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Picarro | 淡(dan)水沉積物中的微塑料影響主要生(sheng)物擾動者在生(sheng)態系統(tong)功能中的作用

日期： 2024-02-28
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微塑料(liao)是指(zhi)直徑小于5毫(hao)米的塑料(liao)顆(ke)粒(li)，它們主要來源于塑料(liao)制品的磨損、降解和(he)(he)破碎，對(dui)環(huan)境和(he)(he)生(sheng)態系統產生(sheng)了不(bu)容(rong)忽視的影響(xiang)。

微塑(su)料廣泛分布在河流(liu)、湖(hu)泊、海洋(yang)等水體(ti)中，對水環境會造成污染，也可被水生(sheng)生(sheng)物攝取，進而(er)在食(shi)物鏈中傳遞，最終(zhong)影響(xiang)到人類(lei)健康。此外，微塑(su)料還可能(neng)影響(xiang)浮游動物的攝食(shi)、生(sheng)長和繁殖，從而(er)影響(xiang)整個生(sheng)態系統的功能(neng)。

針對微塑料是(shi)否會(hui)影響生物擾動活動，國(guo)外的一組團(tuan)隊展開了研究。

淡水沉積物中的微塑料影響主要生物擾動者在生態系統功能中的作用

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Picarro | 淡水沉積物中的微塑料影響主要生物擾動者在生態系統功能中的作用


微塑料（粒徑≤5mm）是塑料廢物中的一部分，會通過沿海徑流和河流進入到海洋。根據其密度差異，或漂浮在水中或進入沉積物中。沉積物-水界面是水中生物主要活動區，通過生物地球化學過程在生態系統功能中發揮著重要作用。這些生物地球化學過程主要由微生物活動驅動，而底棲無脊椎動物生物擾動作用明顯，可憑借進食、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分動態及微生物過程。但目前尚不清楚微塑料的存在是否會影響生物擾動者在沉積物中的生理和活動。

基于此，為填補研究空白，國外的一組研究團隊在法國東南部Lone des Pe?cheurs河床收集沉積物，過篩后，于-20℃儲存以殺死微生物。然后測量了沉積物樣品的顆粒物粒徑分布、總有機碳（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個微塑料濃度（0 顆粒物/kg沉積物干物質（對照）；700 顆粒物/kg沉積物干物質（低）；7000 顆粒物/kg沉積物干物質（中）；70000 顆粒物/kg沉積物干物質（高））。水絲蚓在淡水底棲生物棲息地的生物地球化學和生態學中具有關鍵作用，選擇其作為生物擾動者進行研究。試驗共8個處理（4個微塑料濃度×有無水絲蚓），5次重復。沉積物和微塑料混合一周后轉移到2L玻璃培養瓶中，然后上覆10 cm合成淡水，將180個長度為1-3 cm的水絲蚓放入培養瓶中，進行77天培養試驗。在試驗最后4周，分析了水絲蚓的生物擾動活動（沉積物重建和生物灌溉）和地球化學過程（CO2、CH4（Picarro G2201-i同位素和氣體濃度分析儀）和養分通量）。試驗結束時（77天），確定每種處理下水絲蚓的存活率，并將其分成兩部分，一部分用來評估其生理狀態（能量儲存和氧化應激），另一部分用來確定水絲蚓攝入的微塑料數量。旨在評估微塑料對水絲蚓及生態系統服務功能的影響。

Picarro | 淡水沉積物中的微塑料影響主要生物擾動者在生態系統功能中的作用
實驗期間不同天數所分析參數示意圖。


【結果】


Picarro | 淡水沉積物中的微塑料影響主要生物擾動者在生態系統功能中的作用


其中一個培養瓶中CH4（A）、CO2（B）、N-NO3-（C）、N-NO2-（D）、N-NH4＋（E）和P-PO43-（F）濃度時間變化示例。
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Picarro | 淡水沉積物中的微塑料影響主要生物擾動者在生態系統功能中的作用
水柱中測量的CO2（A）和N-NOx（N-NO3?+ N-NO2?）通量（B）。


