中国水体微塑料对氮循环的扰动效应：基于近三年数据的阈值机制与介导路径解析

针对微塑料(MPs)对地表水氮循环影响机制不明的问题，研究人员通过分析中国六省水体数据，首次发现MPs通过电导率(EC)介导(路径系数0.521)促进NH3 -N积累(0.02-3.18 mg/L)但加速TN(0.741-10.18 mg/L)去除，并确定3.854 items/L的阈值效应，为水生态治理提供理论依据。

　　

随着工业化和人口增长，微塑料(MPs)污染已成为全球水环境面临的严峻挑战。这些直径小于5毫米的塑料颗粒，凭借巨大的比表面积和强吸附性，不仅能富集重金属和有机污染物，更作为"人工载体"干扰着水生生态系统的氮循环过程。尽管已有研究揭示了MPs对土壤氮循环的影响，但其在地表水中的扰动机制仍存在三大谜团：MPs如何影响不同形态氮(如NH₃
-N和TN)的转化？环境因子是否在其中扮演中介角色？是否存在关键的MPs浓度阈值？

为破解这些科学问题，国家自然科学基金资助的研究团队系统分析了2021-2023年中国六省河流的MPs数据(1.175-1450.011 items/L)和水质参数。通过整合自组织神经网络聚类、多元线性回归和结构方程模型等先进方法，首次揭示了MPs对地表水氮循环的双重效应：一方面通过抑制硝化作用(nitrification)和氮同化过程，导致NH₃
-N浓度升高；另一方面通过促进反硝化菌(如Sedimenticolaceae、Lokiarchaeia)活性，加速TN的去除。更突破性的是，研究发现电导率(EC)是关键中介因子(标准化路径系数0.521)，并首次确定3.854 items/L的MPs阈值浓度，超过此阈值时TN去除效率显著下降。

研究采用多维度技术路线：首先通过文献计量学筛选61篇中国河流MPs研究，建立标准化数据库；运用自组织映射(SOM)分析MPs与水质参数的时空关联；采用方差分解量化MPs对氮浓度的贡献率；最后通过阈值自回归模型识别关键浓度节点。

【Microplastic abundance】章节显示：中国地表水MPs污染呈现显著地域差异，2021年四川浓度最高(26.678-1450.011 items/L)，而江苏最低(1.175-5.514 items/L)。这种空间异质性与工业分布和人口密度高度吻合。

【结论】部分阐明：MPs通过三条路径影响氮循环：(1)直接抑制NH₃
-N转化；(2)通过EC间接调控TN去除；(3)在阈值浓度以上改变微生物群落功能。特别是聚乙烯和聚氯乙烯MPs能显著富集固氮菌和氨氧化菌，这一发现解释了不同聚合物MPs的环境行为差异。

该研究的创新价值在于：首次建立MPs-EC-氮循环的定量关系模型，为水质标准修订提供科学依据；提出的阈值效应为MPs污染风险分级管理奠定基础；揭示的微生物调控机制为开发基于生物膜的修复技术指明方向。正如论文在《Journal of Contaminant Hydrology》所述，这项研究不仅填补了MPs地表水生态效应的认知空白，更为全球气候变化背景下的水环境治理提供了中国案例。