香烟烟蒂及滤嘴浸出液对Salvinia auriculata Aublet生长的不可忽视的威胁

《Hydrobiologia》：Cigarette leachates: a neglected threat to the growth of Salvinia auriculata Aublet

　　

每年，数万亿个烟蒂被丢弃在公共场所，可能进入水生生态系统。在此背景下，该研究评估了来自已吸食烟蒂（smoked cigarette butts, SB）和未吸食烟蒂（unsmoked cigarette butts, USB）及其滤嘴（smoked filters, SF；unsmoked filters, USF）的浸出液在四种浓度：1.0、1.75、2.5和5.0个烟蒂/滤嘴每升下对Salvinia auriculata Aublet生长的影响，每个处理设十个重复（n=10）。在受控温度（25°C）条件下，通过拍照记录每周监测S. auriculata的生长，并利用ImageJ软件量化叶面积。将叶面积数据拟合逻辑斯蒂模型，获得生长系数（μ）和倍增时间。香烟浸出液使S. auriculata平均叶面积最多降低72%，生长系数最多降低86%，倍增时间最多增加8.5倍。这些结果表明，来自烟蒂和滤嘴的浸出液均对S. auriculata诱导严重的植物毒性，引发可导致植株死亡的生理和形态变化。这一证据强调迫切需要改进针对香烟废弃物正确处置的公众意识宣传活动和管理策略。

每年全球约生产4.5万亿支香烟，烟蒂由于吸烟者不当处置成为全球海岸清理中最常见的垃圾类型。这些烟蒂经地表径流进入水生生态系统后，可浸出多环芳烃、金属、醇类、酚类、焦油、除草剂和杀虫剂等有毒物质。滤嘴由塑化醋酸纤维素组成，在紫外线、温度和颗粒物磨损作用下可碎裂为微塑料。已有研究表明，烟蒂和滤嘴浸出液可降低浮游植物物种丰富度和细胞密度，并减少浮游动物存活率，但其对水生初级生产者——特别是大型水生植物（macrophyte）——的影响研究仍十分有限。大型水生植物执行栖息地多样化、提供食物和定殖基质、参与有机质动力学等重要生态功能。Salvinia auriculata是巴西常见的一种漂浮大型水生植物，具有快速生长和高敏感性，被视为生态指示种，并可用于植物修复。然而，现有研究尚未明确燃烧过程是否改变植物毒性，也未区分整个烟蒂与单独滤嘴的毒性贡献。因此，本研究旨在量化来自已吸食和未吸食烟蒂及其分离滤嘴的浸出液对该物种生长和生理的影响，并通过生长动力学建模确定毒理学参数。

研究人员从巴西Monjolinho水库与Monjolinho溪流连接处（21o59′08.1" S; 47o52′44.1" W）采集S. auriculata个体，清洗消毒并驯化15天。制备四种浸出液：已吸食烟蒂（SB）、未吸食烟蒂（USB）、已吸食滤嘴（SF）、未吸食滤嘴（USF）。将2.0、3.5、5.0和10.0个烟蒂或滤嘴浸泡于2.0 L水库水中48小时，过滤后作为培养介质。实验设四个浓度（1.0、1.75、2.5、5.0个单位/升）和对照，每个处理10个重复，每重复含5株植物。在25°C、12小时光/暗周期、光强47.25 μmol m² s^?1条件下培养9周，每周拍照并用ImageJ测量叶面积。叶面积数据拟合逻辑斯蒂模型得到生长系数μ和倍增时间d_t。另设6周独立实验测定光合色素（叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素），每周监测pH和电导率。统计采用贝叶斯广义线性混合模型（GLMM）和Aligned Rank Transform ANOVA。

**Salvinia auriculata生长**：GLMM模型收敛良好，显示与对照相比，各浸出液处理均显著降低叶面积，尤其以USB和SF浸出液的效果最为明显。未观察到一致的剂量-效应关系，提示浸出液效应不仅由浓度决定，可能反映其复杂组成和不同生物端点敏感性差异。

**生长曲线和模型参数**：生长曲线拟合R²值表明模型拟合良好。对照植物在前7天快速增长，而浸出液处理延迟了增长；例如SB浸出液处理约30天才达最大叶面积。生长系数μ与浓度呈非线性关系，SB浸出液对μ的降低大于USB。USF浸出液在5.0 F/l浓度下μ高于对照，但叶面积仍下降，且需约20天达到最大叶面积。倍增时间最大增加出现在1.0 F/l USF处理，需17天才能加倍叶面积。

**存活率、死亡率和叶片生产**：对照组存活率为100%，浸出液处理尤其USB和SF降低了存活率，最高死亡率出现在5.0 B/l USB处理。叶片生产方面，对照每烧杯产生8.7片新叶，SB浸出液处理叶片生产增加最多达298.9%，而5.0 B/l USB处理则出现下降。

**pH、电导率和光合色素**：浸出液使培养基pH较对照更偏酸性，但pH与生长无相关（r=-0.012, P=0.626）。电导率在浸出液中升高，但与生长呈极弱负相关。光合色素方面，chl-a（τ=0.350）、chl-b（τ=0.318）、类胡萝卜素（τ=0.376）与生长呈中等相关。SB、USB和SF浸出液至少一个浓度降低这三种色素，而USF无显著影响；其中SF浸出液在所有浓度下均降低色素含量。

在讨论部分，研究人员指出，关于本研究的假设，假设I未获支持，因为SB和USB浸出液均降低S. auriculata生长但作用于不同参数；假设II得到支持，即SF浸出液比USF更有效降低叶面积和μ，可能源于热解产生的新物质被滤嘴截留；假设III未获确认，因为整个烟蒂和单独滤嘴的毒性相近，说明滤嘴本身和烟草残留均有贡献。浸出液降低叶面积和μ可能损害该物种的竞争能力和生态功能，因为S. auriculata依赖快速克隆扩展形成种群。pH和电导率与生长缺乏强相关，提示毒性来自浸出液中的化学物质而非物理化学条件变化。光合色素降低可能影响光合效率。但浸出液化学成分未分析，燃烧温度未标准化，可能带来变异性。

研究结论表明，不同类型香烟浸出液显著干扰S. auriculata的生长，表现为叶面积和生长系数降低及倍增时间延迟。滤嘴和含烟草部分均可产生生长抑制，并可能触发生长系数与叶面积之间的补偿机制。研究方法和结果可用于其他物种和品牌，并强调改进烟蒂垃圾收集和缓解策略的紧迫性。未来需在野外条件下验证，并研究生化机制和微纤维毒性。