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Picarro | 淡水沉积物中的微塑料影响主要生物扰动者在生态系统功能中的作用

日期: 2024-02-28
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微塑料是指直径小于5毫米的塑料颗粒,它们主要来源于塑料制品的磨损、降解和破碎,对环境和生态系统产生了不容忽视的影响。

微塑料广泛分布在河流、湖泊、海洋等水体中,对水环境会造成污染,也可被水生生物摄取,进而在食物链中传递,最终影响到人类健康。此外,微塑料还可能影响浮游动物的摄食、生长和繁殖,从而影响整个生态系统的功能。

针对微塑料是否会影响生物扰动活动,国外的一组团队展开了研究。

淡水沉积物中的微塑料影响主要生物扰动者在生态系统功能中的作用

 

Picarro | 淡水沉积物中的微塑料影响主要生物扰动者在生态系统功能中的作用


微塑料(粒径≤5mm)是塑料废物中的一部分,会通过沿海径流和河流进入到海洋。根据其密度差异,或漂浮在水中或进入沉积物中。沉积物-水界面是水中生物主要活动区,通过生物地球化学过程在生态系统功能中发挥着重要作用。这些生物地球化学过程主要由微生物活动驱动,而底栖无脊椎动物生物扰动作用明显,可凭借进食、排泄、推土、掘穴以及建造洞穴、土堆和坑等行为影响各界面间的养分动态及微生物过程。但目前尚不清楚微塑料的存在是否会影响生物扰动者在沉积物中的生理和活动。

基于此,为填补研究空白,国外的一组研究团队在法国东南部Lone des Pêcheurs河床收集沉积物,过筛后,于-20℃储存以杀死微生物。然后测量了沉积物样品的颗粒物粒径分布、总有机碳(TOC)和总氮含量(TN)。将沉积物和微塑料在玻璃瓶中混合以形成4个微塑料浓度(0 颗粒物/kg沉积物干物质(对照);700 颗粒物/kg沉积物干物质(低);7000 颗粒物/kg沉积物干物质(中);70000 颗粒物/kg沉积物干物质(高))。水丝蚓在淡水底栖生物栖息地的生物地球化学和生态学中具有关键作用,选择其作为生物扰动者进行研究。试验共8个处理(4个微塑料浓度×有无水丝蚓),5次重复。沉积物和微塑料混合一周后转移到2L玻璃培养瓶中,然后上覆10 cm合成淡水,将180个长度为1-3 cm的水丝蚓放入培养瓶中,进行77天培养试验。在试验最后4周,分析了水丝蚓的生物扰动活动(沉积物重建和生物灌溉)和地球化学过程(CO2、CH4(Picarro G2201-i同位素和气体浓度分析仪)和养分通量)。试验结束时(77天),确定每种处理下水丝蚓的存活率,并将其分成两部分,一部分用来评估其生理状态(能量储存和氧化应激),另一部分用来确定水丝蚓摄入的微塑料数量。旨在评估微塑料对水丝蚓及生态系统服务功能的影响。

Picarro | 淡水沉积物中的微塑料影响主要生物扰动者在生态系统功能中的作用
实验期间不同天数所分析参数示意图。


【结果】


Picarro | 淡水沉积物中的微塑料影响主要生物扰动者在生态系统功能中的作用


其中一个培养瓶中CH4(A)、CO2(B)、N-NO3-(C)、N-NO2-(D)、N-NH4(E)和P-PO43-(F)浓度时间变化示例。
 

Picarro | 淡水沉积物中的微塑料影响主要生物扰动者在生态系统功能中的作用
水柱中测量的CO2(A)和N-NOx(N-NO3+ N-NO2)通量(B)。


【结论】

虽然没有死亡,但在暴露于中等微塑料浓度(7000 颗粒物/kg沉积物干物质)后,水丝蚓对氧化应激有显著反应。与此同时,通过沉积物重建能力和促进沉积物-水界面的水交换通量进行评估,发现水丝蚓生物扰动活动减少。因此,在微塑料存在的情况下,水丝蚓对有机质矿化和养分通量的贡献显著降低。该研究表明,环境中的微塑料浓度通过减少水丝蚓的生物扰动活动,对沉积物-水界面的生物地球化学过程产生影响。

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