关键词： 微塑料   水产养殖   养殖水体   沉积物   生态风险  

摘要： 近年来,养殖环境中微塑料污染备受国内外研究学者的广泛关注。当今,我国淡水养殖区中微塑料污染情况研究比较少,尤其是淡水养殖大省——江西省的污染情况知之甚少。全省水产养殖面积为4000 km2以上,包括鄱阳湖在内的总水面达1.67×10～6hm2,其中可供养殖的水面达2.67×10～5hm2,并且水产品总产量达2.62×10～9kg。此外,省境长江沿岸一带水域,所产鱼苗除供全省养殖外,还运销国内许多省区。如此庞大的水产养殖规模,在带动当地经济快速发展的同时,也必然会带来严重的微塑料污染,这些微塑料由于性质稳定难降解长期存在于养殖环境中,同时又因其自身特性极易吸附其他污染物,随着食物链食物网迁移,最终进入人体,危害人类健康。因此,关注江西省水产养殖区微塑料污染现状及特征,探究微塑料的可能来源及其生态风险水平,可以为今后江西省水产养殖区微塑料管控提供参考依据。 研究选取江西省不同养殖类型水产养殖区四大家鱼养殖区、稻虾养殖区和黄鳝养殖区的共计50个养殖塘中养殖水体和沉积物为研究对象,室外采样并及时进行实验室预处理后,利用体视显微镜进行目检以获取微塑料的丰度、形状、颜色、粒径,再利用拉曼光谱仪进行定性分析以获取微塑料的聚合物类型,并在此基础上使用聚合物风险指数（H）模型进行了微塑料生态风险评价。探明了江西省四大家鱼养殖区中微塑料的空间分布特征、江西省典型四大家鱼养殖区中微塑料的时间分布特征和江西省水产养殖区不同养殖类型对微塑料污染水平的影响。主要结论如下: （1）养殖前期,江西省典型四大家鱼养殖区养殖水体微塑料平均丰度为1785±183 n·m-3,以薄膜状、透明色、≤0.5 mm粒径和PE微塑料为主,H值为11.08～201.33;沉积物微塑料平均丰度为753±43 n·kg-1,也以薄膜状、透明色、≤0.5 mm粒径和PE微塑料为主,H值为18.88～253.36。养殖中期,养殖水体微塑料平均丰度为2866±175 n·m-3,以纤维状、透明色、≤0.5 mm粒径和PP、PE微塑料为主,H值为7.85～178.73;沉积物微塑料平均丰度为1040±52 n·kg-1,以薄膜状、透明色、≤0.5mm粒径和PE微塑料为主,H值为19.26～306.58。 （2）养殖中期,江西省稻虾养殖区养殖水体微塑料平均丰度为1780±246 n·m-3,以纤维状、透明色、≤0.5 mm粒径和PP、PE微塑料为主,H值为6.28～12.68;沉积物微塑料平均丰度为574±47 n·kg-1,以薄膜状、透明色、≤0.5 mm粒径和PE微塑料为主,H值为9.62～20.69。同时,江西省黄鳝养殖区养殖水体微塑料平均丰度为4963±428 n·m-3,以纤维状、透明色、≤0.5 mm粒径和PP、PE微塑料为主,H值为6.67～11.32;沉积物微塑料平均丰度为2165±69 n·kg-1,以薄膜状、透明色、≤0.5 mm粒径和PE微塑料为主,H值为14.33～31.56。 （3）四大家鱼养殖区空间分布特征:南昌市鱼塘养殖水体中微塑料丰度最高,沉积物中颗粒状（15.66%）、PET微塑料（29.98%）占比高于其他两种类型养殖区;九江市鱼塘养殖水体中PE（46.46%）、绿色（38.46%）和碎片状微塑料（28.48%）占比最高,沉积物中微塑料丰度最高,并且绿色微塑料（29.87%）占比也最高;赣州市鱼塘养殖水体和沉积物中≤0.5 mm粒径微塑料的占比均最高,依次为68.75%、75.00%。可见,养殖区周边环境是影响水体和沉积物中微塑料空间分布的重要因素。 （4）典型四大家鱼养殖区时间分布特征:养殖水体中,养殖中期微塑料丰度高于养殖养殖前期,养殖前期以薄膜状（42.90%）、透明色（55.31%）、≤0.5 mm粒径（47.49%）和PE微塑料（60.33%）为主,而养殖中期则以纤维状（50.75%）、绿色（29.87%）、≤0.5 mm粒径（64.32%）和PE微塑料（46.46%）为主;沉积物中,养殖中期微塑料丰度也高于养殖前期,养殖前期和中期均以薄膜状、透明色、≤0.5 mm粒径和PE微塑料为主。可见,随着养殖时间的不断推进,养殖区中水体和沉积物中微塑料的污染特征也会不断发生改变。 （5）不同养殖类型水产养殖区微塑料分布特征:黄鳝养殖区养殖水体和沉积物中微塑料丰度均为最高,并且透明色（59.15%、62.75%）和≤0.5 mm粒径微塑料（66.13%、63.22%）占比高于其他两种类型养殖区;稻虾养殖区养殖水体中薄膜状微塑料（57.14%）占比最高,沉积物中PE微塑料（48.78%）占比最高;四大家鱼养殖区沉积物中绿色微塑料（23.25%）占比最高。可见,不同养殖类型水产养殖区中养殖品种、养殖方式和捕捞活动的不同,会对水体和沉积物中微塑料的

关键词： 菌根辅助细菌   微塑料   低密度聚乙烯   溶藻链霉菌   明胶样链霉菌  

摘要： 集约化蔬菜种植过程中使用的农膜未被回收利用导致土壤有大量残留的塑料,经年累月引发微塑料污染,影响农作物产量以及对地造成危害,对整个农田生态系统产生健康胁迫。尽管丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌在协助宿主植物应对逆境胁迫方面发挥着重要作用,但由于严格共生的特性制约其规模化生产应用,亟待解决高效发挥土著AM真菌的生态功能。菌根辅助(mycorrhiza helper,MH)细菌对菌根形成及其功能发挥具有良好促进作用,其中放线菌尤为重要。本研究基于生产农膜的主要成分低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)作为研究对象,首先从贫瘠地块优势野生植物根际分离、筛选能够协助AM真菌-辣椒(Capsicum annuum L.)系统应对LDPE微塑料污染的放线菌菌株,然后探究不同LDPE微塑料污染水平胁迫下上述优选放线菌菌株对AM真菌-辣椒的调控作用和联合应用效果,以期为微塑料污染土壤的蔬菜安全生产提供理论与技术支撑。主要结果如下: (1)从江苏省南京市栖霞区2处贫瘠地块选取黄花蒿(Artemisia annua L.)、心叶诸葛草(Orychophragmus violaceus(L.)***)、紫苑(Aster tataricus L.f.)等3种优势野生植物,采集根际土壤样品,共分离到6株典型放线菌,经16S r DNA测序和Blast比对,鉴定结果依次为:地下节杆菌(Arthrobacter subterraneus)、滋养节杆菌(***)、氧化假节杆菌(Pseudarthrobacter oxydans)、杂硅盐矿物假节杆菌(***)、溶藻链霉菌(Streptomyces amritsarensis)和明胶样链霉菌(***)。 (2)从南京市蔬菜花卉科学研究所采集土壤,按0.1%投加LDPE微塑料(尺寸约为500 nm),布置辣椒盆栽试验。结果发现,接种溶藻链霉菌和明胶样链霉菌显著升高土壤放线菌数量与AM真菌种群丰度、速效磷与速效钾含量、AM真菌侵染率与植株磷总吸收量以及叶片超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)与过氧化氢酶(catalase,CAT)均显著降低,叶片丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量,辣椒果实产量趋于升高,因而是可协助辣椒应对土壤LDPE污染的MH放线菌。 (3)分别按0.1%和1%投加LDPE微塑料,单独或联合接种上述2株MH放线菌。