合成聚合物在热带河口食物网中的营养传递

《Aquatic Toxicology》：Trophic transfer of synthetic polymers in a tropical estuarine food web

　　

摘要

塑料在热带水生生态系统中的存在和分布日益引起环境关注，然而，将组织中塑料负荷与食物网结构联系起来的定量证据在热带河口系统中仍然有限。本研究使用稳定同位素分析（δ13C 和 δ1?N）和拉曼光谱技术在五年监测期间（2021–2025年）对克罗斯河河口食物网中的微塑料和操作定义的亚微塑料颗粒负荷进行了量化。塑料污染存在于各种环境基质中，干季时地表水中的浓度达到5.8 ± 0.6 个/升，沉积物中的浓度达到45.4 ± 12.1 个/千克。聚乙烯和聚丙烯是生物组织中的主要聚合物。广义线性混合效应模型（GLMMs）表明，消费者的营养级和季节是组织相关微塑料负荷的重要预测因素。微塑料负荷随营养级的升高而增加（β_TP = 1.082, p < 0.001, R2_m = 0.61），而干季与更高的负荷相关（β_Season[Dry] = 0.415, p < 0.001）。相应的营养级放大因子为12.08（95% CI: 8.15–17.91）。操作定义的亚微塑料颗粒负荷也与基线校正后的δ1?N富集度呈正相关（β_Δδ1?N = 0.453, p < 0.001），并且在干季更高（β_Season[Dry] = 0.328, p < 0.001）。站点和年份解释了额外的空间和年际变异性，条件R2值在0.68–0.74之间。营养级×季节交互作用的缺失表明，这些正相关的营养关系在水文时期具有普遍性。这些发现表明克罗斯河河口存在基于营养结构的组织相关塑料污染，但也表明观察到的统计关系本身并不能确立一个明确的饮食传递机制。商业上重要的鱼类中存在组织相关塑料颗粒，这突显了潜在的饮食暴露途径，并支持进一步调查食品安全影响和局部塑料垃圾管理的问题。

引言

塑料污染是一个全球性的关键挑战，大量碎片在水生生态系统中积累。随着较大塑料物品通过机械力、热应力和紫外线辐射的作用降解，它们会破碎成微塑料。这些微小的颗粒容易被鱼类和其他水生生物摄入，从而影响它们的摄食效率、生长和繁殖。了解微塑料如何在鱼体内移动对于评估生态和人类健康风险至关重要。

在过去十年中，大量研究集中在温带海洋和淡水环境中微塑料的摄入和营养传递上。早期研究表明，浮游动物可以摄入微塑料，将这些外来物质引入食物网的底部（Cole et al., 2013; Ekpo et al., 2021）。后续研究证明，微塑料可以在多个营养级中生物累积和放大，从初级消费者传递到顶级捕食者。例如，Galloway et al. (2017) 指出，接触塑料碎片会在整个海洋生态系统中引起广泛的影响。此外，Botterell et al. (2019) 综合了大量研究表明，塑料摄入会导致水生生物的生理压力、摄食率降低和繁殖行为改变。这些研究为理解塑料碎片如何破坏水生生态系统提供了基础。在鱼类中，塑料摄入与肠道阻塞、氧化应激和繁殖行为改变有关，使它们成为研究营养传递的关键物种（Gao et al., 2025; Mannering et al., 2025; Hasan et al., 2025）。

尽管在理解塑料污染影响方面取得了进展，但在关于微塑料在热带水生生态系统中的命运方面，文献中仍存在重要空白。虽然温带地区已得到充分研究，但热带水域具有高生物多样性和较高的温度，这会加速塑料降解并改变营养传递动态。最近在东南亚的研究记录了河口鱼类和贝类中的高微塑料负荷，反映了强烈的城市和工业压力（例如，Arina et al., 2025; Kumar & Kumar, 2026; Velmurugan et al., 2024; Bian et al., 2024）。同样，在亚马逊盆地的研究也揭示了河流沉积物和鱼类组织中的广泛微塑料污染，表明热带淡水系统的脆弱性（Tuvikene et al., 2025; de Melo et al., 2026）。这些发现表明，全球热带生态系统正在面临类似的风险，因此需要像克罗斯河河口提供的这样的局部数据。

