微塑料与萘对水生沉积物的协同效应：碳循环与微生物动态干扰机制研究

本研究针对微塑料(MPs)与多环芳烃(PAHs)复合污染对水生沉积物的协同毒性机制展开探索，通过分析不同浓度聚乳酸微塑料(PLA MPs)与萘(NPT)联合作用下溶解性有机质(DOM)特性、土壤酶活性、植物抗氧化响应及微生物群落变化，发现5% MPs与NPT复合污染显著降低DOM芳香度、增强腐殖化过程，使植物氧化应激产物增加40.7-65.0%，同时抑制NPT降解菌(Ideonella 等)及糖酵解/TCA循环功能基因(K00134等)。研究为水生态复合污染风险评估提供理论依据。

　　

塑料污染已成为全球性环境问题，每年数百万吨塑料废弃物通过河流进入海洋，在物理化学作用下逐渐破碎成粒径小于5毫米的微塑料(MPs)。这些MPs不仅本身具有潜在生态风险，更因其表面疏水性成为污染物"顺风车"，尤其易吸附多环芳烃(PAHs)等持久性有机污染物。萘(NPT)作为典型的PAHs，广泛存在于沉积物中，但MPs与NPT的协同效应机制尚不明确。现有研究多聚焦单一污染物，而实际环境中复合污染更为普遍，这种"1+1>2"的生态效应正引发学界高度关注。

为解决这一科学问题，青岛理工大学环境与市政工程学院的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表最新成果。研究通过构建微宇宙实验体系，结合DOM光谱分析、酶活性检测、宏基因组测序等技术，系统评估了PLA MPs(0.1%-5%)与NPT复合污染对沉积物-植物-微生物系统的级联效应。

关键实验方法
研究采用500 mL玻璃培养体系模拟水生环境，设置不同浓度PLA MPs(0.1%、1%、5%)与NPT(10 mg/kg)处理组。通过三维荧光光谱(EEM)和紫外可见光谱分析DOM特性，测定超氧化物歧化酶(SOD)等植物抗氧化指标，利用Illumina测序平台分析微生物群落结构，结合PICRUSt2预测功能基因变化。

Impact on DOM characteristics
光谱分析显示，5% MPs使溶解有机碳(DOC)含量提升3.1倍，联合NPT后DOM芳香指数(SUVA₂₅₄
)下降27.3%，表明MPs降解产生的乳酸等小分子有机物加速了腐殖化进程。荧光区域积分(FRI)证实，类腐殖质组分比例从38.7%增至52.1%，这种结构变化可能影响污染物的生物有效性。

植物与沉积物毒性响应
复合污染引发显著氧化应激：丙二醛(MDA)含量较单一污染最高增加65.0%，SOD和过氧化物酶(POD)活性分别上调95.8%和73.3%。光合参数F_v
/F_m
下降19.4%，表明光系统II受损。沉积物过氧化氢酶(CAT)活性降低44.1%，反映微生物代谢活性受抑。

微生物与功能基因变化
宏基因组数据显示，NPT降解菌Ideonella
和Thauera
相对丰度下降2-3个数量级。KEGG分析发现，糖酵解关键基因(如K00134编码的丙酮酸激酶)表达量降低41.7%，TCA循环基因K00162(异柠檬酸脱氢酶)减少38.9%。值得注意的是，NPT代谢通路基因K14582(萘双加氧酶)表达受MPs剂量依赖性抑制。

结论与意义
研究首次揭示PLA MPs通过改变DOM分子特性、干扰微生物能量代谢途径，进而放大NPT的生态毒性。建立的IBR_V2
-EAI模型证实，MPs浓度与复合毒性呈正相关。这一发现对准确评估可降解塑料的环境风险具有警示意义——尽管PLA被视为环保材料，其在复合污染体系中的" Trojan horse"效应可能被严重低估。成果为制定沉积物复合污染修复策略提供了关键靶点，如优先调控腐殖化进程、定向补充功能微生物等。未来研究需关注不同聚合物类型MPs与污染物的交互机制，以及长期暴露下的生态效应。