结果发现,投加0.1%、1%LDPE使辣椒茎叶和根系生物量显著下降39%和71%、74%和84%,其中投加1%LDPE导致辣椒绝产。接种任一MH放线菌可提高AM真菌多样性和侵染率、缓解微塑料的植物毒害;在投加1%时作用更突出,株产增至1.5～1.9 g。联合接种效果最佳,投加0.1%LDPE时侵染率和产量比单接分别增加18%和50%、35%和88%,投加1%LDPE时侵染率和产量比单接分别增加46%和176%、24%和243%。 综上,本研究筛选得到溶藻链霉菌(***)和明胶样链霉菌(***)等2株可协助AM真菌-辣椒系统应对LDPE微塑料污染的放线菌菌株,可以促进土著AM真菌生长、侵染辣椒根系并协助辣椒抵御微塑料污染胁迫,联合接种效果尤佳。

摘要： 新疆师范大学化学化工学院努扎艾提·艾比布教授团队围绕微塑料在内的新污染物在环境中的迁移转化和毒性行为开展了一系列的研究工作。近期,团队在有关微塑料与砷复合污染的环境行为研究方面取得重要进展,并在环境领域中科院一区(IF=9.8)期刊Science of the Total Environment上发表了题为“Effects of Microplastics on Arsenic Uptake and Distribution in Rice Seedlings”的研究论文。该论文受到国家自然科学基金(52160023;51968072)、自治区杰出青年基金(2021D01E15)和新兴污染物与生物标志物监测天山创新团队(2021D14017)等项目的资助。

关键词： 微塑料   滨海岸滩   紫外光照   机械磨损   老化  

摘要： 近年来,微塑料作为一种新型污染物大量释放到自然环境中,经过自然界的各种长期老化,导致微塑料理化性质的改变,对环境产生严重的影响。滨海岸滩作为陆地和海洋的交汇处,一方面受沿岸人类活动和河流输入影响,另一方面在风力、洋流等作用下,极易堆积大量微塑料。本研究以珠江口潮上带、深圳东部潮间带、深圳东部潮上带为研究对象,分析滨海岸滩环境中常见的微塑料类型、形状、颜色、尺寸与微塑料表面微观形貌特征,同时进行实验室模拟微塑料老化,对原始微塑料分别进行紫外老化与机械老化,利用显微-傅里叶变换红外光谱仪研究不同类型微塑料官能团变化,利用扫描电子显微镜研究不同形状微塑料的表面特征变化,科学的评价微塑料老化过程对环境的影响。本研究获得的主要结论如下:（1）对珠江口潮上带、深圳东部潮间带、深圳东部潮上带开展微塑料调查,利用体视显微镜和显微-傅里叶变换红外光谱仪,确定微塑料的类型、形状、尺寸、颜色。研究发现滨海岸滩中较为常见的微塑料类型是聚乙烯（Polyethylene,PE）、聚丙烯（Polypropylene,PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene terephthalate,PET）;较为常见的微塑料形状是片状和纤维状;颜色主要以黄色和无色为主;尺寸主要为<1 mm。使用扫描电子显微镜观察微塑料表面,发现不同类型的微塑料经过自然老化后表面都出现大量的裂纹与凹陷。（2）使用聚异戊二烯（Polyisoprene,PI）、聚乳酸（polylactic acid,PLA）、PE三种微塑料薄膜进行实验室模拟老化。经过紫外老化后,PI、PLA微塑料会产生的羰基（C=O）和羟基（-OH）峰,说明微塑料发生了酯键的断裂,三种微塑料薄膜羰基指数都呈现上升的趋势,说明在紫外老化过程中发生了氧化反应。经过机械老化后,三种微塑料薄膜都会有不同程度的表面磨损痕迹,薄膜经过砾石磨损老化后的表面破损程度均强于粗沙磨损老化。PI微塑料薄膜机械老化后可以看到表面存在微塑料脱落的迹象,经过微塑料颗粒计数后发现砾石磨损老化8周产生微塑料颗粒96.3个/mm,粗沙磨损老化8周产生微塑料颗粒80.0个/mm,其中2～4μm尺寸的微塑料颗粒占比逐渐增加。