该方案重点介绍海龟样本的采集,详细描述了从动物回收、尸体解剖到摄入海洋垃圾的分类与定量分析的全部步骤。此外,代表性结果展示了如何利用所收集的数据,制定良好环境状态的可能阈值。
该方案重点介绍海龟样本的采集,详细描述了从动物回收、尸体解剖到摄入海洋垃圾的分类与定量分析的全部步骤。此外,代表性结果展示了如何利用所收集的数据,制定良好环境状态的可能阈值。
本方案旨在响应欧盟《海洋战略框架指令》(MSFD)中欧盟委员会决定所规定的D10C3标准,该标准涉及海洋动物摄入的海洋垃圾数量。本文提供了从死亡海龟体内提取摄入垃圾的标准方法以及数据分析指南。方案从收集死亡海龟个体开始,并根据其腐败程度对样本进行分类。海龟尸体解剖必须在授权机构进行,本文所述方案详细说明了胃肠道(GI)组织分离的最佳操作流程。胃肠道的三个部分(食道、胃、肠)应分别分离,沿纵轴剪开,并使用孔径为1 mm的筛网过滤内容物。文章描述了对摄入垃圾的分类与定量方法,将胃肠道内容物分为七类海洋垃圾和两类天然残留物。摄入垃圾的数量应以总干重(单位为克,保留两位小数)和丰度(物品数量)进行报告。本方案提出了实现良好环境状态(GES)的两种可能情景。第一种情景:"在每个次区域采集的50至100只死亡海龟样本中,胃肠道内含有Y克或以上塑料的海龟比例应低于X%",其中Y为海龟摄入塑料的平均重量,X%为摄入塑料重量(以克计)超过Y的海龟所占百分比。第二种情景以食物残留物与塑料的比例作为个体健康状况的代理指标,即:"在每个次区域采集的50至100只死亡海龟样本中,胃肠道内塑料重量(以克计)超过食物残留物重量的海龟比例应低于X%"。
海洋垃圾是一个复杂的问题,因其可通过多种来源和形式进入海洋。在海洋环境中发现的垃圾中,超过80%由塑料构成。1从经济角度来看,这种材料在过去50年中的作用日益增强。因此,自1960年以来,其产量已增长了二十倍,到2016年达到3.35亿吨。预计在未来20年内,这一数值还将翻一番。2此外,据估计每年约有500万至1300万吨塑料进入海洋,相当于全球塑料产量的1.5%至4%。2,3塑料的迁移受到其物理特性(如浮力)或环境因素(如潮汐和水流)的影响,并可在所有海洋环境中累积。4,5面对塑料污染问题,重要的是要牢记,与其他许多环境问题一样,该问题具有跨国界性,因此治理方案的制定与实施面临复杂挑战。6为更好实现这一目标,我们必须考虑区域性和国际性框架,以加强或维持全球范围内的海洋环境意识与保护7欧盟《海洋战略框架指令》(MSFD)的最终目标是到2020年在欧洲海域实现良好的环境状态(GES),以保护海洋生物多样性,并促进海洋环境的可持续利用。该目标将通过11项定性描述符来实现,其中描述符10聚焦于海洋垃圾,其定义为 "海洋垃圾的性质和数量不会对沿海和海洋环境造成危害". 在此描述符中,新委员会决议8 决定添加标准 D10C3-"海洋动物摄入的垃圾和微小垃圾量尚未达到对相关物种健康产生不利影响的水平"- 因其被视为评估GES时的相关标准。因此,要求各成员国通过区域或次区域合作,列出物种清单,制定方法学标准并确定阈值。
1838年首次科学发表后9,关于一只摄入了烛台的海燕,已有超过500种海洋物种被记录摄入海洋垃圾10,11,12,13,14,海龟是最早被记录到摄入塑料碎片的类群之一15由于海龟,特别是红海龟,具有摄食垃圾的倾向,分布广泛,且在生命周期中会利用多种多样的栖息地, Caretta caretta (Linnaeus 1758)被选为地中海盆地的潜在指示物种16,像海鸟一样 Fulmarus glacialis (林奈,1761)用于北欧水域17即使经过五十年的研究,关于方法标准化的讨论仍然非常有限18 并且科学界在量化野生动物摄取塑料方面缺乏统一的方法19需要制定标准化的采样方案以及用于评估海洋生物摄取塑料的分析检测方法和指标;最近一篇论文揭示了利用海洋物种作为塑料污染生物指示剂的潜在优势与局限性20. 