我院冷欣/安树青团队揭示微塑料在多闸坝型河流中的动态迁移过程

　　

微塑料（MPs）因其丰度高、颗粒小等特点，易被水环境中多种生物摄取并产生物理或化学的毒害作用，威胁水生态系统健康。筑坝人为调节河流生态系统水文特征，水环境和生物过程，直接或间接的影响河流生态系统结构和功能，并将进一步改变MPs等污染物在河流中的运输过程。目前对闸坝型河流面临的MPs污染暴露热点、迁移过程和驱动因素的研究十分缺乏，因而这方面的研究将为闸坝型河流的水生态系统健康提供重要的理论依据。

安树青教授团队长期从事河流湿地生态研究。该团队分析了典型多闸坝流域——沙颍河流域的10座大坝附近的水体、沉积物和生物组织中MPs的特征和丰度（图1），探讨大坝影响下的环境和动物体内MPs空间分布，揭示环境中MPs和食物网结构的变化对MPs在动物体内累积的影响，从而提出该类型流域中MPs暴露热点、迁移过程和潜在营养转移途径。

图1.主要工作流程图示

该研究发现大坝通过调控水流动力改变了不同大坝位置（上游、水库和下游）的MPs的运输、停留和沉积状态。水和沉积物中的MPs组成差异显著，大坝从水库上游沉积物中截获了大量的MPs，但对水中的MPs没有显着的捕获效果，水中的MPs更容易长距离运输。与传统污染物不同，MPs具有多种形态和成分特征（以各种颜色、形状、粒径和聚合物成分出现），可能产生不同的生态效应。大坝建设导致大坝不同位置沉积物MPs组成的显著差异，而这些差异的形成主要由水动力改变后不同密度、形状和尺寸的MPs发生差异性垂直迁移导致的（图2）。 

图2.不同大坝位置的微塑料（MPs）聚合物比例、形状和颜色（a）以及基于不同大坝位置MPs群落相似性的非度量多维尺度分析（NMDS）的结果（b）。水中和沉积物中MPs群落相似性的距离衰减关系被展示出来（c）。实线表示平均估计数，阴影部分表示95%的置信区间。根据NMDS，不同大坝位置的地表水（d）和沉积物（e）中的MPs群落差异显著。

 

为了探讨大坝影响下动物体内MPs的空间分布及其影响因素，该团队对研究区域内鱼类、水生节肢动物和软体动物进行了探究，并构建食物网。发现相较于大坝上游和下游，水库中食物网的结构被简化，动物受到MPs污染的风险最高（图3）。动物的胃肠道是MPs累积最丰富的器官，软体动物受到MPs污染最为严重，这些动物是MPs进入食物链的一个重要环节。环境中沉积物高MPs丰度和食物网的简化是导致动物体内MPs累积增加的重要因素（图4）。

 图3.动物体内MPs的平均丰度（a）和多样性综合指数（b）。不同介质中MPs平均丰度（c）和MDII值（d）与同物体内MPs丰度的相关性。动物MDII值与不同介质中MPs平均丰度（d）和MDII值（f）的关系。

 

图4.动物MPs污染风险、平均链长和环境中MPs指标之间的关系。(a)和(b)分别显示地表水和沉积物MPs丰度与平均链长和动物体内MPs丰度之间的关系。(c)和(d)分别显示地表水和沉积物MDII值、平均链长和动物体内MDII之间的关系。聚类增强树(ABT)分析显示了环境中MPs指标和食物网结构对动物体内MPs丰度(e)和MDII(f)的影响。

本研究成果提出了对MPs的MDII和群落分析，为MPs源解析和污染控制工作提供了重要方法。对河流管理来说，闸坝型河流受水文调控影响严重，应重视水动力对MPs的迁移，尤其是沉积物MPs的影响。水库中MPs污染风险高，水库MPs污染源控制、污染监测和潜在生态风险评估应得到重点关注。

该研究成果以“Damming has changed the migration process of microplastics and increased the pollution risk in the reservoirs in the Shaying River Basin”为题于2022年10月在线发表于Journal of Hazardous Materials（Environmental Sciences, 9/279，环境1区Top）。南京大学生命科学学院博士生申家琛为该论文的第一作者，南京大学生命科学学院冷欣副教授和南京晓庄学院李宁博士为该论文的通讯作者。该研究得到了国家水体污染控制与治理科技重大专项、中央高校基础研究基金等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.130067