《Environmental Research》：Beyond Environmental Exposure: Food Source Contribution as a Critical Regulator of Metal Bioaccumulation in Mangrove Gastropods
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红树林区域四种蜗牛物种的潜在毒性金属（PTMs）生物富集受季节和食物来源影响显著，通过稳定同位素分析发现主要食物源为养殖浮游植物、红树林悬浮颗粒有机质和泥滩底栖微藻，其贡献比例随季节和物种变化，并显著调控Cr和Mn的生物累积与稀释效应。
李汉一|郭明宇|吴佳佳|黄倩|吴胜杰|卢浩亮|刘敬春|严崇林|吴浩|赵晓宇|洪华龙
教育部海岸与湿地生态系统重点实验室，厦门大学，中国厦门361102
摘要 潜在有毒金属（PTMs）通过在水生食物网中的生物累积对生态系统构成严重威胁，但饮食途径的影响仍不为人所充分了解。本研究探讨了不同季节和物种中食物来源对红树林腹足类动物体内PTM生物累积的调节作用。在中国张江口采集的沉积物和四种腹足类动物（Cerithidea rhizophorarum 、Littoraria ardouiniana 、Neritina violacea 和Bullacta exarata ）中测量了PTM浓度。利用双重稳定同位素分析（δ13 C和δ15 N）结合贝叶斯混合模型（SIAR）确定了食物来源。研究发现三种主要食物来源——水产浮游植物（aquaPhyOM）、红树林悬浮颗粒有机物（mangroveSPOM）和泥滩底栖微藻（naturalBMA）驱动了腹足类动物体内的金属累积。这些食物来源的贡献在不同季节和物种间存在差异。C. rhizophorarum 在夏季主要摄取69.2%的naturalBMA，冬季则转变为58.6%的mangroveSPOM和34.6%的aquaPhyOM。B. exarata 主要摄取aquaPhyOM（65.2%），而N. violacea 在冬季主要依赖naturalBMA（59.9%）。L. ardouiniana 三种食物来源的贡献大致相等（aquaPhyOM : mangroveSPOM : naturalBMA = 27.2% : 31.5% : 41.3%）。值得注意的是，食物来源与环境因素相互作用影响金属累积。具体而言，摄取SPOM可能从根本上改变了C. rhizophorarum 对Cr的吸收途径，而随着naturalBMA摄入量和软组织生物量的增加，Mn的生物稀释作用增强。这些发现重新定义了金属生物富集的模式，表明营养途径在PTM转移中起着关键作用，而不仅仅是被动的环境暴露。
引言 潜在有毒金属（PTMs）由于其毒性、持久性和在水生环境中生物累积及生物放大的倾向，被认为是危害最大的污染物之一（MacFarlane等人，2003；Maurya和Kumari，2021；Rahman等人，2019）。长期暴露于PTMs会导致水生生物出现严重且往往是不可逆的影响，包括氧化应激、神经毒性、代谢紊乱、基因损伤和免疫毒性（Jeong等人，2024；Kumar Reddy等人，2023；Stone等人，2022）。PTMs通过颗粒物、大气沉降和地表径流不断在环境中传输（Chowdhury等人，2017；Fan等人，2018；Pan和Wang，2012）。它们在水生系统及其周边环境中的广泛存在对水生生物的生存、生长和繁殖构成重大威胁（Dias等人，2024；李勇等人，2023；肖等人，2022）。这些PTMs以可溶性和颗粒形式存在，使其容易被水生生物吸收并沿食物链累积（Li等人，2021；Liu等人，2018；Zhang等人，2017）。湿地位于陆地-海洋交界处，经常发生物质交换，成为金属沉积的重要场所（Liu等人，2014；Ni等人，2023；吴杰等人，2024）。关于水生环境中PTMs的最新研究主要集中在识别金属来源和评估其生态风险（Ma等人，2025；Yan等人，2022；Zhao等人，2023）。因此，准确理解湿地中的PTM生物富集过程对于全面评估其生态影响至关重要。
