海洋潜水鸭体内的微塑料和中型塑料污染物：来自日本沿海的首次评估

塑料污染对日本太平洋沿岸冬季栖息的黑鸭和 Stejneger's 鹑的威胁研究。通过FTIR光谱分析10只鸟类的嗉囊样本，发现所有个体均受污染，中位数达240颗粒/鸟，其中99.8%为<200μm的塑料碎片，主要成分为聚乙烯和聚丙烯。研究揭示该类海鸭通过摄食受污染的底栖贝类摄入微塑料，并首次发现聚苯乙烯微粒和纳米塑料球体。建议后续关注纳米塑料的毒性效应。

　　

德永由里香 | 吉里佐登子 | 高田英茂 | 田中康辅 | 平田和彦 | 森口幸子 | 加藤卓也 | 池中良典 | 中山尚太 | 林山信一 | 石塚真由美

北海道大学兽医学院毒理学实验室，日本北海道札幌市，060-0818

摘要

塑料污染对海鸟构成了严重威胁，然而尽管海鸟在沉积物和受污染的猎物中面临较高的塑料暴露风险，但塑料与食软体动物物种之间的关系仍研究不足。由于沿海底栖环境是塑料污染的热点区域，那些在沿海栖息地潜水捕食软体动物（主要是底栖双壳类和腹足类）的海鸭可能特别容易受到影响。本研究首次评估了两种食软体动物海鸭——黑海鸭（Melanitta americana）和斯坦内格海鸭（M. stejnegeri）的塑料污染情况。通过对10只个体的砂囊样本进行碱性消化、酸性消化和密度分离后，使用傅里叶变换红外光谱法进行分析，得出了初步的塑料污染评估结果。所有样本中都检测到了微塑料，平均每只海鸭含有240个微塑料颗粒，相当于每克砂囊内容物中有7.3个微塑料颗粒。饮食和觅食栖息地可能是导致这种高塑料负荷的原因。99.8%的微塑料直径小于200微米（这一尺寸类别在之前的海鸭研究中未被考虑），且主要为碎片（两种物种中均超过98%），这些微塑料可能来源于受污染的猎物。聚乙烯和聚丙烯是最常见的塑料类型，占所有检测到的塑料的78.1%。然而，发现两个聚苯乙烯微塑料颗粒和一个聚苯乙烯中塑料球体，这可能与海鸭的觅食行为有关。鉴于海鸭的高暴露风险及其与摄食生态相关的潜在健康风险，以及它们的解剖学和生理特征，未来的研究应包括对组织中纳米塑料的定量分析，因为纳米塑料具有更大的毒理学风险。

引言

由于塑料的普遍性和持久性，塑料污染已成为全球性的环境危机。据估计，每年有0.7至2300万吨塑料进入水生生态系统（Jambeck等人，2015年；Borrelle等人，2020年；Zhang等人，2023年）。大多数海洋塑料沉积在海底（超过90%），并在沉积物中长期存在，使底栖环境成为塑料垃圾的主要聚集地（Pham等人，2014年；Andrady，2015年；Rellán等人，2023年）。

这些塑料的尺寸范围从大型宏观塑料（>25毫米）和中型塑料（5-25毫米）到微塑料（MPs，<5毫米）和纳米塑料（NPs，<1毫米）（Arthur等人，2009年；da Costa等人，2016年；Carbery等人，2018年；Gigault等人，2018年；Lenzi等人，2022年；Tanaka等人，2023年），来源包括初级和次级来源。初级塑料是专为特定用途生产的，如消费品（例如微珠）、肥料（例如微胶囊）和工业材料（例如树脂颗粒）。相比之下，次级塑料是通过较大塑料物品的分解无意中产生的，通常以碎片或纤维的形式出现（Song等人，2024年）。这些塑料通过非生物和生物降解过程产生，从而增加了它们被海洋生物吸收的潜力（Zhang等人，2021年）。

塑料污染的生态影响非常严重：已在包括鸟类在内的多种生物类群中记录到塑料垃圾的存在（Santos等人，2021年）。鸟类会受到塑料垃圾的缠绕影响，例如在沿海栖息地中被废弃的渔线缠住（Battisti等人，2023年）。海鸟摄入塑料的情况已有充分记录，其摄入频率和数量在所有鸟类中排名第三，仅次于海龟和海洋哺乳动物（Ugwu等人，2021年）。鸟类摄入塑料的方式有：i) 直接通过口腔摄入，可能将塑料误认为食物或砂砾；ii) 通过受污染的猎物进行营养级传递；或 iii) 通过吸入空气中的颗粒（Toda等人，1994年；Savoca等人，2016年；D'Souza等人，2020年；Tokunaga等人，2023年；Kibria，2024年；Wang等人，2025年）。

