塑料污染如何破坏沿海沉积物代谢，对生态系统健康的惊人影响

沿海生态系统在维持生物多样性、支持养分循环和调节各种生物地球化学过程中发挥着重要作用。然而，这些生态系统日益面临环境压力，塑料污染是最严重的威胁之一。塑料，尤其是微塑料，在海洋环境中无处不在，它们对沿海生态系统的影响是深远而多方面的。受塑料污染影响的关键过程之一是沉积物代谢，这是沿海沉积物的一个重要功能，是养分循环和生态系统健康的基础。

最近的一项研究探索了塑料污染对沉积物代谢的直接和长期影响，特别是关注沉积物耗氧量 (SOC) 的变化，这是沉积物生物地球化学活动的一个关键指标。

沉积物代谢及其重要性

沉积物代谢是指海洋沉积物中发生的各种生物、化学和物理过程。这些过程主要由微生物（包括细菌和真菌）驱动，它们分解有机物并促进营养循环。沉积物代谢的关键组成部分之一是沉积物耗氧量(SOC)，它反映了微生物在降解有机物时使用的氧气量。

沉积物中的有机物氧化需要氧气，从而将氮和磷等关键营养物质释放到上层水中。这种营养循环对于沿海生态系统的初级生产至关重要，有助于植物和藻类的生长。

SOC 是沉积物中微生物活性的代表。高耗氧率通常表明微生物群落健康，它们积极参与有机物质的分解，维持碳封存和养分循环等生态系统功能。SOC 的变化可以预示群落结构的变化，这通常与污染等环境压力有关。

塑料污染对沉积物代谢的影响

塑料污染，尤其是微塑料，已成为海洋生态系统的主要破坏者。这些小塑料颗粒通常尺寸小于 5 毫米，现在广泛存在于海洋沉积物中。塑料进入沿海环境已导致沉积物的物理、化学和生物特性发生重大变化。

微塑料，已被证明会干扰沿海沉积物中的氮和碳循环。固氮细菌和氮循环中的其他关键参与者可能会因塑料的毒性作用而受到抑制，从而导致沿海水域营养物质的可用性发生变化。同样，沉积物中的碳封存可能会受到有机物微生物降解减少的影响，从而可能导致沉积物基质中碳的积累。

塑料的存在会降低沉积物微生物群落的功能多样性，因为一些微生物群体可能会变得不那么丰富甚至灭绝。这种多样性的丧失会削弱生态系统应对环境变化的能力，使其更容易受到气候变化或其他污染等进一步压力因素的影响

此外，许多微生物可以定植在塑料表面，在那里它们可能参与塑料聚合物的降解，塑料的存在会改变周围微生物群落的结构，有利于那些专门从事塑料降解的微生物，而不是那些参与有机物循环的微生物。

新的研究发现

奥克兰大学海洋科学研究所的一项新的研究，研究人员将聚酯网条埋入潮间带沉积物中，在72天内监测了沉积物耗氧量和聚酯添加剂浓度的影响，收集并分析SOC和DEHP浓度数据，以评估聚酯污染的影响​。

研究发现，沉积物中塑料的存在导致SOC的量级和变异性迅速下降。这种减少的主要原因是塑料可以将有机物物理地困在沉积物中，防止微生物接触和分解。这种阻碍会降低微生物的活动，从而降低氧气消耗。

许多塑料含有增塑剂、阻燃剂和着色剂等添加剂，这些添加剂会渗入沉积物环境。这些化学物质对微生物有毒性，会破坏其代谢过程并降低总耗氧量。

同时，塑料也会改变沉积物中微生物群落的结构。适合降解有机物的微生物群落可能会被更适合利用塑料聚合物的微生物群落所取代。微生物组成的这种转变会削弱沉积物有效处理有机物的能力，从而导致 SOC 减少。

具体而言，沉积物耗氧量SOC 的幅度和变化迅速降低，这可能是由于聚酯材料中添加剂邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯 (DEHP) 的流失。DEHP 浓度在部署后的前七天内下降了 89%。

此外，研究还发现，沉积物中塑料的存在导致SOC的影响在22天后消散，表明影响是短期的，生态系统可以快速恢复。

这项研究为塑料污染对沿海沉积物生态系统代谢的直接影响提供了重要的见解，有助于细致地了解塑料污染多方面影响的时间变化。

更广泛的生态影响

塑料污染对沉积物代谢的破坏对沿海生态系统产生了多种连锁效应。比如：

氧气消耗和营养循环的减少影响了沿海生态系统的整体功能。这些过程对于维持健康的底栖生物群落、初级生产和食物网至关重要。沉积物中氧气供应降低还会导致硫化氢等有害气体的释放，进一步破坏生态系统。

底栖动物群的健康与沉积物中的氧气供应密切相关。随着氧气消耗率下降，沉积物支持蠕虫、蛤蜊和甲壳类动物等底栖生物的能力受到损害。这可能导致群落组成发生变化，更能耐受低氧条件的物种成为主导。

思考

迄今为止的研究主要集中于直接影响，但塑料的持久性及其对生物地球化学循环的长期影响尚未完全了解，塑料污染对沉积微生物群落和整体生态系统健康有何长期影响？

微生物群落如何随着时间的推移适应塑料污染？鉴于某些微生物能够降解塑料，这些微生物进化的机制是什么？这对营养循环和生态系统功能有何影响？

当前的研究一般讨论微塑料，但较小的微塑料或不同类型的聚合物是否对微生物活动和氧气消耗有不同的影响仍不清楚，塑料的大小、类型和化学成分如何影响其对沉积物代谢的影响？

参考文献：Samantha M. Ladewig, Ines Bartl, Joel D. Rindelaub & Simon F. Thrush，Rapid effects of plastic pollution on coastal sediment metabolism in nature.  Scientific Reports volume 14, Article number: 17963 (2024) ，doi. s41598-024-68766-0

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