波罗的海条件下塑料碎片生物污损两种模型的比较

摘要

塑料碎片在海洋环境中因生物污损而发生形状、有效密度及浮力特性变化的信息，对于构建其从入海源到迁移归宿的真实输运模型至关重要。本研究旨在选择一种物理上自洽的模型及其参数，以描述波罗的海条件下圆柱形塑料碎片的生物污损过程。研究中采用一维近似，即假定基质上生物群落的生长简化为生物层厚度的增加，且所有新附着的微藻均匀分布在圆柱体侧表面上。研究假定生物污损受两种机制共同作用：一是碎片相对介质运动时微藻在基质表面的附着，二是已附着的微藻群落在碎片上的自主生长。作为自主生长模型，分别考虑了Verhulst-Pearl模型和Gompertz模型。结果表明，Verhulst-Pearl模型为优选模型：其模拟结果物理自洽，校准参数较少且参数值更易确定。例如，在目标生物层厚度达到0.05 mm（约两个微藻直径）所需目标时间约为20天（生物层厚度此后几乎保持不变的典型时间）的情景下，菌落最大生长速率为 μmax = 5×10–6 s–¹，该值落在文献报道范围内（1×10–6 至10×10–6 s–¹）。该模型还能够计算“碎片+生物层”物体密度的变化动态，从而提供模拟塑料碎片在海水中考虑生物污损的运动轨迹所需的全部几何与物理特性信息。