（3）对PP、PE、PET三种微纤维进行实验室模拟老化。经过紫外老化后,只有PP微纤维产生了明显的羰基峰,PE和PET微纤维没有明显的红外谱图变化,PP微纤维的羰基指数呈现上升趋势。对三种材质微纤维进行机械老化后,利用扫描电子显微镜观测微纤维表面,发现PE、PP微纤维粗沙磨损老化对表面的影响强于砾石磨损老化,PET表面无明显变化。PP经过机械老化后,会碎裂出大量微纤维,粗沙磨损老化8周后平均会产生微纤维6.2个/mm,砾石磨损老化8周后平均会产生微纤维3.4个/mm,其中0～0.2 mm尺寸的微纤维占比逐渐增加。

关键词： 毒死蜱   微塑料   降解动力学   植物生长   磷生物有效性  

摘要： 农业土壤中的农药和微塑料(MPs)残留是影响土壤健康和食品安全的两大环境问题。有机磷农药毒死蜱(CPF)与土壤中MPs相互作用,不仅可能影响CPF的降解,还可能对土壤磷(P)组分及其生物有效性产生影响,进一步影响植物生长发育。因此,本研究通过室内控制试验(30 d),探讨聚乳酸MPs(PLA-MPs)污染土壤中(0.0%(CK)、0.1%、0.5%、1.0%(w/w))不同喷施浓度 CPF(6mgkg-1、12mg kg-1)的农药动力学降解规律,解析不同处理中土壤P组分特征;通过野外观测盆栽模拟实验,以玉米为试验作物,明确不同喷施浓度CPF(6 mg kg-1、12 mgkg-1)和PLA-MPs(1.0%)复合污染条件下,“十壤-植物”系统P分配及十壤P的生物有效性特征。具体研究结果如下: (1)不同处理中,CPF的含量随着时间不断减少,其降解特征符合污染物一级降解动力学衰减模型,且半衰期(DT50)介于11.0-14.8 d之间。其中,1.0%PLA-MPs添加处理显著抑制正常喷施浓度(6 mg kg-1)CPF的降解;CPF降解产物TCP在土壤中的残留量于第7-14 d达到峰值,各处理间差异不显著;土壤有效磷(AP)含量和有效P组分(H2O-P+NaHCO3-Pt+NaOH-Pt)比例在第3-7 d短暂增加,而后逐渐恢复至初始水平。 (2)不同处理中,CPF喷施对PLA-MPs污染土壤中植物生长及P分配影响各异。其中,与无CPF喷施处理相比,正常浓度CPF喷施对地上、地下生物量无显著影响,而倍施CPF显著抑制地上和地下生物量累积,尤其是幼苗期和抽穗期。与无CPF喷施处理相比,正常浓度喷施CPF和倍施CPF处理对整个时期根部P含量影响不显著,幼苗期和成熟期茎部P含量有所降低,但幼苗期叶部P含量有所增加;与正常浓度喷施及倍施CPF处理相比,幼苗期叶部P含量、抽穗期根部P含量在CPF×PLA-MPs处理中有所降低,但幼苗期和成熟期茎部P含量在CPF与×PLA-MPs处理中有所增加。 (3)不同处理中,CPF喷施对PLA-MPs污染上壤中P生物有效性的影响差异显著。其中,正常浓度喷施条件下,PLA-MPs对CPF和TCP残留量的影响不显著,而倍施条件下,PLA-MPs处理中CPF和TCP残留量低于无PLA-MPs添加处理;有效P组分(H2O-P+NaHCO3-Pt+NaOH-Pt)表现为:在幼苗期和抽穗期,CPF喷施增加了有效P组分比例,且在抽穗期倍施CPF × PLA-MPs处理中,其含量显著增加1.48%(p<0.05);而成熟期,各处理间无显著差异;MBP含量表现为:幼苗期各处理间差异不显著;在抽穗期CPF喷施降低土壤MBP含量,CPF与PLA-MPs处理提高土壤MBP含量,在成熟期CPF喷施、CPF与PLA-MPs处理中MBP含量均降低;非根际土壤中ALP的表现特征为:在幼苗期各处理间差异不显著;在抽穗期,CPF×PLA-MPs处理中其活性显著增加(p<0.05);在成熟期,正常浓度CPF×PLA-MPs处理中,其活性显著增加(p<0.05),而在倍施CPF×PLA-MPs处理中显著降低(p<0.05);而根际土壤中ALP的表现特征为:在幼苗期,倍施CPF、CPF ×PLA-MPs处理中,其活性显著降低(p<0.05);在抽穗期,CPF喷施显著提高根际土壤ALP活性(p＜0.05),而与PLA-MPs复合污染处理中,其活性显著降低(p<0.05);在成熟期,CPF×PLA-MPs处理中其活性显著降低(p<0.05)。 