论文部分内容阅读
潟湖微塑料(Microplastics,MPs)污染是海洋环境中突出的问题。海南陵水新村湾是典型的受潮汐控制的弱水动力条件的潟湖海湾,是国家一级良港,其水产养殖业在海南省渔业产业中占有重要地位。同时红树林和海草床等重要的滨海湿地生态系统也分布于潟湖内,其对保护海岸、净化海水和维持生物多样性有着至关重要的作用。新村湾内大量的渔排、渔网、渔船和疍家居民生产生活产生的微塑料及其对周围生态系统的影响不容小觑。微塑料的比表面积大,微生物通过生物膜的形式在其表面进行附着、增殖,形成“塑料圈”,“塑料圈”可能携带有害微生物传播,进而影响周围生态系统。因此,广泛并深入研究新村潟湖环境中微塑料的分布特征及表面微生物膜形成与演替,对潟湖区微塑料污染防控及周围典型海洋生态系统的保护具有重要意义。首先,本研究对新村湾水产养殖区表层海水、红树成林、幼林沉积物与表层水、不同大小海草床斑块沉积物中微塑料丰度、形态、粒径、颜色和聚合物类型等进行调查和分析,结果显示:(1)新村湾水产养殖区表层海水微塑料丰度为5.2±2.7 n·L-1,且人口集中和水动力差的区域微塑料丰度显著(P<0.05)高于其他站位,其中聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)和聚丙烯(PP)材质的微塑料占比居前三,与水产养殖使用的塑料高度一致;(2)潟湖周边海草床沉积物中微塑料丰度随斑块大小呈现显著差异,表现为长海草床斑块(宽≈3m,长7~10m)微塑料丰度显著高于圆海草床斑块(半径≈3m);长海草床斑块中间有更高比例的纤维状微塑料;且微塑料的丰度与海草的茎枝密度没有显著相关。(3)林龄和潮位对潟湖周边红树林微塑料分布的影响显著,红树成林表层海水和沉积物中微塑料丰度(91.2±15.0 n·L-1,1972.9±805.2 n·kg-1)均显著(P<0.05)高于红树幼林(49.1±7.3 n·L-1,686.2±64.3 n·kg-1);证实了红树林生态系统对微塑料的汇集作用,同时还发现红树成林向陆侧汇集能力最强。其次,本研究针对上述典型系统中丰度最高的三种微塑料(PE、PS和PP)和一种天然材质(木质微粒,WD)进行了水产养殖区60天的原位培养,在第10、30、60天回收样品,利用16S r RNA高通量测序研究典型微塑料表面微生物的多样性与演替特征;在第60天时,我们将培养完成的三种材质样品(PS、PP和WD)转移至海草床和红树林生态系统,第3、10、30天回收样品,利用16S r RNA高通量测序研究其表面微生物在海草床和红树林生态系统中群落演替特征;同样在第60天时,将培养完成的此三种微塑料材质样品转移至海草养殖系统,于第12小时取样各部位(海草叶片、海草根状茎、海水、沉积物)表面微生物,利用16S r RNA高通量测序研究典型微塑料表面微生物群落在海草养殖系统的转移特征。研究使用微生物群落α多样性、β多样性、群落组成聚类分析、生物标志物(Biomarkers)、共现性网络分析、KEGG代谢通路等方法,结果发现:(1)随着暴露时间的延长,MPs表面生物膜变厚,其中PS生物膜最厚;MPs细菌α多样性指数均高于水体(WR),且部分微生物为微塑料独有;相比WR,MPs的微生物网络结构更为复杂且分散;对丰度超过0.01%的潜在降解菌和病原菌进行分析,仅发现微塑料上的几种潜在降解菌丰度高于水体,未发现潜在病原菌在微塑料上富集;WR和MPs细菌群落在代谢功能的碳氮循环和耐药性方面有显著差异。(2)三种材质转移到红树林和海草床生态系统后,微塑料表面微生物α多样性呈现不同变化,表现为海草生态系统各中α多样性指数降低,而红树林升高;微生物群落组成门水平上有相似的变化,变形菌门(Proteobacteria)和蓝细菌(Cyanobacteria)比例增加,厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria)占比减少;PCo A与属水平前25物种丰度显示水产养殖区微塑料与红树林或海草床微塑料表面微生物群落组成有显著差异;(3)三种MPs转移到海草养殖系统发现:与CK中细菌相比,有微塑料加入处理的细菌丰富度更高,群落组成、聚集性、聚类分析和生物标志类群上都有明显差异,说明细菌会以微塑料作为载体而转移至海草养殖系统。新村水产养殖潟湖生态系统中微塑料分布广泛,在水产养殖区表层水、红树林沉积物和表层水、海草床沉积物中都发现了微塑料,其丰度居中等水平,根据微塑料的材质可以得出其来源于水产养殖所用材料。水产养殖区微塑料表面微生物与水体中显著不同且没有发现明显的致病菌;当水产养殖区微塑料传播到海草床和红树林时,其表面微生物发生了明显的群落演替以适应新的环境;当水产养殖区微生物转移到海草养殖系统时,海草养殖系统水体,沉积物、海草叶片与海草根状茎都能发现不同于对照组的微生物群落特征。总之,新村湾典型生态系统存在明显的微塑料污染,微塑料表面微生物的传播对该系统有潜在生态风险。