捕获情况受多种参数影响，包括物种特征和特性（Leone等人，
结论 这项实验工作旨在提供关于两种非商业通用塑料清理机制附带捕获比例的探索性和公开数据。我们的发现强调了在部署塑料清理技术时需要密切监督，因为它们可能会同时捕获其他物质（如植物衍生材料）。需要更多关于塑料清理技术效率和潜在影响的证据，以确保其净效益（
CRediT作者贡献声明 朱莉娅·莱昂内（Giulia Leone）： 撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，可视化，方法论，调查，数据分析，概念化。安娜·I·卡塔里诺（Ana I. Catarino）： 撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，监督，方法论，资金获取，数据分析，概念化。伊内·鲍威尔斯（Ine Pauwels）： 撰写 – 审稿与编辑，监督，概念化。马蒂亚斯·博萨尔（Mattias Bossaer）： 撰写 – 审稿与编辑，方法论，调查，概念化。雷吉娜·康达·奥科（Regine Conda Oco）：
资助 从2021年11月1日起，朱莉娅·莱昂内获得了弗兰德斯研究基金会（FWO）的博士研究资助（项目编号1S13522N，后更改为1S13524N），资助期限至2025年10月31日。该研究部分由欧盟通过“Horizon Europe”计划（项目编号101112879，INSPIRE - Innovative Solutions for Plastic Free European Rivers）资助（
https://inspire-europe.org 利益冲突声明 作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢 如果没有威廉·范布拉尔（William Vanblaere）和赫尔曼·范德埃尔斯特（Herman Van der Elst）在准备实验水流槽方面的帮助，以及汤姆·弗斯卢伊斯（Tom Versluys）在水流速度测量方面的贡献（根特大学，比利时），这项工作将无法完成。同时感谢所有在实验过程中提供宝贵意见的人士。特别感谢马蒂亚斯·埃弗拉特（Mathias Everaert）的宝贵帮助，以及约翰·奥韦克斯（Johan Auwerx）、尤里·佩皮博士（Dr. Yuri Pepi）和玛丽安娜·米兰达博士（Dr. Mariana Miranda）的贡献和富有成果的讨论。
