沉积物来源碳向黑蚯蚓（Lumbriculus variegatus）和鲫鱼（Carassius carassius）的转移：对淡水生态系统14C生物圈评估的启示

为解决核设施释放的放射性碳（14C）在淡水食物链中的迁移风险问题，研究人员通过微宇宙实验模拟沉积物-底栖无脊椎动物-鱼类食物链，利用自然丰度14C同位素混合模型，揭示了沉积物碳在黑蚯蚓（70-80%）和鲫鱼（1-5%）中的差异贡献。该研究为放射性废物管理的生物圈评估提供了关键数据，尤其揭示了食物短缺条件下沉积物14C的潜在生态风险。

　　

放射性碳（¹⁴C）作为核燃料循环中释放的重要放射性核素，因其5730年的半衰期和易参与碳循环的特性，对生态系统和人类健康构成长期潜在风险。尽管陆地系统中¹⁴C的迁移已有较多研究，但淡水生态系统的相关数据仍存在显著空白。尤其令人担忧的是，沉积物作为¹⁴C的潜在蓄积库，其在食物网中的转移机制尚不明确。这种认知缺口直接影响了核设施周边水域的放射性风险评估精度，特别是在以有机质为主的北方湖泊中，沉积物可能成为¹⁴C迁移的关键枢纽。

针对这一科学问题，国外研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表了一项创新性研究。他们设计了一套精妙的实验系统：采用¹⁴C自然丰度差异显著的8000年泥炭（38 pMC）作为沉积物，构建包含黑蚯蚓（Lumbriculus variegatus）和鲫鱼（Carassius carassius）的简化食物链微宇宙。通过控制喂食条件（有/无人工饲料）和生物组合（单独黑蚯蚓、黑蚯蚓+鲫鱼、单独鲫鱼），结合稳定同位素（δ¹⁵N）和加速器质谱（AMS）技术，首次量化了沉积物碳在淡水食物链不同营养级的贡献比例。

研究采用三项关键技术：1）同位素混合模型（Isoerror 4.1）解析碳源贡献；2）元素分析-同位素比值质谱（EA-IRMS）测定δ¹⁵N和C/N比；3）芬兰自然历史博物馆的高精度AMS测定¹⁴C含量。实验样本包括从芬兰林南索泥炭地采集的8000年泥炭、实验室培养的黑蚯蚓和当地湖泊捕获的野生鲫鱼。

3.1 水体理化性质
微宇宙系统保持稳定环境参数：溶解氧97±0.3%、pH 6.91-7.21、水温20±1°C，确保实验结果不受环境波动干扰。

3.2 动物存活率与形态测量
黑蚯蚓在无喂食组（NFW）和有喂食组（FW）的存活率分别为84%和91%，证实其对实验条件的适应性。鲫鱼在所有处理中均100%存活，但摄食黑蚯蚓的组别（NFF和FF）个体质量显著增加（干重8.66-8.88g vs 对照组5.45g），暗示黑蚯蚓可能作为补充食物来源。

3.3 样品元素与同位素分析
泥炭沉积物显示极低¹⁴C含量（38.4±0.28 pMC）和高C/N比（30.0），与鱼饲料（102.5 pMC，C/N比9.24）形成鲜明对比。黑蚯蚓的¹⁴C信号（49.5-55.9 pMC）显著低于鲫鱼（99-101 pMC），显示其碳源主要来自沉积物。δ¹⁵N值分析显示黑蚯蚓（4.83-5.31‰）与鲫鱼（5.8-5.9‰）营养级差异较小，反映简化食物链的特征。

3.4 沉积物碳向动物的转移
同位素混合模型揭示颠覆性发现：黑蚯蚓体内70-80%碳源自沉积物，且无喂食组比例更高（81.8±3.43% vs 喂食组72.6±2.89%）。相反，鲫鱼仅吸收1-5%沉积物碳，主要依赖人工饲料（94-97%）。值得注意的是，无黑蚯蚓组（FS）鲫鱼的沉积物碳贡献（5.3±3.9%）略高于有黑蚯蚓组，提示食物短缺可能增强沉积物碳的利用。

这项研究首次通过自然丰度¹⁴C示踪技术，量化了沉积物碳在淡水食物链中的转移规律。黑蚯蚓作为"沉积物碳泵"的角色被明确证实，其70-80%的碳同化率凸显底栖生物在¹⁴C循环中的关键作用。而鲫鱼极低的沉积物碳摄取（1-5%）则反映鱼类主要通过直接摄食而非沉积物途径获取碳源，这一发现修正了传统风险评估模型的假设。

研究特别指出环境压力对碳源利用的调控作用：在食物受限条件下（如冬季或高种群密度），沉积物碳的贡献可能显著增加。这对核设施周边湖泊的风险评估具有双重启示：一方面，沉积物¹⁴C对鱼类等高等营养级的直接风险较低；另一方面，底栖食物链可能在极端条件下成为¹⁴C迁移的潜在通道。

该成果为改进¹⁴C生物圈评估模型提供了实验依据，建议未来研究应关注：1）不同季节碳源利用的动态变化；2）更复杂食物网中的¹⁴C迁移；3）被动吸收途径（如鳃组织）的贡献。这些发现不仅对放射性废物管理具有直接应用价值，也为理解碳在淡水生态系统中的循环机制提供了新视角。