根据 Matiddi 等人于 2011 年提出的方法21 将棱皮龟用作生物指示物种,以及海洋垃圾技术工作组报告22,一项针对海龟摄入海洋垃圾的特定方案已在地中海和大西洋的七个国家由十个合作伙伴共同开发并测试,该工作属于欧洲项目INDICIT(GA n°11.0661/2016/748064/SUB/ENV.C2)的一部分。该方案为分析海龟摄入的海洋垃圾提供了标准化方法,以支持欧盟委员会新颁布的决定(EU)8,标准D10C3,其中要求提供阈值。根据COM提供的定义8阈值是一个数值或范围,可用于评估是否达到了质量水平标准,从而有助于评估GES。本研究提出的评估海龟摄入垃圾的方案,将有助于收集有关垃圾组成和丰度的数据,并评估其对海洋环境的影响。此外,收集此类标准化数据将有助于确定阈值。本文中我们考虑两种情景。第一种情景参考了在OSPAR区域实施的管鼻鹱垃圾生态质量目标(EcoQO)监测方案。 "每个亚区域采集的50至100只死亡海龟样本中,胃肠道内摄入塑料重量等于或超过Y克的海龟比例应低于X%。其中,Y为所有样本中个体摄入塑料的平均重量(单位:克),X%为摄入塑料重量超过Y克的海龟所占百分比。第二个指标旨在考虑个体健康状况的替代参数: "每个亚区域采集的50至100只死亡海龟样本中,胃肠道内塑料重量(克)超过食物残留物重量的海龟比例应低于X%",其中将摄入的塑料重量与每个个体体内残留的食物重量进行比较。
建议收集一系列“基本”和“可选”参数。基本参数对应实现标准 D10C3 所需的最低限度核心参数,而可选参数则有助于进一步了解海龟的行为与生物学特征。本文提供了观察数据记录表以及野外个体采样和实验室垃圾分析所需材料清单,以便通过标准化表格促进数据记录和统计分析。海洋垃圾的子类别根据物品的形状和类型进行划分。需考虑海龟食物残余以及任何非食物类天然物质(如石块、木材、浮石等),以评估阈值并分析动物的食性。本方案中的所有实验活动均依照相关国家法律及国际规定在死亡海龟上进行。所有尸体解剖必须在授权中心开展。
1. 尸体采样:填写观察表(补充文件1和2中的附录1)

图1:标本的身体状况等级或分解状态。请点击此处查看此图的放大版本。
2. 海龟尸检:生物测量及胃肠道内容物提取

图 2:海龟尸检步骤示意图。(a)死亡海龟的腹面观。黄色线条表示切割路径,用于将腹甲与海龟其余部分分离。(b,c)水平切口,以避免损伤内部器官。(d)打开后的海龟腹面观。(e)胃肠道(GI)的取出。(f)完整胃肠道的视图,黄色箭头指示夹钳应固定的位置,以便分离胃肠道的三个不同部分。请点击此处查看此图的放大版本。
3. 数据采集与分析:海洋垃圾分类
本方案基于MSFD指南22,由来自地中海和欧洲大西洋沿岸7个国家的50多位利益相关方(包括救助中心、搁浅网络的生物学家、兽医及研究实验室)共同构建并不断完善,旨在提供一种标准化、可行且易于操作的海龟摄食海洋垃圾评估方法。该方案已在红海龟(loggerhead turtles)中进行了测试,其中大部分操作步骤也适用于其他海龟物种。本方案取得的首个重要成果是根据视觉特征将海洋垃圾划分为七个类别(图3)。该分类体系源自Fulmar EcoQo17,25,并结合作者在海龟生态学领域的实践经验进行了调整。第一类为工业塑料(IND PLA),主要包括塑料颗粒和粒料,通常呈圆柱形或圆形,也有椭圆形或立方体形,在红海龟消化道中检出率通常最低16,26。第二类为片状使用后塑料(USE SHE),如塑料袋、农用地膜或塑料薄膜,形状不规则,但始终具有薄而柔韧的特性。第三类为绳索、纤维及其他线状材料(USE THR),通常由尼龙制成,常见于“幽灵渔具”的残留物。第四类为所有发泡塑料(USE FOA),例如聚苯乙烯泡沫或发泡软橡胶。第五类为硬质塑料碎片(USE FRA),在胃肠道内容物中极为常见,颜色多样,由较大塑料件破碎而成,通常质地坚硬,形状不规则,边缘尖锐且扭曲。其他所有塑料物品,包括橡皮筋、致密橡胶、气球碎片和软质气枪子弹等,归入其他使用后塑料类别(USE POTH)。所有非塑料类海洋垃圾,如烟头、报纸、生活垃圾和硬质污染物,则统一归入非塑料类垃圾(OTHER),尽管这些物质在海龟体内较少发现。此外还有两类不属于海洋垃圾的物质:(i)海龟自然食物残余(FOO);(ii)任何不被视为海龟猎物的天然物质,如石块、木材或浮石(NFO)。
