亚热带城市湖泊大型塑料污染对大型底栖无脊椎动物群落结构的显著影响

《Hydrobiologia》：High macroplastic pollution in a subtropical urban lake affects macroinvertebrate community structure

本刊推荐：为解决淡水生态系统（特别是全球南方地区）大型塑料污染的生态影响研究不足问题，研究人员在孟加拉国达卡Dhanmondi湖开展了大型塑料污染与大型无脊椎动物群落关系的研究。结果表明，塑料与沉积物中的群落结构存在显著差异（PERMANOVA, p=0.003），沉积物中刮食者（如螺类）更多，而塑料上收集者（如Naididae和Chironomidae）更丰富，但总体分类学丰富度无差异。该研究强调了塑料污染通过改变栖息地结构影响生态系统功能，对改善废物管理具有重要指导意义。

　　

在全球塑料生产量持续增长的背景下，塑料污染已成为水生生态系统普遍存在的环境危机。然而，与海洋生态系统相比，淡水生态系统，特别是热带和亚热带水域中大型塑料碎片（macroplastics，>25 mm）的生态影响研究相对缺乏。这一问题在塑料污染严重的全球南方国家尤为突出，亚洲地区更是塑料输入的热点区域。孟加拉国作为全球塑料废物管理最差的国家之一，其淡水系统承受着巨大的污染压力，但相关生态学研究却寥寥无几。达卡市的Dhanmondi湖作为一个典型的高度污染城市水体，为探究大型塑料污染对淡水生物群落的影响提供了理想的研究场所。

发表在《Hydrobiologia》上的这项研究，首次在孟加拉国的淡水环境中量化了大型塑料污染，并系统评估了其对大型底栖无脊椎动物（macroinvertebrate）群落结构的影响。研究人员假设，大型塑料会通过添加硬质基质（hard substrate）对底栖无脊椎动物群落产生显著的结构性影响，导致塑料上的群落组成与沉积物中的群落截然不同。

为了验证这一假设，研究团队在2023年3月至4月期间，对Dhanmondi湖周边25个站点进行了系统采样。他们首先使用0.5米×0.5米的样方（quadrat）收集所有大于25毫米的大型塑料物品，并记录其类别（如塑料袋、食品包装、杯瓶、药品废弃物等）和重量。随后，从这些塑料表面手工采集附着的无脊椎动物。在移除塑料后，研究人员又在样方周围3米半径范围内进行了为期2分钟的踢样（kick sample）采集，以获取沉积物中的无脊椎动物群落样本。所有样本在实验室被鉴定到科（family level）水平，并依据Cummins（1973）的分类系统划分为不同的功能摄食类群（Functional Feeding Groups, FFGs），包括捕食者（predator）、刮食者（scraper）、撕食者（shredder）和收集-采集者（collector-gatherer）。

研究的关键技术方法包括：基于样方的大型塑料定性与定量采集、从塑料表面分离无脊椎动物的手工采集法、标准化的沉积物踢样法、基于形态学的无脊椎动物科级分类鉴定、功能摄食类群的划分、以及基于Bray-Curtis相异性的群落结构分析（如NMDS, PERMANOVA, SIMPER）和基于广义线性混合模型（GLMM）的功能类群丰度比较。

塑料组成

研究发现Dhanmondi湖的大型塑料污染极为严重。平均每个样方（0.25 m²）含有7.33±0.77件塑料物品，重量达80.1±11.8克。按此推算，湖区的塑料密度高达320.24克/平方米。食品包装袋在数量上占比最高，而塑料袋在质量上占主导地位。

沉积物与塑料样本的群落比较

通过稀释抽平法（rarefaction）将样本标准化后（每个样本抽取20个个体），非度量多维标度排序（NMDS）和PERMANOVA分析显示，塑料表面和沉积物中的大型无脊椎动物群落组成存在显著差异（F_1,34=3.15, R²=0.085, p=0.003）。

SIMPER（相似性百分比分析）结果表明，Viviparidae（田螺科）、Naididae（仙女虫科）和Chironomidae（摇蚊科）是造成两者差异最主要的贡献者。具体而言，沉积物样本中刮食者（如Viviparidae, Bithyniidae, Planorbidae等螺类）的相对丰度显著高于塑料样本（Z=-3.77, p<0.001）。相反，塑料样本中收集者（如Naididae和Chironomidae）的相对丰度显著高于沉积物样本（Z=3.48, p<0.001）。捕食者的相对丰度在两类样本间无显著差异。尽管群落组成不同，但塑料和沉积物样本之间的总体分类学丰富度（taxonomic richness）没有显著差异。

塑料密度和组成对无脊椎动物群落的影响

曼特尔检验（Mantel test）表明，无论是沉积物样本还是塑料样本，其无脊椎动物群落组成与站点塑料类型组成之间均无显著关联。此外，塑料密度（g/0.25 m^-2）对沉积物中无脊椎动物的总丰度、丰富度、香农多样性（Shannon diversity）或任何功能摄食类群的丰度均无显著影响。

该研究得出结论，Dhanmondi湖存在着高强度的大型塑料污染。大型塑料作为一种新型的硬质基质，创造了与湖底沉积物不同的生态位（ecological niche），从而显著改变了大型无脊椎动物的群落结构，但这种改变并未导致总体分类多样性的下降。与预期相反，提供生物膜（biofilm）基质的塑料并未吸引更多的刮食者，反而使其更倾向于栖息在沉积物中。这可能与塑料表面生物膜的营养质量较差或有毒物质渗出有关。而收集者（如Naididae和Chironomidae）在塑料上更丰富，可能与塑料碎片（如袋子）内部积累的细小有机颗粒为其提供了食物资源，或其本身对恶劣环境（如缺氧）的高耐受性有关。

本研究的重要意义在于，它揭示了在严重污染的亚热带城市湖泊中，大型塑料污染通过改变栖息地结构，对底栖群落产生了深远影响，可能进而影响生态系统的功能（如有机质分解、养分循环）。研究结果强调了在塑料污染热点地区改善废物管理、减少一次性塑料使用的紧迫性，以最大限度地减少对淡水栖息地的进一步人为退化。由于研究在单一湖泊进行，且所有站点塑料污染均极为严重，未来需要在不同污染程度和土地利用类型的水体中进行更广泛的研究，以全面了解塑料污染的生态效应。