海鸟摄入塑料受多种因素影响：i) 分类群；ii) 觅食策略；iii) 饮食偏好；iv> 它们觅食范围内的塑料密度（Ryan，1987年；Roman等人，2019a）。根据Kibria（2024年）的研究，摄入塑料频率较高的鸟类包括食鱼鸟类，其次是食软体动物和食蟹鸟类。尽管预计到2050年99%的海鸟物种都会摄入塑料垃圾（Wilcox，2015年），但大多数研究仍集中在食鱼海鸭上，而食软体动物物种的研究仍严重不足（Santos等人，2021年；Kibria，2024年）。

尽管如此，已在几种食软体动物物种中记录到塑料摄入现象，其中一些物种的摄入频率很高，例如澳大利亚的澳洲蛎鹬（Haematopus longirostris）（Roman等人，2016年）和巴西的美洲蛎鹬（Haematopus palliatus）（Rossi等人，2019年），这两种物种的摄入率均为100%。其他记录还包括印度的斑尾鹬（Limosa lapponica）（Athira等人，2024年）和毛里塔尼亚的斑尾鹬（Louren?o等人，2017年），后者的摄入率也为100%。在海鸭（海洋潜水鸭）中，加拿大发现的普通绒鸭（Somateria mollissima）和白翅海鸭（M. deglandi）以及日本的凤头潜鸭（Aythya marila）和冠鸭（A. fuligula）也有塑料摄入现象（English等人，2015年；Holland等人，2016年；Toda等人，1994年），其中冠鸭的摄入率为85.7%。然而，现有研究的分类学和地理范围仍然有限，关于海洋潜水鸭物种的塑料摄入信息仍然不足。

本研究重点关注在日本沿海越冬的两种海鸭：黑海鸭（Melanitta americana）和斯坦内格海鸭（M. stejnegeri）。黑海鸭（属Melanitta）属于鸭科，分布于全球温带和亚北极地区的沿海和内陆水域。这些潜水海鸭在浅海沙底栖息地觅食，主要以底栖软体动物为食，偶尔也会摄入甲壳类动物（Morii等人，2021年）。

底栖双壳类和腹足类容易吸收下沉的微塑料（Wright等人，2013年）。无论是野生种群还是商业养殖的海产养殖鱼类，都报告了较高的微塑料检测率（Danopoulos等人，2020年；Wang等人，2021年；Khanjani等人，2023年），一些研究表明它们的微塑料含量比鱼类更高（Wright等人，2013年；Danopoulos等人，2020年；Rios-Fuster等人，2022年；Siddique等人，2022年）。软体动物对微塑料的吸收与其觅食生态和行为密切相关（Porter等人，2023年）。适合悬浮摄食者（如双壳类）大小的微塑料类似于浮游食物，因此容易被摄入，尽管双壳类可以根据形态选择性地摄入或拒绝微塑料；较小的微塑料仍会被摄入（Browne等人，2008年；Wright等人，2013年；Ward等人，2019年），这表明双壳类特别容易受到微塑料的影响。然而，最近的一项研究表明，杂食性动物、捕食者和底栖摄食者比悬浮摄食者和食腐动物具有更高的微塑料负荷，这是由于生物累积作用（Browne等人，2008年；Van Cauwenberghe和Janssen，2014年；Sussarellu等人，2016年；Sharifinia等人，2020年；Porter等人，2023年）。总体而言，从底栖软体动物到黑海鸭和斯坦内格海鸭的营养级传递可能是微塑料暴露的重要途径。

