Fe?O?@NiO异质结修饰的阳极通过促进生物膜形成和调控微生物的能量代谢（利用宏基因组学方法），提升了微生物燃料电池的电化学性能

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Fe?O?@NiO Heterojunction-Modified Anodes Enhance Electrochemical Performance of Microbial Fuel Cells through Biofilm Promotion and Metagenomic Regulation of Energy Metabolism

微塑料污染影响Baiyangdian湖沉积物微生物群落组装与功能分化，揭示不同功能区（居住区、河口区、吸引区）中微塑料丰度、形态及聚合物类型的空间异质性，以及其通过随机组装和功能网络调控微生物群落结构及碳氮代谢潜力。

　　微塑料污染已成为全球范围内淡水生态系统面临的重要生态威胁。随着人类活动的增加，微塑料的种类、数量和分布范围不断扩大，其对微生物群落结构、功能潜力以及生态系统整体健康的影响也逐渐受到关注。然而，目前对于微塑料污染在不同区域对微生物群落组装过程的具体影响仍缺乏系统研究。本研究聚焦于中国北方最大的淡水湿地——白洋淀，探讨其不同功能区域（居住区、入海口、旅游区）中微塑料的分布特征及其对沉积物微生物群落的影响。研究结果不仅揭示了微塑料污染的区域差异，还为理解其对微生物功能潜力的调控提供了新的视角，为制定针对性的污染防治策略奠定了科学基础。

白洋淀位于华北平原中心，总面积约366平方公里，是京津冀地区重要的生态屏障。该湖不仅维持着区域的生物多样性，还承担着饮用水供应、水产养殖和旅游等关键社会经济功能。然而，由于农业塑料地膜的大量使用、塑料包装的过度依赖以及污水处理设施的不足，大量塑料垃圾进入白洋淀，最终在沉积物中形成微塑料。随着时间推移，这些塑料在湖水缓慢的水动力条件下发生破碎和风化，导致微塑料的积累。尽管近年来通过生态修复措施在一定程度上缓解了富营养化问题，但微塑料污染及其生态后果仍未得到充分评估。因此，本研究旨在填补这一知识空白，深入探讨微塑料污染对微生物群落的影响，包括其对群落结构、多样性以及相互作用网络的改变，并进一步分析这些变化对生态系统功能（如碳和氮循环）的潜在影响。

微塑料的分布具有明显的空间异质性。在16个采样点中，平均微塑料含量为1375 ± 249项/千克（干重）。不同功能区域的微塑料含量存在显著差异，居住区的微塑料含量最高，达到1514 ± 273项/千克（干重），显著高于入海口（1180 ± 110项/千克（干重）），且与旅游区的含量相当（1375 ± 189项/千克（干重））。纤维状微塑料在所有区域中均占主导地位，其比例在66.04%至74.58%之间，主要由聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚丙烯（PP）组成。这些微塑料不仅改变了沉积物的物理结构，还可能为微生物提供新的附着表面和传播媒介，进而影响其群落的组成和功能。

研究还通过共现网络分析揭示了不同区域的微生物相互作用模式存在显著差异。居住区的微生物网络以协作关系为主，表明该区域的微生物群落之间存在较强的相互依赖性。入海口的微生物网络表现出较为平衡的动态，说明该区域的微生物群落可能受到更稳定的环境条件调控。而旅游区的微生物网络则呈现出高度复杂性，包含多种类型的相互作用，这可能与该区域复杂的污染源和环境条件有关。这种网络结构的差异进一步反映了微塑料污染对微生物群落组装过程的区域影响。

在微生物群落的组装机制方面，研究发现主要由随机过程（R2 = 0.8701）主导，其中生态漂移（ecological drift）是主要驱动因素，其作用范围在36%至92%之间。生态漂移指的是由于随机因素（如种群波动、环境扰动等）导致的微生物群落结构变化，而非由选择压力（如资源竞争、环境适应等）主导。这一发现表明，尽管微塑料污染可能对微生物群落产生一定的选择性影响，但其主要作用是通过改变沉积物的物理和化学环境，间接影响微生物的分布和功能。此外，不同功能区域的微生物群落对微塑料的响应也存在差异，其中优势门类（如变形菌门Pseudomonadota和绿弯菌门Chloroflexota）的微塑料污染响应表明，其功能潜力可能发生变化。例如，居住区的微生物群落表现出更强的厌氧发酵能力，这可能与Clostridium类群的增殖有关。而旅游区的微生物群落则更倾向于污染物降解，这可能与Dechloromonas类群的主导作用有关。