腹足类动物是监测湿地中金属富集的重要生物指标，因为它们的污染程度通常反映了生态系统的整体污染状况（Song等人，2024；Wang等人，2005）。它们数量众多、易于采集、移动性有限且分布广泛，使其成为环境污染的实际且有效的指示物（Cao等人，2025；Catry等人，2021；Jahan和Strezov，2019）。湿地腹足类动物通常通过滤食方式进食（Briant等人，2018；Prins等人，1997；Ray等人，2021），在进食过程中无意中摄入沉积物或水中的PTMs。作为湿地生态系统中的初级消费者（Bi等人，2024；Hu等人，2021），腹足类动物在金属通过食物链的转移中起着关键作用。然而，目前尚无明确的科学共识，关于大多数PTMs在水生食物网中是经历生物放大还是生物稀释（Gray，2002；Signa等人，2019，2013；Trevizani等人，2018）。通过分析腹足类动物体内的金属浓度可以有效地评估PTMs的生态风险（Qin等人，2021；Zeng等人，2024）。腹足类动物体内的金属含量有助于识别污染热点（Lu和Wang，2023），而这些生物的氧化应激和毒性代谢反应与Cd的剂量和暴露时间直接相关（Zhan等人，2023）。此外，腹足类动物体内Cu的浓度分析可以提供关于Cu长期生物可利用性的见解（Araújo等人，2021）。不同腹足类物种对PTMs的生物富集倾向各不相同，即使是在亲缘关系密切的物种之间也存在显著差异（Cai和Wang，2019；Cao等人，2023；Lin等人，2021）。因此，研究腹足类动物作为湿地中金属富集的指标有助于阐明影响水生环境中金属累积的因素。
先前的研究揭示了物理环境因素对金属富集的复杂影响。环境因素，包括PTMs负荷（Withfield等人，2025）、海拔（Han等人，2023）、水温（Pietz等人，2023；Mattsson和Crémazy，2023）、pH值（Wang等人，2023；Suzuki等人，2022）、二氧化碳（D. Wu等人，2024）以及金属颗粒的大小和溶解有机物质，都会影响水生系统中PTMs的吸收和毒性效应（Zhang等人，2022）。此外，生物累积因素与元素污染物的亲油性密切相关（O’Callaghan等人，2022）。水生生物体内的金属富集程度存在显著的季节性变化（Engloner等人，2022）。元素间的相互作用也会影响生物富集过程；例如，Se的暴露可以减少MeHg的生物累积和毒性（Gerson等人，2021）。营养水平与环境金属浓度之间的相互作用进一步影响水生生物体内的金属富集（Li等人，2022a）。盐度也是决定PTMs吸收的关键因素（Chen等人，2017；Tan等人，2019；Zhong等人，2020），尤其是在沿海生态系统中。
然而，食物来源在PTM富集中的作用尚未得到充分探索。红树林是热带和亚热带地区的特化生态系统，作为海洋和陆地环境之间的过渡带，这意味着红树林栖息的腹足类动物体内的PTM积累可能受到其饮食偏好的强烈影响。这些栖息地内的频繁物质交换为当地腹足类动物提供了多样的食物来源（Alongi等人，2014；Bouillon等人，2008；Donato等人，2011；Rovai等人，2018）。红树林沉积物中通常含有来自自然、工业、农业和家庭来源的PTMs（Tao等人，2024；Zheng等人，2023）。这些金属与沉积物中的有机物质结合，为水生生物摄入后提供了生物富集的潜在途径（Li等人，2022b；Wang等人，2020）。由于颗粒物具有较高的金属结合能力，它们通常是环境中的PTMs进入生物体的主要载体（Della Torre等人，2015；Fan等人，2018）。红树林支持捕食性和碎屑性食物链（Kawaida等人，2021；Metcalfe等人，2011），形成了PTM转移的复杂途径。作为捕食性食物链中的初级消费者，腹足类动物也是碎屑性食物链中无机物质（包括金属）的初始入口。这些生态系统孕育了多种腹足类动物（图S1），其广泛的分布提供了丰富的食物资源（H. Li等人，2023；Sanders等人，2010；Sasmito等人，2020）。因此，研究食物来源对腹足类动物中PTM富集的影响对于全面理解金属通过食物链的转移至关重要。
