微塑料对生物滞留系统反硝化过程的影响机制及其生态风险研究

针对微塑料(MPs)在生物滞留系统中累积影响氮循环的难题，研究人员系统探究了口罩来源MPs对反硝化效率的抑制作用。结果表明，MPs通过降低脱氢酶、过氧化氢酶和脲酶活性，减少Boteobacteria等关键反硝菌丰度，并促使微生物通过胞外聚合物(EPS)理化性质改变来适应胁迫。该研究为海绵城市水处理设施优化提供了理论依据。

　　

在全球塑料污染日益严重的背景下，口罩等防疫物资的广泛使用导致环境中微塑料(MPs)污染加剧。这些直径小于5mm的颗粒难以降解，通过雨水径流进入生物滞留系统——这种海绵城市中用于净化雨水的绿色基础设施。然而，MPs在系统中的长期累积如何影响其核心功能——特别是依赖微生物的反硝化脱氮过程，仍是一个未被揭示的科学谜题。更令人担忧的是，口罩不同层(过滤层、外层、内层)释放的MPs可能存在差异化的生态效应，这直接关系到城市水环境的可持续管理。

为破解这一难题，由张永梅、王金龙等组成的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表了开创性研究。团队通过模拟降雨径流实验，首次系统比较了口罩三层MPs对生物滞留系统的影响。关键技术包括：采用X射线衍射(XRD)分析MPs老化特性；监测NH₄⁺-N、NO₃^--N和总氮(TN)去除效率；测定脱氢酶等关键酶活性；结合16S rRNA测序解析微生物群落变化；通过胞外聚合物(EPS)粘度和疏水性测试揭示微生物适应机制。

主要研究结果

1. MPs对氮去除的抑制作用
   实验显示所有MPs均导致NH₄⁺-N、NO₃^--N和TN去除效率下降，其中过滤层MPs抑制最强，其结晶度变化（XRD显示16.7°峰增强）可能是关键因素。

2. 酶活性与微生物响应
   脱氢酶（反映微生物代谢活性）、过氧化氢酶（抗氧化应激）和脲酶（氮转化）活性均受MPs抑制。同时，反硝化功能菌Boteobacteria、Bacteroidota和Denitratisoma丰度显著降低，这与氮去除效率下降呈正相关。

3. EPS的适应性调节
   微生物通过调整EPS的粘度和疏水性来应对MPs胁迫，这种自我调节机制为生物滞留系统的长期稳定性提供了新见解。

结论与意义
该研究揭示了口罩MPs通过"酶活性抑制-功能菌衰减"双重途径破坏生物滞留系统的脱氮功能，其中过滤层MPs危害最大。发现微生物通过EPS特性改变实现适应性进化，为MPs污染下的生态修复提供了新思路。研究成果不仅填补了纤维状MPs环境行为的认知空白，更为海绵城市建设中生物滞留系统的设计优化和风险管控提供了科学依据。