再生水生态缓冲带中理化恢复与生态整合的解耦

《Environmental Pollution》：Decoupling between physicochemical recovery and ecological integration in reclaimed water ecological buffer zones

　　

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  揭示了生态缓冲区内350种新兴污染物的变化趋势。
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  氮素超标仍然是生态整合的关键挑战。
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  较低营养级对新兴污染物的敏感性更高。
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  物理化学参数和污染物风险在50米范围内趋于稳定。
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  多营养级群落结构在下游4,000米处逐渐趋于稳定。

引言

新兴污染物（ECs），包括抗生素、药物、农药、有机磷酸酯（OPEs）、紫外光滤剂（UVFs）、双酚、邻苯二甲酸酯（PAEs）、激素以及全氟和多氟烷基物质（PFAS），在过去几十年中随着合成化学品生产和应用的加速而急剧增加（Muncke等，2025年）。传统污水处理厂主要设计用于去除以化学需氧量（COD）为代表的大量有机物和营养盐，而非微量ECs（Chen等，2026年；Yu等，2026年）。因此，再生水排放已成为ECs进入受纳水体的主要途径（Dykes等，2025年；Feng等，2025年）。许多ECs具有持久性和生态毒性，可能威胁整个生态系统的健康（Muncke等，2025年；Zhou等，2023年）。ECs的持续输入可能导致生物积累和不良生物效应，对受纳水生态系统构成长期风险（Chen等，2026年）。慢性暴露还会改变群落结构，破坏水生生态系统内的营养级相互作用（Zhou等，2023年）。随着对再生水在环境流量补充和生态恢复中依赖程度的增加，了解再生水与自然生态水的差异以及这些差异如何影响受纳生态系统变得越来越重要。

除ECs外，再生水和生态水的营养盐组成和溶解性有机物（DOM）特征也各不相同（Du等，2023年；Ouyang等，2025年）。尽管高级处理工艺能有效降低碳、氮和磷的浓度，但残余营养盐和难降解的ECs仍可能持续存在（Feng等，2025年；Gao等，2021年；Luo等，2022年）。研究发现，全球污水处理厂排放液中总氮（TN）和总磷（TP）的平均浓度分别约为11.5 mg/L和1.5 mg/L（Wu等，2019年）。相比之下，滇池流域和太湖的研究表明，生态承载力值分别为0.80至1.39 mg/L（TN）和0.04至0.05 mg/L（TP）（Cao等，2017年；Xu等，2015年）。这些阈值远低于允许排放标准。过高的营养盐负荷和消毒排放液中的残余氯会给水生生物带来压力，改变群落结构并破坏食物网的稳定性（Du等，2023年）。因此，当监管排放限值超过受纳水的生态承载力阈值时，即使排放液达标，也可能阻碍再生水向受纳生态系统的生态整合（Wu等，2023年）。

生态缓冲带（EB），包括河流型和湖泊型系统，被广泛用作再生水与受纳水之间的过渡界面（Li等，2018年；Wu等，2023年）。它们能够通过物理过滤、化学转化和生物过程的综合作用，减弱污染物、调节营养盐通量并促进生态系统的逐步同化（Feng等，2025年；Skinner等，2025年；Yu等，2026年）。尽管EB的生态重要性日益得到认可，但其主要的缓冲机制、控制生物群落组装和演替的过程以及限制生态整合的因素仍缺乏充分了解（Hashemi等，2026年；Wu等，2026年）。分析EB中物理化学稳定化和生物群落演替的空间足迹对于弥补这一知识空白至关重要。

环境DNA（eDNA）宏条形码技术的最新进展为表征水生系统中多营养级生物群落提供了强有力的工具（Bista等，2017年；Xiong等，2025年）。eDNA宏条形码方法能够同时检测多种生物，并提供生态系统结构和演替动态的全面视角（Wang等，2024b；Zhang等，2020年）。特别值得注意的是，该方法已被应用于评估河流系统中的鱼类群落组合，并揭示了沿环境压力梯度的浮游生物群落变化（Jorgenson等，2018年；Wang等，2024b）。越来越多的证据表明，eDNA能够有效捕捉污染和栖息地恢复的生物多样性响应，且空间尺度更广（Xiong等，2025年；Zhang等，2020年）。总体而言，基于eDNA的方法学发展越来越多地被用于评估群落结构，同时也提供生态相互作用和生态系统功能的见解。

本研究利用高通量方法在两个代表性EB中筛选了350种ECs，并将所得数据与基于多营养级eDNA的群落分析相结合。具体目标为：（i）揭示EB中污染物的出现模式和衰减趋势；（ii）探讨环境因素与生物群落之间的关系；以及（iii）比较EB中物理化学恢复和生物群落演替的空间尺度。研究结果将为理解物理化学过程、群落演替与再生水在EB中生态整合之间的关系提供一个框架。

章节摘要

样本采集

为全面评估再生水的影响，选择福建省厦门市河流型生态缓冲带（R-EB，图1a和图S1a～i）和湖泊型生态缓冲带（L-EB，图1b和图S1j、k）作为研究对象。两个研究区域的更多信息见Text S1。物理化学参数水样于2024年7月至2025年1月每月采集一次，作为长期监测的一部分。R-EB和L-EB的采样点为

水化学和环境特性

将每个EB作为一个整体分别评估R-EB和L-EB的总体水质状况（图1c和d）。水化学保持在V类地表水正常范围内（GB 3838-2002，中国；COD，40 mg/L；TN，2 mg/L；TP，0.4 mg/L），其中R-EB的水质低于L-EB，包括pH值分别为7.12至8.32和6.40至7.42，DO分别为4.41至10.66 mg/L和4.27至14.33 mg/L，ORP分别为108至278 mV和195至308 mV。

再生水生态整合的机制见解

本研究揭示了EB内快速物理化学稳定化与延迟生态整合之间的空间脱耦现象。基于这些发现，本研究提出了再生水生态整合的四个阶段（图5）：（i）物理化学调整阶段（0至50米），在此期间再生水基本保持原有水质，同时与周围环境进行快速物理化学平衡；（ii）生态过滤阶段（50至400米），此时变化

结论

本研究揭示了再生水EB中快速物理化学恢复与延迟生态整合之间明显的空间脱耦现象。ng/L级别的ECs在前50米内减少了30%以上，同时生态风险大幅降低，物理化学条件趋于稳定。相比之下，TN在R-EB中从8.08至23.18 mg/L持续偏高，在L-EB中从4.63至15.34 mg/L持续偏高，硝酸盐在无机氮中占主导地位，表明存在持续性

CRediT作者贡献声明

张智勇（Zhiyong Zhang）：写作—审阅与编辑，可视化，项目管理，概念构思。邹知坤（Zhikun Zou）：写作—原稿撰写，可视化，方法学，调查研究，形式化分析，概念构思。胡佳鑫（Jiaxin Hu）：调查研究。石天宇（Tianyu Shi）：调查研究。袁宝灵（Baoling Yuan）：写作—审阅与编辑，监督，资源，经费获取。李海燕（Haiyan Li）：监督，资源。冯江辉（Jianghui Feng）：调查研究。余子庚（Zigeng Yu）：调查研究

利益冲突声明

? 作者声明不存在可能影响本文报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到重大项目（国家自然科学基金（52293444）和国家自然科学基金联合基金（U24A20186）的支持。

邹知坤|张智勇|石天宇|胡佳鑫|余子庚|冯江辉|李海燕|袁宝灵