超细牡蛎壳粉的理化-微生物协同耦合机制及其对沉积物修复的增强效应

针对海洋沉积物酸化、H2S及重金属污染问题，研究人员通过添加超细牡蛎壳粉（UOSP）开展沉积物修复研究。结果表明，UOSP可将沉积物pH从7.11提升至7.78，显著降低H2S（55.27%）、Pb（83.92%）和Mn（76.17%），并促进底栖动物生长（双壳类增重18.43%）。该研究为海洋生态修复提供了环保高效的解决方案。

　　

海洋沉积物是地球生态系统的重要组成部分，但近年来受人类活动和自然因素影响，沉积物酸化、硫化氢（H₂S）积累及重金属污染问题日益严重。当溶解氧耗尽时，沉积物pH可降至7.0以下，硫酸盐还原菌（SRB）产生的有毒硫化物会威胁底栖生物生存，如菲律宾蛤仔（Ruditapes philippinarum）在低pH环境下代谢能力显著受损。与此同时，全球每年产生超过620万吨牡蛎壳废弃物，传统填埋处理方式造成资源浪费。如何实现废弃贝壳的高值化利用，同时改善海洋沉积物环境，成为亟待解决的科学问题。

中国海洋大学（State Key Laboratory of Mariculture Biobreeding and Sustainable Goods）的研究团队在《Marine Pollution Bulletin》发表研究，揭示了超细牡蛎壳粉（UOSP）通过理化-微生物协同作用修复沉积物的创新机制。研究采用粒径<10μm的UOSP处理沉积物，通过测定pH、H₂S和重金属含量等指标评估环境改善效果，结合16S rRNA测序分析微生物群落变化，并观测双壳类和沙蚕（Perinereis aibuhitensis）的生长响应。

关键实验技术

1. 沉积物理化分析：检测pH、氧化还原电位（Eh）、有机质（OM）及重金属（Pb、Mn）含量
2. 微生物组学：高通量测序结合FAPROTAX功能预测分析细菌群落
3. 生物效应评估：测定底栖动物体重增长率及抗氧化酶（SOD、CAT）活性

研究结果

1. UOSP对沉积物理化性质的影响
   添加UOSP使沉积物pH从7.11显著升至7.78，H₂S降低55.27%，Pb和Mn分别减少83.92%和76.17%。微孔吸附和CaCO₃溶解产生的Ca²⁺/CO₃^2?是主要作用机制。

2. 微生物群落响应
   RDA分析显示pH变化显著影响关键菌群（P<0.05），如硫循环相关菌属。FAPROTAX预测表明UOSP促进了碳硫循环功能基因的富集。

3. 底栖动物生长改善
   双壳类和沙蚕湿重分别增加18.43%和13.98%，这与沉积物毒性降低及微生物驱动的营养循环增强直接相关。

结论与意义
该研究首次系统阐明了UOSP通过"理化调节-微生物重构-生物效应"三级联反应修复沉积物的机制：

1. 物理层面：<10μm的粒径赋予UOSP高比表面积，有效吸附重金属
2. 化学层面：CaCO₃溶解缓冲pH，抑制SRB活性
3. 生态层面：重塑的微生物网络维持了碳硫循环核心功能

这项成果不仅为海洋废弃物资源化利用提供了范例，其揭示的"贝壳粉末-微生物-底栖生物"互作规律，对海岸带生态工程实施具有重要指导价值。未来结合多组学技术深入解析代谢通路，将推动沉积物修复从经验模式向精准调控转变。