微塑料对亚热带河口沉积物中砷生物有效性的调控机制研究

为解决微塑料(MPs)污染对河口沉积物中砷(As)生物有效性(bio-As)影响机制不明的问题，研究人员以闽江口为研究对象，采用薄膜扩散梯度(DGT)技术，通过培养实验探究了聚乳酸(PLA)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)两种MPs对沉积物中bio-As的调控机制。研究发现低剂量PET显著增加bio-As浓度，MPs对bio-As组成的影响具有阶段性特征，且通过改变微生物群落结构和环境因子影响As形态转化。该研究为评估MPs污染对河口生态风险提供了重要依据。

　　

河口区域作为陆海交汇的生态敏感带，正面临着日益严重的微塑料(MPs)污染威胁。这些直径小于5毫米的塑料颗粒不仅本身具有潜在生态风险，更可能作为载体影响重金属等污染物的环境行为。其中，砷(As)作为典型的有毒重金属，其生物有效性(bio-As)直接决定了生态风险程度。然而，MPs如何影响河口沉积物中As的形态转化和生物有效性，这一关键科学问题至今尚未阐明。

针对这一研究空白，福州大学的研究团队选择中国典型的亚热带河口——闽江口作为研究对象，在《Science of The Total Environment》发表了创新性研究成果。研究人员采用薄膜扩散梯度技术(Diffusive Gradients in Thin-films，DGT)这一被动采样技术，通过精确控制的培养实验，系统研究了两种常见MPs（可生物降解的聚乳酸PLA和不可降解的聚对苯二甲酸乙二醇酯PET）在不同添加量（1%和5%）条件下对河口沉积物中bio-As的调控机制。

研究采用了多项关键技术方法：DGT技术用于原位测定bio-As动态变化；16S rRNA基因测序分析微生物群落结构；同步测定沉积物溶解性有机碳(DOC)等环境因子；设置对照组(CG)和不同MPs处理组进行对比实验。所有沉积物样品均采集自闽江口潮间带，保证了研究的生态相关性。

研究结果揭示了多个重要发现：

1. 在"MPs对沉积物bio-As的影响"方面，低剂量PET显著提高了bio-As浓度，这与Qin等人在河流沉积物中的发现一致。高剂量PLA和5%PET抑制As(III)的氧化，而1%PET则促进这一过程，表明MPs对As形态的影响具有剂量依赖性。
2. 关于"微生物群落响应"，低剂量PET显著增加了微生物多样性。优势菌群包括拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)等。PET降低了拟杆菌属(Bacteroides)等菌群的丰度，但增加了变形菌门(Proteobacteria)的丰度。
3. 在"As转化功能菌群"方面，研究鉴定出Marinobacter和Pseudomonas等菌属直接参与As的氧化还原反应，而Bacillus、Alkaliphilus等菌属则通过改变环境因子间接影响As形态。

讨论部分深入分析了MPs影响bio-As的多重机制：一方面，MPs通过改变沉积物理化性质（如DOC动态）直接影响As的吸附-解吸平衡；另一方面，MPs通过调控微生物群落结构，改变参与As循环的功能菌群丰度，从而间接影响As的形态转化。特别值得注意的是，不同类型MPs（可降解PLA vs 不可降解PET）对As生物有效性的影响存在显著差异，这为MPs的生态风险评估提供了新的维度。

该研究的创新价值在于首次系统阐明了MPs-As-微生物三者间的互作机制，建立了"MPs-环境因子-微生物群落-As形态转化"的完整作用链条。研究成果不仅为河口区域MPs和重金属复合污染的风险评估提供了理论依据，也为相关环境标准的制定和污染治理策略的优化提供了科学支撑。随着全球MPs污染的持续加剧，这项研究对保护河口这一关键生态过渡带具有重要的现实意义。