综上所述,1.0%PLA-MPs显著抑制CPF的降解,但对TCP生成无显著影响。正常喷施CPF对玉米地上、地下生物量无显著影响,倍施CPF、CPF与PLA-MPs复合污染降低地上、地下生物量;CPF单独喷施、CPF与PLA-MPs复合污染均影响植物各器官P含量分配;CPF单独喷施提高土壤P生物有效性,CPF与PLA-MPs复合污染提高幼苗期土壤P生物有效性,降低抽穗期土壤P生物有效性,对成熟期P生物有效性无显著影响。由此可以看出,有机磷农药CPF与PLA-MPs在土壤中的相互作用,影响了 CPF的降解,并对土壤P组分及植物P分配进行干扰,从而影响了植物-土壤系统P平衡。

关键词： 微塑料   新型全氟化合物   根际微生物   生态效应   碳氮循环功能基因  

摘要： 近年来,微塑料（粒径小于5 mm的塑料颗粒、碎片、纤维等）的环境污染、生态效应及健康风险已成为国内外高度关注的热点环境问题。聚乙烯（PE）是农田中应用最广泛的农膜,也是土壤中最广泛检出和污染最严重的微塑料之一。考虑到不可降解微塑料对生态环境的潜在威胁,可降解聚乳酸（PLA）膜替代传统塑料覆盖膜开始占据大量市场份额。然而,可降解与不可降解微塑料的土壤生态效应差异尚不清楚。同样,全/多氟化合物（PFASs）也是近年来备受高度关注的新污染物,作为重点管控的传统PFASs——全氟磺酸（PFOS）的典型替代品,6:2氯代多氟烷基醚磺酸（6:2 Cl-PF ESA）在环境中分布广泛,且具有与PFOS相近的毒性效应。目前,国内外关于典型微塑料与6:2 Cl-PFESA复合污染对土壤碳氮循环过程以及微生物生态效应的影响还不清楚。因此,开展此项研究有助于对新污染物的生态风险评估,也为我国农业可持续发展提供科学依据和实践指导。 本论文选择PE和PLA微塑料与6:2 Cl-PFESA为目标污染物,为研究老化与未老化的PE和PLA微塑料与6:2 Cl-PFESA复合污染的根际土壤微生物的生态效应,选择小麦作为受试植物,并以其根际土壤为研究对象,进行室内模拟试验。研究结果表明: （1）与单一PE MPs相比,PLA MPs降低了根际土壤TN、CEC含量,而增加了NH4+-N、SOM、AP和TP含量。与单一原始MPs相比,老化MPs增加了NH4+-N和TP含量,降低了AP含量。其中,老化PE（A-PE）降低了土壤p H值、DOC和TN含量,增加了NO3--N含量,而老化PLA（A-PLA）与之相反。与单一MPs相比,MPs与6:2Cl-PFESA复合污染均增加了DOC含量,降低了NO3--N含量。 （2）单一PE和PLA MPs均对根际土壤碳循环相关基因（cbb L、acl A和abf A）和氮循环相关基因（nir K、nos Z和amo A）表现为抑制作用。与原始MPs相比,A-MPs均降低了acl A、abf A、nir K和nos Z基因丰度。PE与高浓度(10 mg·kg-1)6:2 Cl-PFESA复合显著增加了碳氮循环基因的丰度,而PLA与低浓度(1 mg·kg-1)6:2 Cl-PFESA复合污染增加了碳氮循环基因的丰度,A-PLA与高浓度6:2 Cl-PFESA复合污染仅显著增加nos Z基因丰度。 （3）PE MPs对根际土壤细菌多样性和丰富度没有显著影响。