塑料摄入的可能性既与饮食偏好有关，也与生态觅食栖息地有关。从垂直角度来看，密度大于海水的微塑料（如聚苯乙烯（PS）会下沉并在底栖沉积物中积累（Andrady，2011年）。表面生物膜的形成以及随后被藻类和其他海洋生物（包括附着生物）的殖民会增加颗粒的密度，从而增强原本具有浮力的微塑料的下沉（Lobelle和Cunliffe，2011年；Thangavelu等人，2011年；Zettler等人，2013年；Woodall等人，2014年；Andrady，2015年）。此外，微塑料可以融入海洋雪中，这是一种由有机和无机物质（如碎屑、粪便颗粒、浮游生物残骸和矿物颗粒）组成的混合物，成为微塑料向海底垂直传输的有效载体（Galloway和Porter，2024年）。从水平角度来看，由于河流输入、河口流出物、水动力作用以及人口密集地区的活动增加，微塑料在沿海水域更为集中，使沿海地区成为塑料垃圾的重要储存库和陷阱（Reisser等人，2015年；Mu等人，2019年；Nakano等人，2021年；Onink等人，2021年；Harris等人，2023年；Gündo?du等人，2026年；Ramtahal等人，2025年）。因此，沿海底栖环境成为污染热点，增加了底栖和底栖生物（包括以底栖为食的海鸟）的暴露风险。

尽管黑海鸭和斯坦内格海鸭的摄食生态可能导致较高的塑料暴露风险，但它们体内的塑料污染情况仍知之甚少。本研究的目的是确定这些海洋潜水鸭体内塑料的存在、数量和特征。为此，我们检查了这些物种在日本砂囊的内容物，以半定量评估塑料污染情况。使用傅里叶变换红外（FTIR）和微傅里叶变换红外（μFTIR）光谱法分析了分离出的颗粒，以确定它们的物理和化学特性。我们还研究了潜在的猎物生物，并假设在可能的暴露途径中，饮食摄入可能是这些物种摄入塑料的合理途径。由于本研究中同时检测到了微塑料和中型塑料，因此除非另有说明，否则“塑料”一词在此统指这两种尺寸类别。

研究区域

采样地点位于日本中部的太平洋沿岸，分别是七里滨海滩（神奈川县）和片海海滩（千叶县），这些地方是黑海鸭和斯坦内格海鸭越冬期间使用的海域（图1）。样本是通过偶然收集搁浅的尸体获得的；因此，没有预先定义的样地、样带或对照区域。这些采样地点代表了越冬沿海海滩的典型代表

塑料的丰度

从黑海鸭（n = 6只）和斯坦内格海鸭（n = 4只）中分别分离出了3999个和1440个塑料颗粒。黑海鸭每只个体的平均塑料颗粒数为248个（IQR：111–1276；范围：73–2409），斯坦内格海鸭为182个（IQR：106–807；范围：98–998）。黑海鸭的平均值±标准差为667±900，斯坦内格海鸭为365±426。所有样本中都检测到了塑料，出现率为100%（10个样本全部含有塑料）

研究中的海鸭与其他海洋生物的塑料丰度比较

据我们所知，这是首次报告黑海鸭和斯坦内格海鸭体内的塑料污染情况。两种物种的所有样本中都检测到了塑料（表1），这是海鸟中记录的最高污染率之一（Kibria，2024年）。尽管样本类型不同，但在其他食软体动物海鸭中也记录到了高频率的塑料摄入现象：澳洲蛎鹬（前胃和砂囊内容物；Roman等人，2016年）和美洲蛎鹬

结论

本研究首次调查了日本太平洋沿岸两种食软体动物鸟类——黑海鸭和斯坦内格海鸭的塑料污染情况。在所有砂囊样本中都检测到了塑料，污染水平很高：平均每只海鸭含有240个颗粒，范围从73到2409个。这些结果可能反映了觅食栖息地和饮食的共同影响。其中小型颗粒（<200微米）占多数，这些颗粒可能来源于受污染的猎物

CRediT作者贡献声明

德永由里香：撰写——初稿撰写、可视化、验证、资源获取、方法论、调查、数据分析、概念化。吉里佐登子：验证、方法论、调查、数据管理。高田英茂：撰写——审稿与编辑、资源获取、方法论、资金获取。田中康辅：撰写——审稿与编辑、资源获取、方法论、资金获取。平田和彦：撰写——审稿与编辑、资源获取、方法论、资金获取

资金支持

本研究得到了日本鸟类研究协会、文部科学省/JSPS KAKENHI挑战性研究资助（Pioneering，25 K21816）对石塚真由美的支持，以及JSPS KAKENHI研究员资助（JP24KJ0315）对德永由里香的支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢编辑和匿名审稿人的建设性意见，这些意见极大地改善了手稿的质量。作者衷心感谢黑泽泰治在甲壳类动物鉴定方面的专业知识，井村水枝博士和 Mizui Genta 提供的标本，以及 Greg Nye 在鸟类生态学和分类学方面的专业知识。我们还要感谢 Suzuki Ryotaro、Hori Kotone、Nippon野生动物医学实验室的成员们