《Hydrobiology》：Effects of Cumulative Municipal Wastewater Exposure on Benthic Macroinvertebrate Assemblages: An Experimental Stream Approach
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市政废水出水（MWWE）是营养富集的常见来源，并为新兴关注物质（ESOCs）进入水生系统提供了途径。底栖大型无脊椎动物的群落组成和丰度指标通常用于评估与营养富集相关的生态影响；然而，在含有来自MWWE的多样化化学混合物的系统中，这些指标的响应尚不清楚。本研究专
市政废水出水（MWWE）是营养富集的常见来源，并为新兴关注物质（ESOCs）进入水生系统提供了途径。底栖大型无脊椎动物的群落组成和丰度指标通常用于评估与营养富集相关的生态影响；然而，在含有来自MWWE的多样化化学混合物的系统中，这些指标的响应尚不清楚。本研究专门通过实验对照和处理河流中底栖大型无脊椎动物群落的响应，探讨了三级处理MWWE累积负荷的影响。处理河流使用先前暴露于上游污水处理厂（WWTPs）的源头河水，但额外添加了5%（体积比）的三级处理MWWE，而对照河流仅使用源头河水。研究人员使用苏伯采样器（Surbers）和人工基质岩石篮分别调查已建立群落和定殖群落的底栖大型无脊椎动物。在已建立的底栖群落的任何群落指标中，对照和处理河流之间未观察到显著差异。相比之下，在处理河流和对照河流之间，定殖类群的多样性和均匀度显著降低。群落中的优势类群（样本中最丰富的科，按百分比计）通常是滤食性动物，在处理河流中其占总群落的百分比显著增加。这种响应与营养富集效应一致，没有发现与ESOC相关的毒性证据。本研究强调了生物评估项目需要采用涉及多种原位采样方法和受控暴露系统的方法，以更好地了解城市污染物（如MWWE）如何影响群落发展的不同阶段。
**论文解读：累积市政废水暴露对底栖大型无脊椎动物群落的影响**
**研究背景与问题**
市政废水出水（MWWE）是水生系统营养富集的主要来源，同时也为新兴关注物质（ESOCs，如药物和个人护理产品）进入水体提供途径。尽管底栖大型无脊椎动物群落常被用于评估营养富集相关的生态影响，但在含有多种化学混合物的MWWE暴露系统中，这些群落指标的响应尚不明确。现有研究多关注单一污水处理厂（WWTP）的排放效应，但河流系统常接收多个上游WWTP的累积排放，这种累积暴露对底栖大型无脊椎动物，尤其是不同发育阶段（已建立群落与定殖群落）的影响，仍缺乏系统理解。此外，MWWE中的ESOCs可能产生毒性效应，但相关证据不足。因此，本研究旨在通过受控实验河流，探讨累积MWWE负荷对已建立和定殖底栖大型无脊椎动物群落的效应，区分营养富集与ESOCs相关的毒性作用。
**研究内容与结论**
研究人员在加拿大卡尔加里的Advancing Canadian Water Assets（ACWA）实验河流设施中，设置对照河流（仅使用Bow River源头水，其中已含有上游WWTP的背景MWWE）和处理河流（在源头水基础上额外添加5%体积比的三级处理MWWE）。通过人工基质岩石篮（用于定殖群落，6周暴露）和Surber采样器（用于已建立群落）两种方法，分析了群落多样性、均匀度、优势类群比例、Hilsenhoff生物指数（HBI）等指标，并结合多元统计（SIMPER分析、主坐标分析PCoA）评估群落差异。主要结论：已建立群落的各项指标在处理与对照间无显著差异；而定殖群落的Shannon-Weiner多样性指数和Pielou均匀度指数在处理河流中显著降低，优势类群（主要为滤食性双翅目Simuliidae和Chironomidae）的相对比例显著升高。这种模式与营养富集效应一致，未发现ESOC相关的毒性证据。研究强调了在生物评估中需结合多种采样方法和不同群落发育阶段，以更全面理解城市污染物的累积效应。该论文发表在《Hydrobiology》。
