量化并分类宾夕法尼亚州中部源头溪流中各种水生异养生物体内的微塑料和微颗粒

《Journal of Freshwater Ecology》：Quantifying and classifying microplastics and microparticles across aquatic heterotrophs from headwater streams in central Pennsylvania

微塑料污染在宾夕法尼亚州森林头水溪流中存在，通过对五个溪流站点中食鱼性鱼类和底栖无脊椎动物的采样分析，发现总共有159个微颗粒和5个微塑料。结果显示次级消费者（东部黑脸鲈）的微颗粒含量最高，且鱼类体型与微颗粒数量呈负相关。稳定同位素（δ1?N）分析表明氮同位素与微颗粒数量存在显著负相关，μFTIR光谱鉴定出聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酯（PEST）、聚苯乙烯（PS）和聚丙烯（PP）等微塑料类型，其中纤维状颗粒占多数。研究强调了偏远溪流中微塑料污染的潜在生态风险及通过大气沉积和人为活动输入的可能途径。

　　微塑料（<5毫米）作为全球范围内的重要污染物，对陆地、淡水和咸水生态系统均造成了负面影响。然而，对于宾夕法尼亚州偏远、森林覆盖的源头溪流，相关研究几乎空白。本研究在宾夕法尼亚州中部的五个这样的源头溪流中，评估了微塑料污染情况，重点研究了三级消费者（如**Salvelinus fontinalis**，即溪流鳟鱼）、二级消费者（如**Rhinichthys atratulus**，即东部黑鼻鱼）以及一级消费者（如蜉蝣、石蝇、蜉蝣目、蜻蜓目和大鳞虫等水生无脊椎动物）。研究通过标准的可步行溪流采样方法，在100米未受阻的溪流段收集了鱼类和底栖无脊椎动物。随后，对鱼类的消化道及无脊椎动物进行了10%氢氧化钾（KOH）溶液消化处理，并通过解剖显微镜（45倍放大）进行观察。研究团队通过μFTIR光谱技术确认了微塑料的存在，总共在所有异养生物中发现了159个微颗粒和5个微塑料。研究发现，二级消费者中微颗粒污染最为严重，且在异养生物或站点之间没有显著差异（p > 0.05）。不同异养生物群体中的微颗粒形态和颜色组合分布存在显著差异，同时，鱼类的形态特征（如总长度、体重和消化道重量）与微颗粒数量之间存在负相关关系（例如，总长度：r = –0.62，p = 0.03；体重：r = –0.62，p = 0.03；消化道重量：r = –0.66，p = 0.02）。此外，所有鱼类的大小特征与微颗粒数量之间也表现出负相关关系（δ1?N分析：r = –0.37，p = 0.03）。我们推测，这种微颗粒污染在鱼类大小和不同营养级之间的差异，可能是由于不同的摄食策略、生长过程中的摄食行为变化以及生命史的不同所导致的。

研究数据强调了宾夕法尼亚州偏远森林源头溪流中微塑料/微颗粒污染的存在，即使这些溪流没有已知的上游点源污染。这一发现表明，微塑料污染不仅限于人口密集区域，还可能渗透到远离人类活动的自然环境中，对生态系统造成潜在威胁。尽管微塑料的污染通常被认为与城市垃圾排放有关，但本研究显示，即使是偏远地区，也存在微塑料污染。这可能是因为微塑料通过大气沉降和风力传播进入这些环境。此外，微塑料污染可能通过食物链传递，对更高营养级的生物造成更大的影响。

研究还指出，微塑料的污染程度与生物的形态特征密切相关。例如，小型鱼类更容易摄入微颗粒，而大型鱼类则相对较少。这种现象可能与它们的摄食行为和食物选择有关。小型鱼类可能更倾向于摄食小型无脊椎动物，而这些无脊椎动物本身也可能摄入微塑料。此外，小型鱼类的代谢率较高，可能更容易将微塑料带入体内。另一方面，大型鱼类的摄食行为更加多样化，可能通过捕食其他受污染的生物间接摄入微塑料，从而减少直接摄入的可能性。这种差异可能反映了不同物种在营养级和生活史上的不同适应性。

研究中发现，微颗粒的分布和形态在不同异养生物群体中存在显著差异，这可能与它们的摄食习惯和栖息地环境有关。例如，一些无脊椎动物可能更倾向于摄食特定类型的微颗粒，而鱼类则可能因为其生理结构和行为特征而选择性地摄入某些微颗粒。同时，微颗粒的污染情况在不同溪流之间并没有显著差异，这可能意味着微塑料的来源是广泛分布的，而不是特定于某个地点。因此，污染的扩散可能主要通过大气传输和水流扩散进行，而不仅仅是局部排放。

研究还探讨了微塑料对水生生态系统的潜在影响。微塑料可能作为病原体的载体，对水生生物的健康构成威胁。此外，微塑料在生物体内的积累可能导致毒理效应，影响其生理功能和生存能力。通过稳定同位素分析（δ1?N和δ13C），研究团队进一步探讨了微颗粒污染与营养级之间的关系。结果显示，δ1?N值与微颗粒数量之间存在显著的负相关关系，这表明营养级较高的生物可能更容易受到微塑料的影响。然而，δ13C值与微颗粒数量之间没有显著关系，这可能意味着微颗粒的来源和生物的营养级之间没有直接的关联。

此外，研究还强调了微塑料污染对人类健康的影响。这些溪流不仅为当地居民提供饮用水，还作为渔业资源。因此，微塑料污染不仅威胁水生生物，还可能通过食物链传递到人类，影响其健康。研究建议，未来需要加强对这些溪流及其流域的监测，以更好地了解微塑料污染的范围和影响。同时，研究还指出，需要进一步探索微塑料污染的来源，例如通过大气传输模型和空气轨迹分析，以确定污染的主要传播路径和潜在的高风险区域。

研究的局限性在于样本量较小，导致微塑料的检测结果可能不够全面。因此，未来的研究需要扩大样本规模，以更准确地评估微塑料污染的普遍性。此外，研究团队建议，应进一步探讨不同物种在微塑料污染中的具体作用，以及它们如何通过食物链传递微塑料。这将有助于制定更有效的管理措施，以减少微塑料对生态系统的负面影响。研究还提到，应考虑实施水过滤技术，如反渗透，以去除饮用水中的微塑料，从而保护人类健康。

总的来说，本研究揭示了微塑料污染在偏远、森林覆盖的源头溪流中的存在，并强调了其对水生生态系统和人类健康的潜在威胁。研究结果表明，微塑料污染可能通过多种途径进入这些生态系统，包括大气传输、水流扩散和食物链传递。未来的研究需要进一步探索这些污染的来源和传播机制，以便制定有效的应对策略。同时，提高公众意识和加强环境保护措施，对于减少微塑料污染和保护这些宝贵的水资源至关重要。