珊瑚礁生态系统中多环芳烃的生物地球化学循环与归宿：与珊瑚全生物微生物功能谱的关联

《Water Research》：Biogeochemical cycling and fate of PAHs in coral reef ecosystem: Associations with coral holobiont microbial functional profiles

　　**摘要**目前对珊瑚礁生态系统中多环芳烃（PAHs）的分布、生物积累及营养级传递模式的认识仍然有限，特别是关于它们与珊瑚相关微生物群落潜在关联的研究。本研究调查了南海北部涠洲岛珊瑚礁生态系统中各生态区室的 PAHs 发生情况、生物积累及表观营养级分布模式。PAHs 在多个环境和生物区室中被检出，浮游动物和珊瑚组织表现出相对较高的 PAHs 浓度，其中盾形盘珊瑚（*T. peltata*；团块状珊瑚）在所调查的珊瑚物种中显示出最大的 PAHs 负担。生物 - 水积累因子（BWAFs）在礁区生物间差异显著，log BWAFs 与 log KOW 之间的显著正相关关系表明，疏水性是 PAHs 积累的重要决定因素。表观营养级放大分析显示，PAHs 在整个珊瑚礁生态系统中总体趋向于营养级稀释，表明在所调查条件下生物放大潜力有限。基于 16S rRNA 数据集的珊瑚相关微生物群落比较分析显示，*T. peltata* 具有独特的微生物群落组成和更高的预测 PAHs 相关代谢潜力。预测的 PAHs 相关代谢途径富集表明，PAHs 转化产物可能潜在地进入微生物碳代谢途径，其中转化后的碳可被微生物利用或有助于珊瑚礁生态系统内的碳循环，尽管仍需直接的功能验证。未来需要整合配对化学和微生物测量的研究，以确定这些微生物过程是否直接有助于 PAHs 转化和营养级传递。总体而言，本研究提供了关于珊瑚礁生态系统中 PAHs 分布和营养级行为的新见解，并为珊瑚相关微生物群落在人为压力下 PAHs 命运中的潜在作用提供了探索性视角。**引言**多环芳烃（PAHs）是一类无处不在的半挥发性有机污染物，广泛分布于海洋环境中。由于其致癌、致突变和致畸特性，PAHs 作为全球关注的优先污染物引起了广泛关注 (Armstrong et al., 2004; Peng et al., 2023; Zhang et al., 2012)。作为持久性疏水化合物，PAHs 可在海洋生物体内积累并通过食物网传递，对生态系统功能和人类健康构成潜在风险。PAHs 环境负担的增加主要与人为活动有关，包括化石燃料和生物质的不完全燃烧、石油开采和运输以及工业排放 (Dai et al., 2025; Zhu et al., 2024)。珊瑚礁是全球生物多样性最丰富和生态最重要的海洋生态系统之一。然而，它们靠近人口稠密的沿海地区，使其特别容易受到陆源和海源污染物输入的影响。以往的研究记录了 PAHs 在各种珊瑚礁区室中的发生和积累，包括海水、沉积物、珊瑚、鱼类和其他珊瑚礁相关生物 (Ashok et al., 2022; Ashok et al., 2020; Han et al., 2019)。这些研究表明，礁区生态系统中 PAHs 的环境命运受多种因素影响，如地理位置、污染来源、食物网结构和物种特异性生态特征。然而，大多数现有研究集中在单个环境基质或生物体的污染物发生和生物积累上，而对完整珊瑚礁生态系统中 PAHs 营养动态的研究仍然相对有限。除了营养级相互作用外，珊瑚相关微生物可能代表了一个重要但研究不足的 PAHs 在礁区生态系统中命运驱动因素。作为珊瑚共生体不可或缺的组成部分，微生物群落有助于营养循环、宿主健康维持和环境胁迫响应。珊瑚相关微生物能够降解烃类并参与污染物解毒过程 (Cao et al., 2025)。然而，尽管它们具有潜在重要性，微生物功能特征在多大程度上影响珊瑚礁生态系统中 PAHs 的生物积累和营养级传递在很大程度上仍未知。迄今为止，整合污染物营养动态与珊瑚相关微生物功能的研究仍然很少。南海（SCS）包含全球最重要的珊瑚礁区域之一，但在过去几十年中，由于气候变化和人为活动，其面临的环境压力日益增加 (Han et al., 2023; Yu, 2012; Zhao et al., 2012)。南海几个沿海地区报告了升高的 PAH 污染，特别是在受城市化、工业发展、海上运输和石油相关活动影响的地区 (Han et al., 2023; Han et al., 2019; Zhang et al., 2021)。在沿海礁区生态系统中，PAHs 可通过多种途径进入海洋环境，包括基于海洋的输入，如航运活动和海上石油作业，以及与陆源径流、废水排放、沿海开发和大气沉降相关的陆源输入 (Han et al., 2023)。