图4 展示了海洋垃圾类别干重的代表性结果示例,其中片状塑料(USE SHE)是最丰富的类别,塑料袋或其碎片是主要的摄入物。在项目数量(丰度)方面,图5 显示了类似的结果。表1 展示了六个不同区域垃圾干重分析的一个示例结果,该结果可用于根据欧盟《海洋战略框架指令》(MSFD)的要求设定阈值。这些区域应由例如国家或地中海流域的次区域来代表。报告的平均值是通过所有被检测个体计算得出的,包括未摄入海洋垃圾的样本。根据我们的示例,区域5代表了地中海流域最清洁的区域,该区域的数据可用于设定需达到的阈值。对于该区域,第一种情景可以是:“在50至100只海龟的样本中,胃肠道内含有0.5 g或更多塑料的海龟比例应低于25%”。第二种情景可以是:“在50至100只海龟的样本中,胃肠道内塑料克数超过食物残渣(FOO)的海龟比例应低于32%”。

图3:用于海洋龟类摄食监测的海洋垃圾类别示例。 (a) IND PLA, (b) USE SHE, (c) USE THR, (d) USE FOA, (e) USE FRA, (f) USE POTH, (g) OTHER, (h) FOO。 请点击此处查看此图的放大版本。

图4:不同类别下海龟摄入的海洋垃圾重量的示例结果。 平均重量值以每只个体摄入物品的克数表示(± 标准误)。请点击此处查看该图的放大版本。

图 5:海龟摄食的海洋垃圾类别的数量示例结果。数据显示每个个体平均摄食物品数量(± 标准误)。请点击此处查看该图的放大版本。
| 区域 | 样本量 (n) | 摄入塑料干重平均值 ± 标准误 (g) | 摄入塑料量高于平均值的海龟比例 (%) | 摄入塑料量超过食物残留量的海龟比例 (%) |
| 1 | 100 | 1.32±0.03 | 27 | 64 |
| 2 | 100 | 1.61±0.01 | 28 | 67 |
| 3 | 100 | 1.35±0.02 | 26 | 62 |
| 4 | 95 | 0.73±0.02 | 34 | 40 |
| 5 | 65 | 0.55±0.03 | 25 | 32 |
| 6 | 50 | 0.90±0.04 | 44 | 54 |
表1:使用海洋垃圾干重质量分析不同区域(例如国家、次区域等)结果的示例。 请点击此处下载本表的Excel文件。
补充文件 1. 请点击此处下载该文件。
补充文件 2. 请点击此处下载该文件。
本方案可用于评估海洋垃圾的总体丰度,并鉴定海龟摄入的主要垃圾类别。与其他涉及海上活动的监测项目相比,该方法成本较低,因为海龟可在其搁浅于海滩后收集,或由渔民捕获后回收。由于物品尺寸的下限为1 mm,海洋垃圾类别的鉴定过程简便且快速。该方案的一个局限性在于使用海龟作为研究对象,因为全部7种海龟均被列入《濒危野生动植物种国际贸易公约》附录I27;因此,仅授权人员可处理活体或死亡个体及其身体部分。海龟的管理和回收工作须向相关主管部门报告并与其协调。在处理活体或死亡的野生动物时,必须采取卫生防护措施,以最大限度降低人畜共患病传播风险。本方案已在红海龟(Caretta caretta)中进行测试,但适用于全部七种海龟物种。数据分析应针对每个物种分别进行。个体的身体状况分为五个等级,从活体到木乃伊化个体。等级1(活体)用于对个体身体状况进行更详细的分类,特别是在海龟被救助后于救护中心死亡的情况下。本方案适用于等级2至4的死亡个体,也适用于被救助后死亡的个体(死亡情况:在救护中心死亡)。等级2和3的个体适用于本方案;等级4的个体可用于测量生物测量数据,并评估摄入垃圾的存在与否,以计算摄入频率(FO%)以及整个样本中摄入海洋垃圾的海龟百分比。等级5的个体通常其胃肠道内容物已丢失,因此不能用于垃圾摄入的收集与定量分析。在处理动物前拍摄照片,可为样本提供额外信息,例如可能的死亡原因、主要损伤或缠绕情况。在照片中包含比例尺非常重要。尽管海龟胃肠道中常发现鱼钩,但这些数据不应纳入分析,因为延绳钓作业中主动捕获受害个体所使用的鱼钩不被视为“海洋垃圾”。鱼钩的存在情况应在记录中注明。数据收集应分别在胃肠道的各个部分(食道、胃、肠)进行,以便评估海龟对海洋垃圾摄入的耐受程度,考虑胃肠道阻塞情况或通过排便将其排出的能力,如先前研究所示16,28,29,30,31,32。该方案中的一个关键步骤是物品数量的统计。多个碎片可能源自同一物体在胃肠道内的破碎,或因多次独立摄入所致。对单个物品或多个独立碎片的主观判断可能导致数量记录出现潜在偏差(图6)。因此,阈值的确定仅基于摄入海洋垃圾的质量数据,例如 Fulmar EcoQO17,25。