【結論】

雖(sui)然沒有(you)死亡(wang)，但在(zai)(zai)暴露于中等微塑(su)料濃(nong)度(du)(du)（7000 顆粒物(wu)(wu)/kg沉(chen)積(ji)物(wu)(wu)干物(wu)(wu)質）后，水絲(si)蚓對(dui)氧化(hua)應(ying)激(ji)有(you)顯(xian)著(zhu)(zhu)反應(ying)。與此同時，通過沉(chen)積(ji)物(wu)(wu)重建(jian)能力和促進(jin)沉(chen)積(ji)物(wu)(wu)-水界(jie)面(mian)的(de)(de)(de)水交換通量進(jin)行(xing)評估，發現(xian)水絲(si)蚓生物(wu)(wu)擾(rao)動(dong)活動(dong)減(jian)少。因(yin)此，在(zai)(zai)微塑(su)料存在(zai)(zai)的(de)(de)(de)情況下(xia)，水絲(si)蚓對(dui)有(you)機(ji)質礦化(hua)和養分通量的(de)(de)(de)貢獻顯(xian)著(zhu)(zhu)降(jiang)低。該研究表(biao)明(ming)，環境中的(de)(de)(de)微塑(su)料濃(nong)度(du)(du)通過減(jian)少水絲(si)蚓的(de)(de)(de)生物(wu)(wu)擾(rao)動(dong)活動(dong)，對(dui)沉(chen)積(ji)物(wu)(wu)-水界(jie)面(mian)的(de)(de)(de)生物(wu)(wu)地(di)球化(hua)學過程(cheng)產(chan)生影響。