位于南海北部的涠洲岛代表了受多种人为压力影响的典型热带珊瑚礁生态系统，包括陆源污染、海上石油开采、海上运输和日益增加的沿海人类活动 (Feng et al., 2024; Yu et al., 2019)。这些胁迫因素可能会增加当地珊瑚礁生物接触持久性有机污染物的风险，并可能威胁生态系统稳定性 (Ding et al., 2020; Pan et al., 2021; Zhu et al., 2024)。尽管涠洲岛周围珊瑚礁具有高生物多样性和复杂的营养结构 (Liao et al., 2019; Yu et al., 2020)，但复杂珊瑚礁生态系统中控制 PAHs 营养动态行为的机制仍知之甚少，特别是关于物种特异性生态特征和珊瑚相关微生物功能如何有助于营养级（TLs）间污染物命运的变化。为了解决这些知识缺口，本研究通过联系污染物分布、营养级传递模式和珊瑚相关微生物功能特征，提供了对珊瑚礁生态系统中 PAHs 命运的综合评估。具体而言，我们调查了涠洲岛周围珊瑚礁生态系统多个环境和生物区室中的 PAHs 分布，评估了礁区食物网中 PAHs 的生物积累和营养级传递模式，并探讨了珊瑚相关微生物功能分歧对 PAHs 营养动态的潜在影响。与主要关注污染物发生或生物积累单独方面的以往研究相比，本研究整合了食物网和微生物视角，为控制珊瑚礁生态系统中 PAHs 命运的生态过程提供了新见解。因此，本研究的目标是：(1) 表征涠洲岛珊瑚礁生态系统中环境介质和代表性生物的 PAHs 污染水平；(2) 评估不同珊瑚礁生物之间的 PAHs 生物积累模式；(3) 阐明 PAHs 在珊瑚礁生态区室内的营养动态特征；(4) 对珊瑚相关微生物特征和 PAHs 分布模式进行探索性综合，以识别与 PAHs 命运相关的潜在微生物相关因素。研究结果为理解珊瑚礁生态系统中 PAHs 的环境命运提供了关键的新证据，并为在日益增加的人为和气候压力下珊瑚礁的生态风险评估和管理做出了贡献。**章节片段****采样与样品预处理**2024 年 8 月在涠洲岛周围进行了野外调查。选择了三个采样点以代表区域珊瑚礁生态系统。由于本研究旨在表征涠洲岛珊瑚礁生态系统的整体 PAHs 污染状况和营养级传递模式，而不是调查各个点之间的空间异质性，因此从三个点收集的样品被混合用于后续分析。总共收集了 40 个样品，包括**珊瑚礁生态系统中 PAHs 的发生**浮游生物。所有 15 种 PAHs 均在浮游生物中被检出，检出率范围为 50% 至 100%。浮游生物中的 Σ15PAHs（15 种美国环保署优先控制 PAHs 的总浓度，不包括萘）为 5252?11302 ng/g 干重（7895 ± 2077 ng/g 干重），其中 3 环和 4 环 PAHs 分别占 Σ15PAHs 的 31% ± 5% 和 35% ± 12%（图 1）。浮游动物中的 Σ15PAHs (9413 ± 1428 ng/g 干重) 显著高于浮游植物 (6377 ± 1407 ng/g 干重)（t 检验，p <**结论与展望**本研究提供了对南海北部涠洲岛珊瑚礁生态系统中 PAHs 发生、生物积累和潜在营养级传递特征的生态系统水平评估。PAHs 在多个环境和生物区室中被检出，浮游植物和珊瑚组织表现出相对较高的浓度，特别是在盾形盘珊瑚（*T. peltata*）中。log BWAFs 与 log KOW 之间的正相关关系 (R2 > 0.6) 表明，疏水性是重要的**CRediT 作者贡献声明**Mei Xiong: 写作 – 原稿，数据可视化，概念化。Minwei Han: 写作 – 审查与编辑，验证，数据整理，监督，调查，形式分析。Kefu Yu: 写作 – 审查与编辑，监督，资源。Xuejiao Lin: 写作 – 审查与编辑，形式分析。Xiangrong Xu: 写作 – 审查与编辑，监督，形式分析。**未引用参考文献**Fang et al., 2014**CRediT 作者贡献声明****Mei Xiong:** 写作 – 原稿，数据整理，概念化。 **Minwei Han:** 写作 – 审查与编辑，验证，监督，调查，形式分析，数据整理。 **Kefu Yu:** 写作 – 审查与编辑，监督，资源。 **Xuejiao Lin:** 写作 – 审查与编辑，形式分析。 **Xiangrong Xu:** 写作 – 审查与编辑，监督，形式分析。梅雄 | 韩敏伟 | 于克夫 | 林雪娇 | 徐相荣南海珊瑚礁研究广西实验室；中国珊瑚礁研究中心；广西大学海洋科学学院，南宁 530004，中国