图6:单个物品可能在摄入前或摄食过程中发生破碎,从而导致计数偏差。请点击此处查看此图的放大版本。
该方案要求根据塑料物品的形状对其进行分类(USE SHE、USE THR)。这种细分有助于通过按丰度列出物品清单,识别海洋垃圾的来源,从而为政策制定者提供支持,使其能够快速评估所采取措施的有效性,并根据这些措施的实施强度进行调整。例如,市场上禁止使用塑料袋的政策,应反映在未来采集的海龟样本中USE SHE类别摄入量的减少(图4,图5)。应用本方案将使欧盟成员国能够响应《海洋战略框架指令》(MSFD)的要求,评估各自的基线水平,并确定实现良好环境状态(GES)的阈值。这些阈值应在原始或接近原始状态的区域中确定。然而,由于塑料在海洋环境中普遍存在,实际上已不存在完全原始的区域。根据示例数据(表1),区域5是最清洁的区域,可作为地中海盆地应达到的目标值(Y)。各成员国应根据自身与该目标值之间距离的显著缩小程度来确定各自的阈值。根据最近的一项综述18,海洋垃圾摄入量的单位应标准化为海龟个体的体型,尤其是在比较不同年龄阶段时尤为重要。然而,不同研究者已发现摄入垃圾质量与海龟体型之间的关系存在正相关、负相关或无相关性16,26,32,33,34。本方案在第一种情景中未包含动物体型因素,但可通过弯曲甲壳长度(CCL)35估算海龟体重,进一步计算塑料重量与海龟体重的比值,以替代仅使用摄入塑料克数(Y)作为指标。无论如何,我们建议在合并大洋阶段与近岸阶段海龟,或幼年早期个体与成年个体之前,应先验证是否存在任何可能的显著差异,以便更好地对样本进行分层分析16,26。第二种情景更侧重于个体健康状况,更能回应标准D10C3:“海洋动物摄入的垃圾和微垃圾数量应处于不会对相关物种的健康造成不利影响的水平”。事实上,摄入塑料的影响通常表现为亚致死效应,而非致死效应28,36,37,38,39。我们也很少观察到因摄入塑料导致的肠道阻塞或穿孔,而这些情况可能引起海龟死亡。亚致死效应难以检测,也难以与其他污染物造成的影响相区分40。当海洋垃圾存在于海龟消化道(GI)内时,可能发生污染物的饮食稀释或同化作用41。因此,塑料重量超过食物残渣重量的样本可能表明该动物处于极差的健康状态。为了与北欧国家采用的Fulmar EcoQO17,25保持一致,本方案的两种情景均以塑料重量而非海洋垃圾总重量作为评估依据。
最后,有必要澄清以下两点之间的区别:(i)将海龟摄食塑料作为种群影响的指标,以评估对种群保护的后果;以及(ii)将海龟摄食塑料作为沿海和海洋环境受影响程度的生物指示指标20,40。要理解这种影响对海龟种群保护的意义,仍需获取更多信息,并进行更完善的数据分层分析42。通过对来自13个国家的35位海龟生物学与保护领域专家的意见进行综合分析可知,尽管多年来海龟已被广泛研究,但仍需进一步探究其与人类活动的相互作用,从而评估其种群现状及潜在威胁43。
这意味着单一的实验方案无法全面涵盖所有主题,还需开展更多研究以了解塑料对种群水平的影响。