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對地表入(ru)滲和(he)(he)(he)蒸(zheng)發(fa)通(tong)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)配，以及準確量(liang)(liang)化不(bu)同(tong)空間尺度下土壤(rang)(rang)(rang)(rang)(rang)與(yu)大(da)氣之間的(de)(de)(de)(de)(de)質量(liang)(liang)和(he)(he)(he)能(neng)量(liang)(liang)交換(huan)過(guo)程，都需要了(le)解土壤(rang)(rang)(rang)(rang)(rang)的(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)文(wen)性(xing)質（如土壤(rang)(rang)(rang)(rang)(rang)水(shui)(shui)(shui)分(fen)(fen)特(te)(te)征曲線和(he)(he)(he)導水(shui)(shui)(shui)率特(te)(te)征曲線）。土壤(rang)(rang)(rang)(rang)(rang)水(shui)(shui)(shui)分(fen)(fen)特(te)(te)征曲線（SWRC）描(miao)述了(le)在基(ji)質勢(shi)下土壤(rang)(rang)(rang)(rang)(rang)水(shui)(shui)(shui)分(fen)(fen)含(han)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)平衡(heng)情(qing)況，是(shi)重要的(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)文(wen)特(te)(te)性(xing)，與(yu)土壤(rang)(rang)(rang)(rang)(rang)孔隙的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)小分(fen)(fen)布(bu)和(he)(he)(he)結(jie)構密切(qie)相關，受土壤(rang)(rang)(rang)(rang)(rang)結(jie)構、質地、有(you)機(ji)物和(he)(he)(he)粘土礦物等因素的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響。傳統(tong)測(ce)量(liang)(liang)SWRC的(de)(de)(de)(de)(de)實驗室方法(fa)繁瑣，數據往(wang)往(wang)不(bu)完整(zheng)，且只覆蓋有(you)限的(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)分(fen)(fen)含(han)量(liang)(liang)范(fan)圍。近年(nian)來，近程和(he)(he)(he)遙感技(ji)術得(de)到了(le)廣泛(fan)關注，特(te)(te)別是(shi)在光(guang)學域內的(de)(de)(de)(de)(de)土壤(rang)(rang)(rang)(rang)(rang)反(fan)射(she)光(guang)譜已被(bei)用于獲取土壤(rang)(rang)(rang)(rang)(rang)礦物學和(he)(he)(he)化學成分(fen)(fen)、有(you)機(ji)物含(han)量(liang)(liang)、粒度分(fen)(fen)布(bu)及水(shui)(shui)(shui)分(fen)(fen)含(han)量(liang)(liang)等信息(xi)。這(zhe)些(xie)研究為衛星遙感提供了(le)大(da)尺度測(ce)繪(hui)的(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)礎(chu)。傳統(tong)方法(fa)主(zhu)要依賴光(guang)譜轉(zhuan)移(yi)函數，盡管能(neng)有(you)效推斷土壤(rang)(rang)(rang)(rang)(rang)水(shui)(shui)(shui)力特(te)(te)性(xing)，但需大(da)量(liang)(liang)數據進行模型校(xiao)準。本文(wen)提出了(le)一(yi)種新的(de)(de)(de)(de)(de)實驗室方法(fa)，通(tong)過(guo)水(shui)(shui)(shui)分(fen)(fen)含(han)量(liang)(liang)依賴的(de)(de)(de)(de)(de)短(duan)波紅外（SWIR）土壤(rang)(rang)(rang)(rang)(rang)反(fan)射(she)光(guang)譜直(zhi)接估(gu)計SWRC，利用最近開發(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)前向(xiang)輻(fu)射(she)傳輸模型，僅...
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水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)資源(yuan)(yuan)在(zai)(zai)糧(liang)食生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)和(he)(he)生(sheng)(sheng)(sheng)態修復中(zhong)(zhong)的關鍵作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)，特別是在(zai)(zai)頻繁出現的高溫(wen)、干旱(han)等極端天(tian)氣(qi)條件下(xia)，威脅糧(liang)食生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)，加(jia)速土地(di)退(tui)化(hua)。研(yan)究指出，中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)作(zuo)(zuo)為(wei)人(ren)均(jun)(jun)(jun)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)資源(yuan)(yuan)低于世界平(ping)(ping)均(jun)(jun)(jun)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)平(ping)(ping)的國(guo)(guo)家，農(nong)業(ye)(ye)用(yong)(yong)(yong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)已占全國(guo)(guo)總(zong)用(yong)(yong)(yong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)量(liang)的60%以上，但整體用(yong)(yong)(yong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)效(xiao)(xiao)率較低且區(qu)域差異顯著(zhu)。尤(you)其(qi)在(zai)(zai)山區(qu)和(he)(he)丘陵地(di)區(qu)，土壤侵蝕和(he)(he)厚度(du)減少嚴重影響了蓄水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)能力，加(jia)劇了干旱(han)頻發(fa)和(he)(he)作(zuo)(zuo)物減產(chan)的風險。為(wei)應對這些挑戰，本(ben)文(wen)強調了通過優化(hua)農(nong)業(ye)(ye)管理實踐(jian)，提高用(yong)(yong)(yong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)效(xiao)(xiao)率，以緩解干旱(han)脅迫，維持作(zuo)(zuo)物產(chan)量(liang)的重要(yao)性。本(ben)次田間(jian)試(shi)驗在(zai)(zai)中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)科(ke)學院鹽亭(ting)紫色(se)土農(nong)業(ye)(ye)生(sheng)(sheng)(sheng)態站進(jin)行，該(gai)站位于中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)四(si)川盆地(di)中(zhong)(zhong)北部，海(hai)拔400-600m（東經(jing)105° 27’，北緯 31°16’）（圖 1）。該(gai)地(di)區(qu)屬(shu)于中(zhong)(zhong)亞(ya)熱帶季風氣(qi)候，平(ping)(ping)均(jun)(jun)(jun)氣(qi)溫(wen) 17.3℃。年(nian)平(ping)(ping)均(jun)(jun)(jun)降水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)量(liang)為(wei)826mm，蒸發(fa)量(liang)為(wei)680 mm。降雨分布不均(jun)(jun)(jun)，約70%的年(nian)降水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)在(zai)(zai)夏秋季，季節性干旱(han)頻繁，主(zhu)要(yao)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)在(zai)(zai)春(chun)季和(he)(he)初(chu)夏。 圖1...
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