相反,PLA MPs的添加不仅会导致根际土壤细菌多样性和丰富度降低,还会引起群落结构的改变。在门水平上,同PE处理组相比,放线菌门和绿弯菌门的相对丰度在PLA处理中显著提高,而芽单胞菌门的相对丰度则有明显减少的趋势;A-PLA处理导致放线菌门的丰度显著提高,绿弯菌门的相对丰度则有明显减少的趋势;PLA与高浓度6:2 Cl-PFESA复合显著增加变形菌门和拟杆菌门,降低放线菌门的相对丰度;所有处理均显著降低了酸杆菌门的相对丰度。在属分类水平上,PLA处理都显著增加假节杆菌属和类诺卡氏菌属的相对丰度,显著降低UBA6140属的相对丰度,而A-PLA也显著降低鞘氨醇单胞菌属的相对丰度;PLA与高浓度6:2 Cl-PFESA复合污染显著增加UBA6140属的相对丰度,显著降低假节杆菌属的相对丰度。 （4）通过微生物功能预测发现,PE MPs没有改变土壤细菌群落的功能,而PLA MPs对土壤微生物群落功能具有重要影响。添加PLA后,微生物的碳水化合物代谢、氨基酸代谢以及膜传输功能显著提高。在碳循环过程中,A-PLA处理显著降低了碳固定相关的glt A、pdh C、acn A和acc A基因相对丰度,显著提高了tkt A基因丰度,而A-PLA与6:2 Cl-PFESA复合降低了tkt A基因丰度。与PE相比,所有PLA处理显著增加了碳降解相关的bcd、bgl X、bgl B基因相对丰度,抑制了甲烷的氧化过程,老化MPs也进一步降低了甲烷代谢相关基因丰度。在氮循环过程中,与PLA相比,A-PLA增加了与固氮过程相关的nif HDK基因相对丰度。与PE相比,PLA处理均显著降低了硝化过程基因和反硝化过程nor B基因相对丰度。A-PLA显著提高了nap A、nap C基因相对丰度。MPs与6:2 Cl-PFESA复合污染均抑制了土壤硝化过程和反硝化基因相对丰度。

关键词： 微塑料   生物炭   细菌群落   土壤理化性质   辣椒   功能预测  

摘要： 塑料是一种高分子聚合物,其具有高度的化学稳定性和较强的可塑性,并且价格低廉且耐用,为人们带来了许多便利,但同时也造成了严重的环境问题。自然环境中的塑料,在物理、化学和生物因素等协同作用下,分解为微塑料（粒径<5 mm）。微塑料（microplastics,MPs）作为新型环境污染物,长期稳定的存在于土壤环境中,对土壤生态环境系统构成威胁。生物炭是在限氧或低氧的条件下,通过热裂解有机物质而生成的一种固体颗粒物,其p H值、比表面积和碳氮比较高,且还具有高抗分解性。生物炭进入土壤后能够调节土壤微生物的特性（如微生物生物量、微生物群落结构及组成）,影响微生物介导的养分循环和转化过程,进而改变土壤的品质和功能。然而,目前关于生物炭施用对微塑料污染土壤-植物系统细菌群落的影响以及细菌功能预测分析的研究报道较少。因而,本研究利用16S r RNA高通量测序技术对施用生物炭后的微塑料污染土壤细菌群落进行了分析,探讨了辣椒（Capsicum annuum L.）三个生长阶段不同处理微塑料污染土壤细菌群落结构,并进行细菌功能预测分析。主要研究结果如下: （1）本研究通过微观土壤培养试验发现,生物炭的施用减缓了微塑料污染土壤NO3--N和Olsen-P含量的降低,增加了TP含量。在微塑料污染土壤中细菌群落结构和组成的变化与土壤p H值和TP含量显著相关,生物炭的施用对微塑料污染土壤的影响机制,应重点考虑土壤p H值和磷含量的变化。生物炭施用对微塑料污染土壤细菌群落产生了显著影响。施用生物炭可以增加微塑料污染土壤酸杆菌门（Acidobacteriota）、放线菌门（Actinobacteriota）和拟杆菌门（Bacteroidota）等微塑料耐受菌门的相对丰度,同时也提高了溶杆菌属（Lysobacter）的相对丰度,减缓了微塑料对土壤细菌群落结构的威胁,降低了微塑料对土壤的污染程度。