英国赫尔大学、利物浦大学与美国夏威夷大学马诺阿分校、夏威夷太平洋大学、乔治城大学等机构的联合团队，2019 年夏搭乘帆船完成自夏威夷檀香山到美国旧金山的 80 天“涡旋泳”（The Vortex Swim）航次，穿越北太平洋垃圾带（NPGP）；他们用表层拖网逐日采集海表样品并以拍照代替固定保存，发现垃圾带内漂浮生物与塑料的浓度均高于带外，其中三类生物与塑料浓度呈正相关，从而提出“垃圾带可能同时是漂浮生物海”的设想。成果于 2023 年发表于《PLOS Biology》。
研究背景
终生生活于海洋表层的生物被称为“专性漂浮生物”（obligate neuston），包括帆水母、钱币水母、僧帽水母、紫螺与海神鳃等。它们大多不能主动定向游动，捕食与交配都依赖个体间的物理接触，因此必须借助表层流场汇聚到极高密度的区域才能维持种群。此外，这类生物常与共生藻共生，可在贫营养的副热带环流中生存。
在此前几十年里，全球公认的唯一漂浮生物高密度区是北大西洋马尾藻海——它正是以大西洋漂浮马尾藻命名的生物多样性热点。与此同时，海洋环流同样把漂浮塑料汇聚到五大副热带环流的“垃圾带”中。研究者由此提出假设：垃圾带所在的海区可能也是被忽视的“漂浮生物海”，其生态与经济效益可与马尾藻海相比。北太平洋垃圾带面积最大，但远离陆地、调查极少，此前几乎没有系统的表生生物调查。
研究过程
研究团队先用基于漂流浮标轨迹数据与卫星资料的 SCUD 表层流模型模拟漂浮物的汇聚格局，据此规划航迹，使采样站点覆盖垃圾带内部与外围。航次共获得 22 个可用的表层样品，其中 12 个位于垃圾带内部、10 个位于其外围或外部。
海表采样同时使用两种表层网具：一种是 Manta 拖网，网架位于水面之上、网体完全没入水中，浸没的网口尺寸为 0.9 m × 0.15 m，网衣网目 500 µm、网底收集管网目 100 µm；另一种是 Neuston 表层拖网，设计上仅使网口下半部没入水中，网口全开尺寸为 1 m × 0.5 m，实际采集约 0.25 m 深的表层水，网衣与收集管网目均为 333 µm。每个站点拖曳 30 min、船速 1—2 节，拖网内容物经 333 µm 筛网收集。由于漂浮生物脆弱、不便固定保存，研究改用拍照记录：每个样品拍摄一张照片，另有一个样品因生物与塑料异常丰富而拍了两张。所有生物、塑料与无机颗粒由两名独立观察者在图像计数软件中逐一识别计数，尺寸小于约 0.5 mm 者不计入；生物尽量鉴定到属。对生物密度与塑料密度、模型示踪剂浓度之间的关系，研究者建立了考虑计数误差与观测者偏差的多变量层级贝叶斯回归模型。
图1. 德国HYDRO-BIOS公司Neuston表层双体拖网
图2. 模型示踪剂浓度与北太平洋观测站位分布（论文 Figure 2）
实验结果
1. 垃圾带内漂浮生物与塑料都更密集。 模型结果显示，无论生物还是塑料，垃圾带内部的表观密度均高于外围与外部海区，支持“垃圾带同时富集漂浮生物”的推断。
2. 三类生物与塑料浓度正相关。 在整个研究海区，帆水母、钱币水母与紫螺三种漂浮生物的密度对数值与塑料密度对数值呈正相关，即塑料越多的海区这三类生物也越多；另两类（海神鳃与僧帽水母）的数据则不足以给出明确关系。按类别看，帆水母与塑料在整个区域的边际相关为负、紫螺为正，说明不同生物对风与流的响应并不一致。
图3. 五种漂浮生物与塑料的相对密度随示踪剂浓度的变化（论文 Figure 3）
3. 单点最高值出现在表层流“辐聚带”中。 生物与塑料浓度最高的样品出现在一处表层汇聚带（slick）内，说明小尺度表层辐聚过程会把漂浮生物与塑料共同浓缩到一点。
4. 发现垃圾带内可能正在繁殖的证据。 在至少一个样品中，研究者观察到大量体长约 0.5 cm 的幼小帆水母，以及体长不足 1 mm 的紫螺与钱币水母幼体；按帆水母的生长估算，这些幼体出生仅约 5—16 天，提示北太平洋垃圾带可能是这些物种的繁殖场所而非仅仅是被动汇聚的“终点”。
图4. 垃圾带内外各类漂浮生物与塑料的期望密度差（论文 Figure 4）
研究结论
这项公民科学航次提示，副热带环流中的“垃圾带”可能并不只是塑料汇聚区，而是被长期忽视的漂浮生物高密度区——研究者称之为“漂浮生物海”，其生态功能或可与马尾藻海相比。帆水母、钱币水母与紫螺长期处于以海鸟、鱼类和海龟为上层消费者的表层食物网的核心，而这些生物与漂浮塑料在空间上高度重叠，二者之间的相互作用值得进一步研究。研究者同时指出，由于漂浮生物脆弱、难以固定，采样与计数方法本身会显著影响结果，新鲜样品的即时计数可能是最可靠的方式。
在本研究中，HYDRO-BIOS 的 Neuston 表层双体拖网与 Manta 微塑料拖网这一类经典海表网具是获取全部表层样品的关键：前者仅使网口下半部没入水中，能稳定截取最表层约 0.25 m 的水层，适合收集帆水母、紫螺等贴附海面的生物；后者网架抬离水面、网体全浸，配合不同网目的网衣与收集管，兼顾了微塑料与生物样品。HYDRO-BIOS 的 Neuston 双体拖网采用双浮体构型，可在较高海况下保持网口姿态稳定，网口尺寸与网目可选配，是海表漂浮生物、浮游生物幼体与海面微塑料调查的专用工具。
参考文献
Chong, F., Spencer, M., Maximenko, N., Hafner, J., McWhirter, A. C., Helm, R. R., Tanentzap, A. J. High concentrations of floating neustonic life in the plastic-rich North Pacific Garbage Patch. PLOS Biology 21(5): e3001646 (2023). https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001646
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