全球塑料污染問題日益嚴(yán)重，尤其是河口地區(qū)的微塑料富集及其生態(tài)效應(yīng)引起了廣泛關(guān)注。河口沉積物是微塑料的主要匯聚庫，也是生物地球化學(xué)過程的活躍場(chǎng)所，易受外界擾動(dòng)影響。底棲動(dòng)物的生物擾動(dòng)不僅能夠改變沉積物結(jié)構(gòu)，也會(huì)影響其物質(zhì)循環(huán)。然而，目前關(guān)于微塑料如何改變底棲動(dòng)物行為進(jìn)而影響沉積物物質(zhì)循環(huán)的研究較為有限。近日，中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所海岸帶環(huán)境生理生態(tài)研究組（趙建民研究團(tuán)隊(duì)）以潮間帶動(dòng)物沙蟹（Scopimera globosa）為研究對(duì)象，開展了系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)研究，揭示了微塑料污染下沙蟹行為與沉積物硫循環(huán)過程之間的耦合機(jī)制。
研究通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)合AI視覺識(shí)別和宏基因組測(cè)序技術(shù)，系統(tǒng)探究了微塑料污染對(duì)沙蟹行為的調(diào)控效應(yīng)以及沙蟹生物擾動(dòng)對(duì)微塑料遷移、沉積物理化性質(zhì)和硫循環(huán)的影響機(jī)制。結(jié)果表明，微塑料暴露下沙蟹表現(xiàn)出活動(dòng)能力減弱、再埋藏時(shí)間延長(zhǎng)、爭(zhēng)斗和爬壁行為頻繁等明顯的行為異常，表明其處于較高的環(huán)境脅迫狀態(tài)。沙蟹主動(dòng)規(guī)避微塑料豐度較高區(qū)域，向深層沉積物遷移的行為，進(jìn)一步改變了沉積物氧化還原狀態(tài)與微生物分布格局。沙蟹生物擾動(dòng)顯著增強(qiáng)了微塑料向上遷移的能力，使其在沉積物表層及上覆水中豐度顯著增加，可達(dá)非擾動(dòng)條件下的27倍，沙蟹可能是潮間帶微塑料再暴露風(fēng)險(xiǎn)的重要驅(qū)動(dòng)因子。沙蟹生物擾動(dòng)顯著改變了沉積物微生物群落結(jié)構(gòu)和硫循環(huán)代謝功能。表層沉積物中需氧菌群Pseudomonadota顯著增加，而厭氧硫酸鹽還原菌Thermodesulfobacteriota顯著減少；沙蟹生物擾動(dòng)促進(jìn)了深層沉積物中soxA、soxB等硫氧化相關(guān)基因表達(dá)，但抑制了dsrA、dsrB等硫酸鹽還原相關(guān)基因表達(dá)。
研究成果揭示了微塑料通過調(diào)控底棲動(dòng)物行為間接影響沉積物生物地球化學(xué)過程的機(jī)制，為海洋微塑料污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了新認(rèn)知。該成果已發(fā)表于國(guó)際期刊 Environmental Science & Technology上，第一作者為孫超凡博士，通訊作者為王清研究員。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和煙臺(tái)海岸帶所研究組群項(xiàng)目資助。
圖1 研究結(jié)論示意圖
圖2?沉積物中微生物群落多樣性分析
圖3 不同處理組沉積物中硫代謝相關(guān)基因表達(dá)情況