其中在第7天和第21天优势细菌为变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门和放线菌门。相对于第7天,第21天各处理土壤中变形菌门和厚壁菌门（Firmicutes）的相对丰度显著下降,而酸杆菌门、放线菌门、拟杆菌门、绿弯菌门（Chloroflexi）和粘菌门（Myxococcota）的相对丰度增加。 （2）通过盆栽培养试验发现,在辣椒生长的三个阶段,总生物量呈递增趋势,其中结果期阶段总生物量显著高于幼苗期和开花期阶段。微塑料的添加抑制了辣椒株高的生长,生物炭的添加促进了微塑料污染土壤辣椒株高的生长。此外,生物炭的施用显著增加了微塑料污染土壤辣椒果实生物量。生物炭施用对微塑料污染辣椒土壤细菌群落产生了显著影响。生物炭的施用提高了微塑料污染辣椒土壤细菌群落物种均匀度和丰富度,增加了微塑料污染土壤变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和拟杆菌门等相对丰度,还增加了马赛菌属（Massilia）、溶杆菌属（Lysobacter）和土生单胞菌属（Terrimonas）等相对丰度。Pearson相关性分析和冗余分析表明,土壤NH4+-N、NO3--N、p H、SOC和TP是土壤细菌群落组成的主要影响因子,马赛菌属、溶杆菌属和土生单胞菌属对辣椒生长指标影响较大。 （3）PICRUSt2功能预测表明,微塑料污染土壤细菌群落主要涉及4个一级功能层（level 1）和16个二级功能层（level 2）,其具体表现为土壤细菌群落在代谢（Metabolism）、遗传信息处理（Genetic information processing）和细胞过程（Cellular processes）方面功能活跃。生物炭的添加使得微塑料污染土壤细菌群落,在氨基酸代谢（Amino acid metabolism）和碳水化合物代谢（Carbohydrate metabolism）相关途径的基因丰度得到提升,比如提高了糖酵解/糖异生（Glycolysis/Gluconeogenesis）、柠檬酸循环（TCA循环）(Citrate cycle（TCA cycle）)、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢（Alanine,aspartate and glutamate metabolism）、赖氨酸生物合成（Lysine biosynthesis）等功能。生物炭可通过影响微塑料污染辣椒土壤细菌群落具体代谢途径（即:氨基酸代谢和碳水化合物代谢）,提升微塑料污染土壤植株氮、磷代谢循环,从而有效促进微塑料污染土壤辣椒生长。 综上所述,生物炭的施用改善了微塑料污染土壤理化性质,增加了微塑料污染耐受菌群,增强了微塑料污染土壤稳定性,减缓了微塑料对土壤的污染,生物炭对改善微塑料污染土壤质量有着巨大潜力。生物炭的施用还增加了微塑料污染土壤有益菌群,有助于微塑料污染土壤植株氮、磷代谢循环,有效促进微塑料污染土壤植物生长,为微塑料污染土壤防

关键词： 三江平原   湿地自然保护区   微塑料   污染特征   风险评估  