鉴于此，我们的工作假设是腹足类动物体内的金属含量受其潜在食物来源的驱动，这种关系既直接受食物来源的影响，也受环境因素的调节。张江口红树林代表了中国自然红树林分布的最北端，是研究污染物动态、生态过程和红树林生态系统物质交换的关键自然实验室（Chen等人，2021；Lang等人，2023；Xie等人，2024）。该河口位于咸水和淡水的交汇处，形成了陆地和海洋之间的关键生态界面，自然形成了盐度梯度。这些不同的盐度梯度以及其他环境条件（Gao等人，2021；Yan等人，2024；Yang等人，2020）使得张江口成为测试我们关于腹足类动物中金属富集假设的理想地点。我们研究了两个季节中红树林中腹足类动物及其潜在食物来源的金属富集情况。本研究的目标是：1）探讨不同季节和物种中腹足类动物体内的金属富集及其调控环境因素；2）确定腹足类动物的食物来源及不同季节的食物选择驱动因素；3）分析不同食物来源的贡献对金属富集的影响。我们的发现从饮食输入的角度详细了解了水生生物中的PTM富集情况，为理解通过腹足类动物传递PTMs的因素提供了新的见解，并为沿海湿地中PTMs的生物监测方法提供了进展。
研究区域和样本采集 本研究在中国福建省张江口红树林自然保护区进行（图1）。该地区属于亚热带海洋季风气候，特点是温暖潮湿，最高气温出现在7月至9月之间。年平均降水量为1714.5毫米，主要集中在4月至9月。先前的研究发现，地下水是该地区溶解金属的主要来源。
腹足类动物体内的金属含量和金属生物富集因素 沉积物中的金属含量在不同季节间存在显著差异，盐度是影响金属含量的关键因素。夏季沉积物中的Al、Co、Cu、Pb和V含量高于冬季，而Fe、Mn、Zn和Cd则呈现相反的趋势（图S2，表S1和S6）。就景观类型而言，盐沼沉积物中的V和Mn含量高于红树林沉积物。季节和景观类型之间没有显著交互作用
讨论 沉积物中的金属浓度存在显著的季节性变化，主要由盐度驱动，盐度与Al、Co、Cu、Pb和V呈负相关，但与Cd、Fe和Zn呈正相关。在腹足类动物体内，金属浓度和生物富集程度主要受盐度、季节和生物量的影响，其中软组织生物量与多种金属（包括Co、Fe、Mn、Ni、V和Zn）呈负相关。腹足类动物的饮食主要由三种食物来源主导
结论 本研究阐明了控制河口腹足类动物体内金属富集的复杂因素。沉积物中的金属动态主要受盐度影响，盐度抑制了Al、Co、Cu、Pb和V的富集，同时增强了Cd、Fe和Zn的富集，Mn、Ni、Zn和As则表现出次要的季节性影响。景观植被的影响较小。在腹足类动物体内，金属积累主要受盐度驱动（抑制了As和Cd），季节变化（影响Cr、Cu、Ni和Pb的富集）
CRediT作者贡献声明 吴佳佳： 正式分析。李汉一： 撰写——初稿、可视化、正式分析、概念化。郭明宇： 撰写——初稿、正式分析。赵晓宇： 资源提供。洪华龙： 撰写——审阅与编辑、可视化、监督、资金获取、数据管理、概念化。严崇林： 项目管理。吴浩： 正式分析。卢浩亮： 方法学。刘敬春： 资源提供。黄倩： 撰写——审阅与编辑、调查、数据
未引用参考文献 Ahn等人，2001；Darmarini等人，2024；Li等人，2023；Wu等人，2024。
利益冲突声明 作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。
致谢 作者感谢编辑和匿名审稿人的建设性意见。本研究得到了
中国中央高校 的
基础研究 基金（20720240090）和
国家自然科学基金 （31901177）的资助。我们还要感谢厦门大学的Fang Wu和Li Tian在实验过程中的帮助。作者感谢TopEdit（
www.topeditsci.com 在语言辅助方面的支持