**关键方法**
研究采用ACWA实验河流设施（位于加拿大卡尔加里，50°51′43.2″N, 113°59′27.6″W），该设施包含12条320米长的复刻河流，具有交替的急流（10米）和深潭（20米）序列。对照河流使用Bow River源头水（已受上游三个WWTP影响），处理河流额外添加5%体积比的三级处理（含UV消毒）MWWE。定殖群落通过人工基质岩石篮（30 × 24 × 5.5 cm，内装40个陶瓷砖）在河流中暴露6周（2020年9月至10月）后采集，每个处理河流设18个重复（上游和下游各3个）。已建立群落使用30.5 × 30.5 cm Surber采样器（30秒采样），每个处理河流设6个重复。样品经850 μm筛分后，使用Imhoff锥进行次级取样，保证至少100个个体用于鉴定，分类至最低实用单元（主要为科级）。生态指标计算包括总丰度、丰富度、Shannon-Weiner多样性、Pielou均匀度、优势类群百分比和Hilsenhoff生物指数（HBI）。统计分析使用置换检验、Kolmogorov-Smirnov检验、SIMPER分析和PCoA（基于Bray-Curtis距离），所有分析在RStudio（R 4.3.2）中完成。
**研究结果**
**3.1 人工河流的物理化学参数**
所有河流的宽度、深度和平均底质粒径在对照和处理间相似，且两个测量月间相对稳定。总磷浓度在暴露期结束时下降约50%，温度几乎减半。由于条件相似，所有重复样本合并为对照组和处理组。
**3.2 多样性指标**
已建立群落中，总丰度、科级丰富度（平均约9科）、HBI评分（均处于“Fair”水平）在对照和处理间无显著差异。定殖群落中，对照河流的Shannon-Weiner多样性指数（均值±SD = 1.35±0.37）和Pielou均匀度指数（0.61±0.16）均显著高于处理河流（1.11±0.30和0.50±0.11）；而优势类群相对比例在处理河流（60.81%±0.30%）显著高于对照（45.78%±0.37%）。这表明累积MWWE暴露降低了定殖群落的多样性和均匀度，并增加了优势类群的占比。
**3.3 主要分类群分布**
定殖群落中，主要分类群（以目级为主）的累积频率分布在对照和处理间无显著差异（Kolmogorov-Smirnov检验，D=0.4，p=0.873）。双翅目（Diptera）和蜉蝣目、襀翅目、毛翅目（EPT）总是优势类群，其中EPT主要由耐有机污染的毛翅目Hydropsychidae代表，双翅目主要由Simuliidae和Chironomidae代表。已建立群落中，主要分类群分布也无显著差异（D=0.2，p=1），但处理河流中EPT比例更高，而对照河流中双翅目比例更高。
**3.4 多元比较**
SIMPER分析显示，定殖群落中Simuliidae解释了约30%的Bray-Curtis差异，Chironomidae解释了约40%，两者合计75%；已建立群落中Hydropsychidae（约30%）、Hyallelidae（约15%）和Elmidae（约15%）解释了78.6%的差异。PCoA分析表明，定殖群落的两个主成分累计解释约25%的变异（MSD1=15%，MSD2=10%），已建立群落的两个主成分累计解释62%的变异（MSD1=45%，MSD2=16%），对照和处理组间在两种群落中均存在较大重叠，但定殖群落的变异范围更大。
**讨论与结论**
讨论部分指出，已建立群落对累积MWWE暴露无显著响应，可能与采样重复数较低（n=6）有关；而定殖群落（n=18）的显著变化（多样性和均匀度降低、优势类群比例增加）与营养富集效应一致，未发现ESOCs毒性证据。定殖群落中滤食性早期定殖者（如Simuliidae、Chironomidae）的优势可能源于MWWE增加的有机沉积物作为食物来源，这种模式与河流自然扰动后的定殖过程相似，但累积暴露可能损害群落弹性。研究强调，在多重WWTP输入系统中，生物监测应结合不同群落发育阶段和多种采样方法，以识别早期预警信号。结论部分翻译如下：在ACWA设施的实验河流中，MWWE的累积冲击影响了定殖底栖大型无脊椎动物群落的多样性和均匀度。暴露于额外MWWE输入（在已含有背景MWWE的河流基础上添加5%）的河流更易被早期定殖者（通常为滤食性动物）主导，可能指示了沉积物积累的增加。许多早期定殖者为耐污生物，若MWWE暴露加剧此模式，可能改变群落重建方式。在流量变化大的河流中，定殖是群落常态，此发现尤为重要。相比之下，已建立群落未对累积MWWE暴露产生响应。总体而言，群落指标差异符合MWWE的非化学影响（如沉积物增加），未发现ESOCs的毒性效应。在建立累积MWWE影响的生物指标和采样方法时，应考虑这些在高度受控中宇宙实验中观察到的多阶段群落发育模式，尤其是在人口增长和MWWE成分演变的背景下。