在功能潜力方面，研究整合了基于功能预测的工具（如FAPROTAX和PICRUSt2），发现不同功能区域的微生物群落表现出不同的功能倾向。居住区的微生物群落显示出更强的糖酵解和发酵信号，表明其在有机物分解和能量代谢方面具有更高的潜力。而入海口的微生物群落则表现出相对更高的硝酸盐呼吸和还原标记，这可能与该区域较高的氮循环速率有关。这些功能偏倚与随机主导的微生物群落组装机制以及不同区域的网络结构特征相一致，表明微塑料污染不仅改变了微生物的组成，还通过改变环境条件，影响了其功能潜力的分布。

微塑料污染对微生物群落的影响不仅限于其物理和化学特性，还可能通过改变微生物的相互作用网络，影响生态系统的整体功能。例如，微塑料的高比表面积和疏水性使其能够吸附多种环境污染物，如重金属、多环芳烃（PAHs）和农药，从而形成复杂的污染物载体。这些污染物的吸附可能增加其生物可利用性，进而影响微生物的代谢活动和生态功能。此外，微塑料可能作为微生物的“塑料球菌”（plastisphere）的载体，为特定微生物提供新的栖息环境，进而改变其群落结构和功能潜力。

尽管已有大量研究关注微塑料污染对淡水生态系统的影响，但大多数研究仍基于实验室条件下的实验数据，而这些数据往往与自然环境中的微塑料浓度存在较大差异。实验室环境中的高浓度微塑料可能高估或歪曲其生态影响，无法全面反映真实环境下的微生物响应。因此，本研究通过现场采样和高通量测序技术，结合共现网络分析，为微塑料污染与微生物群落之间的关系提供了新的实证依据。这种现场研究方法能够更准确地捕捉微塑料污染对微生物群落的影响，特别是在不同功能区域内的差异。

此外，白洋淀的不同功能区域受到不同的人类活动影响，形成了独特的微塑料污染源和环境条件。居住区主要受到生活污水排放的影响，导致微塑料的高浓度积累；入海口则受到农业和工业活动带来的营养物质和沉积物输入影响，微塑料的分布可能受到水动力条件的调控；而旅游区则受到游客活动带来的固体废弃物影响，导致微塑料的输入和分布具有一定的随机性。这种区域间的差异为研究微塑料污染对微生物群落的影响提供了天然的实验场，使得我们能够更全面地理解其生态后果。

研究还发现，微塑料污染对微生物群落的改变不仅局限于其组成，还可能通过影响微生物的相互作用网络，改变生态系统的功能。例如，微塑料可能促进某些微生物的增殖，抑制其他微生物的生长，从而改变微生物群落的结构和功能潜力。这种影响可能在不同功能区域中表现出不同的模式，反映出微塑料污染的区域异质性。此外，微塑料污染还可能通过改变沉积物的物理和化学环境，影响微生物的代谢活动和生态功能，从而改变生态系统的整体运行。

综上所述，微塑料污染对淡水生态系统的影响是多方面的，不仅改变了微生物的组成和功能潜力，还通过影响其相互作用网络，改变了生态系统的整体运行。本研究通过现场采样和高通量测序技术，结合共现网络分析和功能预测工具，揭示了微塑料污染在不同功能区域对微生物群落的区域影响。研究结果表明，微塑料污染在白洋淀中呈现出显著的空间异质性，其对微生物群落的改变主要由随机过程主导，且与不同区域的环境条件和污染源密切相关。这些发现不仅为理解微塑料污染对微生物群落的影响提供了新的视角，也为制定针对性的污染防治策略和保护微生物介导的生态系统服务提供了科学依据。