尽管有越来越多的证据表明热带水生系统受到塑料污染，但人们对热带河口食物网中塑料传递的定量理解仍然有限，特别是在将组织相关塑料负荷与营养级和季节变化联系起来方面。本研究通过结合拉曼光谱和稳定同位素分析来表征组织相关塑料颗粒，并确定河口食物网中的营养级。具体来说，我们的目标是：(i) 根据营养特征和水文季节量化组织相关的微塑料和操作定义的亚微塑料颗粒负荷；(ii) 测试水文季节是否改变营养特征与塑料负荷之间的关系；(iii) 使用营养级放大因子（TMF）量化营养级放大；(iv) 评估地表水、沉积物和悬浮颗粒物中的聚合物组成差异。我们假设组织相关的塑料负荷会随着营养级的升高而增加，δ1?N富集度也会增加，不同水文季节之间的塑料负荷会有所不同，不同环境基质中的聚合物组成也会有所不同。我们还测试了营养级关联的强度是否会随水文季节变化。通过整合颗粒级别的聚合物识别、稳定同位素衍生的营养级、混合效应建模和营养级放大分析，本研究为评估热带河口食物网中的营养结构化塑料污染提供了定量框架。

章节摘录

研究区域

克罗斯河河口是位于尼日利亚东南部的一个主要热带河口系统，直接流入几内亚湾的邦尼湾（图1）。从地理上看，该河口位于北纬4°35′至5°00′、东经8°10′至8°35′之间。该流域覆盖了一个广阔的排水区，具有热带季风气候，表现为明显的雨季（5月至10月）和旱季（11月至4月）。年平均降水量

聚合物特征和组成

克罗斯河河口中回收的塑料颗粒的丰度、聚合物组成和形态特征在不同环境基质和水文季节中有所不同（表1）。在表面水中，干季的丰度达到5.8 ± 0.6 个/升，聚合物组合主要由聚乙烯（PE= 52%）、聚丙烯（PP= 28%）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET= 20%）组成。这些颗粒的主要尺寸范围为10 μm至500 μm。

讨论

本研究结果表明，微塑料和操作定义的亚微塑料颗粒污染存在于克罗斯河河口食物网中，这对生态暴露和渔业资源具有潜在影响。在不同营养组之间观察到的颗粒负荷差异提供了组织相关塑料污染的营养结构化证据，而最小的颗粒部分需要谨慎解读，因为尚未有明确的纳米尺度数据。

结论

本研究提供了克罗斯河河口食物网中不同营养组中微塑料和操作定义的亚微塑料颗粒负荷的实证证据。在考虑空间和时间变异后，消费者的营养级和基线校正后的稳定氮富集度与组织相关的塑料负荷显著相关。观察到的塑料负荷的营养结构化和正的营养级放大因子与营养级放大一致。

伦理声明

本研究中实验动物的护理和使用符合尼日利亚的国家动物福利法律、指南和政策，由国家健康研究伦理委员会（NHREC）监管。所有现场采样协议、组织收集和鱼类处理程序都经过部门研究伦理委员会（批准/许可参考编号：UC/FAQ/REC-2021-002）的严格评估和批准。动物通过热休克（浸入浆冰）进行安乐死。

CRediT作者贡献声明

Honor T. Ifon博士：数据整理、正式分析、研究方法、可视化、原始草稿撰写和监督。Oluwaseyi O. Famoofo：概念构思、审稿和编辑、研究方法。

资金信息

本研究未接受公共、商业或非营利部门的任何特定资助。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可根据合理请求从相应作者处获得。

作者声明

Honor T. Ifon 在数据整理、正式分析、研究方法、可视化、原始草稿撰写和监督方面做出了贡献。Oluwaseyi O. Famoofo 在概念构思、研究方法、审稿和编辑方面做出了贡献。两位作者都对研究的进展做出了贡献，并批准了最终手稿。

Ifon et al., 2026, Parmar et al., 2025

CRediT作者贡献声明

Honor T. Ifon: 草稿撰写、可视化、监督、方法研究、正式分析、数据整理。Oluwaseyi O. Famoofo: 审稿与编辑、方法研究、概念构思。

Honor T. Ifon|Oluwaseyi O. Famoofo

尼日利亚卡拉巴尔大学农业学院渔业和水产系