Picarro | 淡水沉積物中的微塑料影響主要生物擾動(dòng)者在生態(tài)系統(tǒng)功能中的作用

日期： 2024-02-28

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微塑料是指直徑小于5毫米的塑料顆粒，它們主要來(lái)源于塑料制品的磨損、降解和破碎，對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了不容忽視的影響。

微塑料廣泛分布在河流、湖泊、海洋等水體中，對(duì)水環(huán)境會(huì)造成污染，也可被水生生物攝取，進(jìn)而在食物鏈中傳遞，最終影響到人類健康。此外，微塑料還可能影響浮游動(dòng)物的攝食、生長(zhǎng)和繁殖，從而影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的功能。

針對(duì)微塑料是否會(huì)影響生物擾動(dòng)活動(dòng)，國(guó)外的一組團(tuán)隊(duì)展開(kāi)了研究。

淡水沉積物中的微塑料影響主要生物擾動(dòng)者在生態(tài)系統(tǒng)功能中的作用

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微塑料（粒徑≤5mm）是塑料廢物中的一部分，會(huì)通過(guò)沿海徑流和河流進(jìn)入到海洋。根據(jù)其密度差異，或漂浮在水中或進(jìn)入沉積物中。沉積物-水界面是水中生物主要活動(dòng)區(qū)，通過(guò)生物地球化學(xué)過(guò)程在生態(tài)系統(tǒng)功能中發(fā)揮著重要作用。這些生物地球化學(xué)過(guò)程主要由微生物活動(dòng)驅(qū)動(dòng)，而底棲無(wú)脊椎動(dòng)物生物擾動(dòng)作用明顯，可憑借進(jìn)食、排泄、推土、掘穴以及建造洞穴、土堆和坑等行為影響各界面間的養(yǎng)分動(dòng)態(tài)及微生物過(guò)程。但目前尚不清楚微塑料的存在是否會(huì)影響生物擾動(dòng)者在沉積物中的生理和活動(dòng)。

基于此，為填補(bǔ)研究空白，國(guó)外的一組研究團(tuán)隊(duì)在法國(guó)東南部Lone des Pe?cheurs河床收集沉積物，過(guò)篩后，于-20℃儲(chǔ)存以殺死微生物。然后測(cè)量了沉積物樣品的顆粒物粒徑分布、總有機(jī)碳（TOC）和總氮含量（TN）。將沉積物和微塑料在玻璃瓶中混合以形成4個(gè)微塑料濃度（0 顆粒物/kg沉積物干物質(zhì)（對(duì)照）；700 顆粒物/kg沉積物干物質(zhì)（低）；7000 顆粒物/kg沉積物干物質(zhì)（中）；70000 顆粒物/kg沉積物干物質(zhì)（高））。水絲蚓在淡水底棲生物棲息地的生物地球化學(xué)和生態(tài)學(xué)中具有關(guān)鍵作用，選擇其作為生物擾動(dòng)者進(jìn)行研究。試驗(yàn)共8個(gè)處理（4個(gè)微塑料濃度×有無(wú)水絲蚓），5次重復(fù)。沉積物和微塑料混合一周后轉(zhuǎn)移到2L玻璃培養(yǎng)瓶中，然后上覆10 cm合成淡水，將180個(gè)長(zhǎng)度為1-3 cm的水絲蚓放入培養(yǎng)瓶中，進(jìn)行77天培養(yǎng)試驗(yàn)。在試驗(yàn)最后4周，分析了水絲蚓的生物擾動(dòng)活動(dòng)（沉積物重建和生物灌溉）和地球化學(xué)過(guò)程（CO₂、CH₄（Picarro G2201-i同位素和氣體濃度分析儀）和養(yǎng)分通量）。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)（77天），確定每種處理下水絲蚓的存活率，并將其分成兩部分，一部分用來(lái)評(píng)估其生理狀態(tài)（能量?jī)?chǔ)存和氧化應(yīng)激），另一部分用來(lái)確定水絲蚓攝入的微塑料數(shù)量。旨在評(píng)估微塑料對(duì)水絲蚓及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響。

Picarro | 淡水沉積物中的微塑料影響主要生物擾動(dòng)者在生態(tài)系統(tǒng)功能中的作用
實(shí)驗(yàn)期間不同天數(shù)所分析參數(shù)示意圖。

【結(jié)果】

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其中一個(gè)培養(yǎng)瓶中CH₄（A）、CO₂（B）、N-NO₃^-（C）、N-NO₂^-（D）、N-NH₄^＋（E）和P-PO43-（F）濃度時(shí)間變化示例。
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水柱中測(cè)量的CO₂（A）和N-NOx（N-NO₃^?+ N-NO₂^?）通量（B）。

【結(jié)論】

雖然沒(méi)有死亡，但在暴露于中等微塑料濃度（7000 顆粒物/kg沉積物干物質(zhì)）后，水絲蚓對(duì)氧化應(yīng)激有顯著反應(yīng)。與此同時(shí)，通過(guò)沉積物重建能力和促進(jìn)沉積物-水界面的水交換通量進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)水絲蚓生物擾動(dòng)活動(dòng)減少。因此，在微塑料存在的情況下，水絲蚓對(duì)有機(jī)質(zhì)礦化和養(yǎng)分通量的貢獻(xiàn)顯著降低。該研究表明，環(huán)境中的微塑料濃度通過(guò)減少水絲蚓的生物擾動(dòng)活動(dòng)，對(duì)沉積物-水界面的生物地球化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生影響。

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