摘要： 微塑料污染作为近年来备受瞩目的新兴环境问题,已广泛渗透至城市水体、海洋及河流等多个生态系统,其污染分布与环境效应逐渐成为学术界的研究焦点。然而,相较于受人类活动影响显著的区域,天然湿地中微塑料的污染状况研究仍相对匮乏。湿地作为维护生物多样性及提供关键生态服务的重要场所,其生态价值不言而喻。当前,三江平原的湿地与集约化农业生产相互交织,受日益活跃的工农业生产活动影响,其微塑料污染特征亟待深入探究。为全面揭示三江平原湿地中微塑料的分布特性,选取了洪河、兴凯湖和七星河三个具有代表性的湿地自然保护区作为研究样本。本研究旨在系统分析保护区湿地及其周边环境中微塑料的污染特征,通过深入探究保护区水体和沉积物中微塑料的污染状况,弥补当前东北三江平原湿地类型关于自然生态保护区微塑料污染现状的研究空白。研究成果将为后续针以天然湿地为主要保护对象的对自然保护地中微塑料污染的防控策略制定及生态修复工作提供坚实的科学依据。 本研究通过采集表层水及沉积物样品并对其中的微塑料进行浮选分离,使用体视显微镜以及FTIR等设备,分析了水体及沉积物中微塑料的丰度、尺寸、颜色、形状等特点,并对其微观形貌及成分进行了分析。利用聚合物危害指数、污染负荷指数和潜在生态危害指数法,评估了微塑料对三个不同典型保护区可能产生的生态风险,主要研究结果分列如下: （1）三个保护区的水体中普遍存在微塑料污染,微塑料丰度呈现兴凯湖（15.22±7.13粒/L）>七星河（7.4±2.6粒/L）>洪河（3.1±1.2粒/L）的趋势,物理特征以纤维、碎片、薄膜;白色、蓝色、黑色;≤0.5-1 mm为主。聚合物类型主要由PP、PE、PA和PET组成。聚合物危害指数、污染负荷指数和潜在生态风险指数三种综合结果显示,除洪河为Ⅲ级危险水平,其他两个保护区为Ⅴ级危险水平。相关性分析结果显示,洪河和七星河微塑料主要来源为农业活动,兴凯湖微塑料来源为旅游活动。PLI与物理特征和丰度正相关;PHI和RI与聚合物PVC和PAN正相关。<0.5 mm小尺寸与碎片正相关。 （2）沉积物样品中微塑料的丰度呈现出七星河(1367.4±785.7 n·kg-1)>兴凯湖(296.0±148.9 n·kg-1)>洪河(175.1±65.4 n·kg-1)的趋势（P<0.05）。物理特征以纤维、碎片、薄膜;白色、黑色、蓝色;<0.5 mm为主。洪河污染风险评估综合为二级危险水平,聚合物类型主要由PP和PET组成;兴凯湖污染风险评估综合为四级危险水平,聚合物类型主要由PET和PP组成;七星河污染风险评估综合为五级危险水平,聚合物类型主要由PE和PP组成污。相关性分析结果显示,沉积物含水率与纤维、<0.5 mm呈负相关,PVC与PHI和RI呈正相关,MDII与旅游活动和居住密度呈相关,三处保护区微塑料的来源类型与保护区实际面临的干扰要素密切相关。 （3）经过对比发现,水层和沉积物的微塑料丰度在不同位点呈现空间异质性。兴凯湖和七星河的水体微塑料丰度较沉积物更为集中,而洪河则相反。兴凯湖沉积物微塑料丰度多极分化,洪河沉积物微塑料丰度较为集中且整体较低。形状特征:纤维状微塑料在水体和沉积物中均占主导地位,无显著差异;水体中薄膜和泡沫占比较沉积物显著增加,而碎片占比则显著减少。尺寸特征:沉积物中微塑料的破碎程度较水体更为严重,小尺寸微塑料占比增加。颜色特征:白色、黑色和蓝色是三个保护区水体和沉积物中最为常见的微塑料颜色。因此,本研究污染特征表现与日常生活中使用频率较高以及它们在环境中的稳定性和持久性有关。棕色微塑料在沉积物中的占比普遍高于在水体中的占比。是因为棕色微塑料具有特殊的物理或化学性质,使其更容易在沉积物中累积或保持稳定。兴凯湖区域水体中PA的占比显著高于沉积物,洪河保护区水体中PS的占比较沉积物减少,七星河保护区水体中PP的占比较沉积物明显减少。综合三种风险指数来看,七星河沉积物的风险等级最高,其次是兴凯湖沉积物,最后是兴凯湖水体。这表明不同保护区的不同环境介质中,微塑料的风险存在显著差异,沉积物中的风险普遍高于水体。 综上所述,三江平原天然湿地水体和沉积物中微塑料污染特征复杂多样,农业活动和旅游业发展是其主要的污染来源之一。为了有效防控微塑料污染,建议加强对湿地生态系统中微塑料的监测和研究,同时推广农业废弃物的合理处理和利用,减少微塑料的产生和排放。此外,提高公众对微塑料污染的认识和重视程度,也是推动微塑料污染防控工作的重要一环。