即使与兼捕或栖息地破坏相比,坚硬塑料对海龟造成的损害程度较低,但在过去几年中,减少此类塑料仍面临挑战,亟需制定快速的测量方法。关于利用搁浅海龟进行监测存在争议,因为一些研究者认为它们不能代表整个种群40,而另一些研究者则指出,搁浅海龟并不会导致对背景种群中海洋垃圾摄食率的偏倚44。此外,在许多国家,尚无完善的搁浅监测网络或系统将救助中心与渔民联系起来,且缺乏渔业兼捕及放归后死亡率的相关信息。因此,搁浅样本并不总是可被视为在死亡并被冲上岸前已患病且一段时间内摄食行为异常的个体;其中许多属于“海上死亡”后被冲上岸的海龟,通常被用作监测活动中的样本26,32,38,45。我们认为,搁浅样本在提供环境中海洋垃圾丰度信息方面具有价值,建议仅排除胃肠道完全空置的个体,因其可能在死亡前已长期患病。采用本方案可评估环境状况及海洋生物可接触的海洋垃圾可获得性,同时有助于增进对海龟行为的了解。该方法相对于MSFD TS-ML指南22的意义在于已在七个国家实现标准化,并已在大量样本(n = 700)上进行了验证。根据初步结果,已明确定义了标本的体况等级,并简化了摄食海洋垃圾的分类。此外,这是首次展示具有代表性的结果,并将其与良好环境状态(GES)阈值相关联。
该方案是研究人员用于理解塑料对海洋环境影响(无论是全球范围还是局部区域)的有效工具,也可用于与邻国进行标准化数据的比较。由于各国数据存在差异,此前无法实现任何空间上的比较,而这一结果现在得以实现。
作者无任何利益冲突需要披露。
作者感谢法国救助中心(Jean-Batiste Senegas)、搁浅动物监测网络(Jacques Sacchi)和兽医实验室(Joanne Belfort),以及Jessiaca Martin和Marie Sabatte,瓦伦西亚自治区鲸类与海龟搁浅监测网络,包括卡瓦尼列斯研究所海洋动物学单位(瓦伦西亚大学)和瓦伦西亚自治区政府生物多样性服务中心,亚速尔群岛葡萄牙地区科学技术基金(Maria Vale),意大利救助中心(Stazione Zoologica) "Anton Dohrn" 那不勒斯和撒丁岛耐碳青霉烯类肠杆菌(CREs)研究项目中的兽医实验室(IZSLT M. Aleandri 罗马;IZSAM G. Caporale 特拉莫;IZSS G. Pegreffi 奥里斯塔诺;IZS CReTaM 巴勒莫)、INDICIT 咨询委员会成员及项目负责人提出的建议,以及参与国环境部和地方政府所提供的支持。
感谢两位匿名审稿人的建议与评论。
本方案由INDICIT联盟在欧洲环境总司项目(编号:11.0661/2016/748064/SUB/ENV.C2)框架内实施。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 在发现地点对动物进行复苏及样本采集 | |||
| 靴子 | |||
| 瓶子/密封袋 | |||
| 相机 | |||
| 冷藏箱 | |||
| 防割手套 | |||
| 垃圾袋 | |||
| 护目镜及防护面罩或口罩 | |||
| 手套 | |||
| 全身防护服 | |||
| 卷尺 | |||
| 观察记录表 | |||
| 笔 | |||
| 永久性记号笔 | |||
| 绳索(用于标记区域) | |||
| 用于龟类运输的箱子或容器 | |||
| 在实验室对死亡个体进行样本采集,并从消化道中提取摄入的垃圾 | |||
| 实验室室内 | |||
| 低温冷藏室或大容量冷冻柜(-20°C) | |||
| 垃圾袋 | |||
| 图像定影仪(非必需) | |||
| 操作人员防护 | |||
| 靴子 | |||
| 防割手套 | |||
| 护目镜及防护面罩或口罩 | |||
| 手套 | |||
| 全身防护服 | |||
| 记录与报告 | |||
| 相机 | |||
| 观察记录表 | |||
| 笔 | |||
| 永久性记号笔 | |||
| 生物测量 | |||
| 卷尺 | |||
| 游标卡尺 | |||
| 尸体解剖及样本采集 | |||
| 夹子(至少6个)和/或棉线或塑料扎带 | |||
| 带爪夹子 | |||
| 样本容器(瓶子/密封袋) | |||
| 金属容器 | |||
| 手术刀(可选带可更换刀片) | |||
| 剪刀 | |||
| 摄入垃圾的分析 | |||
| 双目显微镜(可选) | |||
| 量筒(10 ml、25 ml、50 ml) | |||
| 分米尺 | |||
| 精密天平(0.01 g) | |||
| 孔径1 mm的筛子 | |||
| 孔径5 mm的筛子(可选 – 用于研究摄入的微塑料(1–5 mm)) |