稀释后的沥青、用于清洗岸线的药剂Corexit EC9580A以及生物刺激措施对北方湖泊低营养级食物网的影响

《Economics & Human Biology》：The effects of diluted bitumen, the shoreline washing agent Corexit EC9580A, and bio-stimulation on the lower food web of a boreal lake

在 boreal 湖泊中模拟石油泄漏实验，对比 shoreline washing agent（SWA）和增强自然恢复（eMNR）对浮游植物、浮游生物及 zooplankton 的影响。结果显示浮游植物生物量在 SWA 和 eMNR 处理中均显著增加（分别 +130% 和 +60%），但 zooplankton 生物量在 SWA 处理中初期下降至参考组的 4%。SWA 处理中浮游生物量显著降低（-77%），可能与 Corexit 9580A 的毒性或营养竞争有关。未发现直接毒性效应，但食物网结构因处理方式改变，如 zooplankton 群体减少导致浮游植物生物量上升。

　　在淡水生态系统中，石油泄漏及其应对措施对生态系统的潜在影响一直是一个备受关注的研究领域。为了更好地理解这些影响，研究团队在加拿大曼尼托巴大学的国际可持续发展研究所实验湖泊区（IISD Experimental Lakes Area）开展了一项现场实验，探讨了小型石油泄漏以及两种二次清理方法对湖泊沿岸区（littoral zone）中低营养级生物（如附着藻类、浮游植物和浮游动物）的影响。该研究的核心在于评估石油泄漏和清理措施对水体中生态指标的复杂变化，包括营养成分、生物群落结构和生物量等。通过设置对照组和实验组，研究人员观察到在实验期间，实验组中石油及其处理剂的使用并未对浮游植物造成直接的急性毒性影响，但间接影响，如浮游动物的减少和营养动态的变化，显著改变了湖泊的生态结构。

在实验设计中，研究团队在2019年6月21日向八个矩形围栏中添加了约1.5升（1300克）的预风化稀释沥青（diluted bitumen），随后在四天后进行了初级清理，包括淡水冲洗和吸油材料的使用。然后，实验组分别接受了两种不同的二次清理方法：一种是使用岸线清洗剂（Corexit EC9580A），另一种是增强监测自然恢复（eMNR），即通过缓慢释放的营养肥料促进微生物对石油的降解。整个实验持续了95天，直到2019年9月24日。研究人员跟踪了水体质量和生物指标的变化，并在实验过程中发现了一些有趣的现象。

在实验结果中，研究人员发现，尽管在实验组中添加了稀释沥青，但浮游植物似乎对石油的直接毒性影响表现出较强的抗性。在实验的前33天内，SWA和eMNR处理组的浮游植物生物量分别增加了约130%和60%，显著高于对照组。这表明，石油泄漏和处理措施可能通过减少浮游动物的捕食压力间接促进了浮游植物的生长。此外，通过DNA条形码分析和显微镜观察，研究人员发现浮游植物群落主要由金藻（Chrysophytes）和甲藻（Dinoflagellates）组成，且在eMNR处理组与对照组之间的群落结构相似性更高，这说明eMNR处理对浮游植物的影响相对较小。然而，在SWA处理组中，附着藻类的生物量在实验的前48天内显著低于对照组，约为对照组的23%。这一现象可能与SWA处理对附着藻类的直接毒性作用或与浮游植物之间的竞争有关。

对于浮游动物而言，实验结果显示其生物量在SWA处理组中出现了显著下降。在实验的第11天，SWA处理组的浮游动物生物量仅为对照组的4%，但随后在第33天恢复到了接近对照组的水平。这种波动表明，SWA处理可能在短期内对浮游动物造成了较大的影响，但随着时间的推移，生态系统逐渐恢复。相比之下，eMNR处理组的浮游动物生物量虽然在实验初期有所下降，但并未出现显著差异。这一结果可能与SWA处理中使用的化学清洗剂有关，因为其对浮游动物的毒性作用可能更为显著。然而，研究人员指出，由于实验的样本量较小以及浮游动物数量在各围栏中存在较大的变异性，因此难以明确地将这些变化归因于具体的处理方法。

在实验的水体质量分析中，研究人员发现氮和磷的浓度在整个实验过程中都处于较低水平，符合寡营养（oligotrophic）到中营养（mesotrophic）的特征。尽管在eMNR处理组中，部分营养成分（如颗粒氮和颗粒磷）的浓度显著高于对照组，但其他指标如总溶解氮（TDN）和总溶解磷（TDP）并未显示出显著差异。这表明，eMNR处理组中的营养添加可能对水体中的营养循环产生了一定影响，但并未显著改变水体的整体营养状况。此外，研究人员还发现，浮游植物的氮磷比（TN:TP）在整个实验过程中都高于50，这表明浮游植物可能处于氮或磷的缺乏状态。然而，这并未对浮游植物的光合作用效率产生显著影响，因为实验中检测到的浮游植物的光合效率（Fv/Fm）在所有处理组中均未出现显著差异。

值得注意的是，虽然实验组中的浮游植物生物量在短期内有所增加，但这种增加并非由直接的毒性作用引起，而是可能由于浮游动物的减少导致了捕食压力的降低。这种“自上而下”（top-down）的影响在SWA处理组中尤为明显，因为该处理组中的浮游动物生物量几乎完全消失。而在eMNR处理组中，浮游动物的生物量虽然有所下降，但并未完全消失，这可能是因为该处理组中的营养添加对浮游动物的捕食行为产生了某种间接影响。然而，由于实验中并未对浮游动物的捕食行为进行直接测量，因此无法确定这种影响的具体机制。

此外，研究人员还探讨了石油泄漏和清理措施对湖泊生态系统中其他关键生物群落的影响。例如，实验组中附着藻类的生物量在SWA处理组中显著降低，而在eMNR处理组中则与对照组相似。这一现象可能与SWA处理组中使用的化学清洗剂对附着藻类的直接毒性作用有关，但也可能是由于附着藻类与浮游植物之间存在营养竞争。由于实验中并未对附着藻类的捕食者进行详细调查，因此无法明确区分这两种可能性。

在实验的后期，研究人员观察到浮游植物和附着藻类的生物量逐渐趋于稳定，这可能表明生态系统已经适应了石油泄漏和清理措施带来的变化。然而，浮游动物的生物量仍然在实验初期表现出显著波动，这可能意味着其对环境变化更为敏感。研究人员指出，尽管浮游动物的生物量在实验后期有所恢复，但这种恢复可能只是暂时的，且其对石油泄漏的长期影响仍需进一步研究。

总体而言，这项研究揭示了石油泄漏及其清理措施对湖泊生态系统中低营养级生物群落的复杂影响。虽然石油泄漏和清理方法未对浮游植物造成直接的急性毒性影响，但它们通过改变捕食压力和营养动态，对浮游动物和附着藻类产生了显著影响。这些结果对于理解石油泄漏对湖泊生态系统的潜在影响以及制定有效的清理策略具有重要意义。同时，研究也强调了在使用化学清洗剂和营养添加等方法时，需要谨慎评估其对生态系统可能产生的间接影响，以避免对湖泊生态造成更大的破坏。