2023年，由丹麦技术大学国家水产资源研究所（DTU Aqua）领衔的研究团队，借助丹麦 KC-Denmark 公司的金属浮动沉降物捕集器（metal floating sediment trap），在卡特加特海峡与斯卡格拉克海峡（Kattegat/Skagerrak）14 个站位同步采集浮游动物与粪球，系统量化了粒径小至 10 μm 的微塑料在浮游动物、分选桡足类与粪球中的含量，并首次给出"粪球向温跃层输出微塑料"的通量预算。相关成果于 2023 年 7 月发表于《Environmental Science & Technology》。
图1. 丹麦KC-Denmark公司沉积物捕集器
图2. 卡特加特/斯卡格拉克采样站位（S1–S14）与表层水中微塑料浓度分布
研究背景
微塑料（microplastics，MPs，指 1 μm–5 mm 的塑料颗粒）是水环境中普遍存在的污染物。粒径小于 300 μm 的微塑料与浮游动物的天然饵料（浮游植物、原生动物）在尺寸上高度重叠，因而最容易被误食并进入海洋食物网。桡足类（copepods）是海洋中生物量最大的后生浮游动物，连接着浮游植物与更高营养级。实验室研究显示桡足类会随暴露浓度升高而摄食更多微塑料，但实验浓度比天然海水高出数个数量级，高摄食率可能只是实验假象；野外研究结果分歧很大，甚至有报道称摄食颗粒尺寸超过桡足类口径，更像缠绕或污染而非摄食。
另一方面，桡足类粪球（fecal pellets）是生物碳泵（biological carbon pump）的重要组成：若微塑料随粪球被"打包"沉降，粪球便可能成为微塑料向深海输出的生物载体；但针对粪球中微塑料的原位定量研究极少，尚缺乏实测证据。
研究过程
2020 年 10 月 20 日至 11 月 1 日，研究团队搭乘 DTU Aqua 的 R/V DANA 号，在卡特加特海峡与斯卡格拉克海峡的 14 个站位采样。浮游动物用装有 5 张网衣（网孔 335 μm）、开口面积 0.25 m² 的多联网斜拖采集，按表层（温跃层以上）、中层（温跃层）与深层（温跃层以下）分层闭合，分层深度依据 CTD 剖面确定；S13 站位分白天（S13a）与夜间（S13b）两次采样。
粪球样品在除站位 8（样品丢失）以外的所有站位采集。采样使用 KC-Denmark 的金属浮动沉降物捕集器：该捕集器由两个平行的圆筒组成，筒径 80 mm、长 450 mm，布放于温跃层顶部（10–25 m）持续 6–8 h。回收后，内容物经 22 μm 金属筛浓缩，在体视显微镜下挑出粪球；每站分离 100–200 粒，用 0.2 μm 过滤海水冲洗 3 次后装入含 5% SDS 的玻璃瓶。此外，为计算粪球沉降速度，还在站位 1–12 用装于 CTD 采水器架上的 20 L Niskin 采水器采集 5 m 层水样以估算表层粪球浓度。
样品经酶解—氧化消解与密度分离（多钨酸钠，1.7 g/cm³）后，用焦平面阵列显微傅里叶变换红外成像（FPA-μFTIR，Cary 620，128×128 探测器）识别并定量微塑料，以 siMPle 软件自动完成谱库比对。全流程在层流罩内进行，并以空气空白、水空白和程序空白扣除污染。
图3. 站位 S13a、S13b、S14 的浮游动物类群组成与微塑料浓度（MPs ind-1）垂向分布
实验结果
浮游动物体内微塑料含量极低，且空白校正是关键。 浮游动物样品中微塑料浓度中位数为 0.0017 MPs ind-1，分选桡足类样品中位数为 0.0029 MPs ind-1，粪球样品中位数为 0.0003 MPs pellet-1（n≈2800 粒）；部分站位（如分选桡足类的 II、V 区与粪球的 II、III 区）未检出微塑料。污染空白校正使各样品微塑料浓度估计下降约 2.5 个数量级（Fig 2B；Table 1）。
粒径与形态揭示"可摄食"特征。 全部样品中 88±8% 的微塑料小于 300 μm，62±13% 小于 100 μm，与桡足类口径（< 100 μm）量级相符。粪球中微塑料以碎片为主（76%）、小于 100 μm 的比例最高（91%）；浮游动物样品中碎片占 59%，分选桡足类中纤维占主导（55%），提示纤维更易缠绕而非被摄食（Fig 4）。
图4. 表层水、浮游动物样品、分选桡足类与粪球中微塑料的聚合物组成（上：按数量；下：按质量）
图5. 表层水、浮游动物样品、分选桡足类与粪球中微塑料的粒径（长×宽）与质量分布
微塑料预算显示粪球的输出去向有限。 研究区表层水微塑料平均浓度为 39 MPs m-3，其中仅约 3% 存在于桡足类体内、5% 包裹于粪球之中。粪球平均沉降速率 46383 粒 m-2·d-1、沉降速度 11.1 m/d（n=11）；据此估算表层水体约有 154494 粒 m-2 粪球、每日可能输出 95271 粒 m-2，但捕集器实际仅收到 46383 粒 m-2，说明大量粪球在表层即被分解。粪球携带的微塑料中只有约三分之一越过温跃层，即每日向温跃层输出的微塑料仅占表层总量的 1.4%（Fig 5）。
图6. 研究示意图：微塑料与浮游动物饵料的粒径重叠及其在食物网与水体中的归趋与预算
研究结论
1. 野外实测表明，丹麦海域浮游动物对粒径小至 10 μm 微塑料的摄食量很低：桡足类体内仅约 3% 的表层水微塑料，粪球中也仅约 5%。这与实验室高浓度暴露所得的"高摄食率"差异明显，说明以实验室结果外推天然海况存在风险。
2. 粪球确实能把微塑料"打包"下沉，但其定量贡献低于预期：粪球中只有约三分之一微塑料能越过温跃层，日输出量仅相当于表层微塑料总量的 1.4%；其余微塑料随粪球在表层被微生物分解、被再次摄食而重新释放回水柱。因此浮游动物是微塑料进入食物网的入口之一，但其对微塑料迁移与垂向输出的定量贡献低于直接摄食悬浮微塑料或微塑料吸附于海雪（marine snow）等路径。
3. 由于天然海水中微塑料本底极低，采样与样品处理中的污染控制与空白校正成为结论成立的前提——本研究中校正前后浓度估计相差约 2.5 个数量级。
把"刚排出的粪球"原位、无扰动地接住。** 要判断"生物塑料泵"是否成立，前提是能定量捕获粪球、并给出可比较的沉降通量。KC-Denmark 沉降物捕集器系列覆盖多种工况：28.100/28.310 为 Ø80/Ø110 mm 管式捕集器，28.550 为 12/24 瓶时序型，28.650 拦截面积 0.25 m²；本研究用的正是小型浮动式金属沉降物捕集器，由两个平行圆筒（筒径 80 mm、长 450 mm）构成。它随水层漂浮、直接布放于温跃层顶部，可在不搅动水体的前提下接住刚刚排出的粪球，避免柱状采样器因剪切与湍流造成的粪球破碎与再悬浮；圆筒开口面积与布放时间已知，使"每平方米每日沉降多少粒粪球"可直接换算，从而支撑上述沉降速率数据与"仅 1.4% 微塑料被输出"的关键结论。
参考文献
Gunaalan K., Nielsen T.G., Rodríguez Torres R., Lorenz C., Vianello A., Andersen C.A., Vollertsen J., Almeda R. Is Zooplankton an Entry Point of Microplastics into the Marine Food Web? Environmental Science & Technology, 2023, 57(31): 11643–11655. https://doi.org/10.1021/acs.est.3c02575
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