Picarro--微塑料對淡水系統(tǒng)沉積物中溫室氣體排放和微生物群落的影響

 

在大氣、陸地、海洋和湖泊環(huán)境中均已發(fā)現(xiàn)了微塑料（顆粒<5 mm）。不同的微塑料具有不同的密度，范圍為20-1400 kg/m3。相當(dāng)一部分人造塑料比水重，當(dāng)其進(jìn)入到水環(huán)境中時，會進(jìn)入到沉積物系統(tǒng)中。已有研究表明，海洋沉積物中微塑料的存在會改變沉積物微生物群落組成，顯著影響N循環(huán)，并會影響沉積物生物地球化學(xué)過程等。在全球氣候變暖的背景下，在沉積物-水-大氣界面，湖泊生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)交換更頻繁，其對環(huán)境變化更敏感，因此，應(yīng)該重視微塑料對淡水沉積物的影響。此外，淡水湖泊，水庫及其沉積物是溫室氣體排放的重要來源。應(yīng)注意微塑料進(jìn)入淡水沉積物中時是否會影響其生態(tài)環(huán)境、溫室氣體排放和微生物群落。近來，微塑料研究重點(diǎn)已逐漸從海洋水環(huán)境轉(zhuǎn)向淡水和沉積環(huán)境。然而，很少有研究關(guān)注淡水沉積環(huán)境中微塑料的影響和生態(tài)效應(yīng)。

基于此，在本文中，來自南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)選擇5~2000 μm的微塑料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將六種不同直徑的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）顆粒長期（90天）暴露在淡水沉積物中，研究其對溫室氣體排放（利用Picarro G2508溫室氣體分析儀測量CO₂，CH₄和N₂O濃度）、養(yǎng)分循環(huán)和微生物群落的影響。作者假設(shè)：（1）不同粒徑的PET可以在不同程度上促進(jìn)淡水沉積物系統(tǒng)溫室氣體排放；（2）PET可以影響微觀世界的生化環(huán)境和淡水沉積物中的微生物群落；（3）不同粒徑的微塑料在不同培養(yǎng)期發(fā)揮著作用。
 

【結(jié)果】

溫室氣體排放率。
 

生化變量主成分分析圖。(a) 培養(yǎng)3天后測量的變量，(b) 培養(yǎng)90天后測量的變量。
 

【結(jié)論】

研究發(fā)現(xiàn)從微塑料直接進(jìn)入淡水沉積物中7-30天，5 μm粒徑的PET可以促進(jìn)CO₂排放。暴露3天后，50 μm-800 μm的微塑料對CO₂排放具有粒徑效應(yīng)。在5μm實(shí)驗(yàn)組，N₂O排放在培養(yǎng)7天后顯著促進(jìn)。在微生物作用下，微塑料逐漸分解，而微塑料也會影響微生物豐度和微生物群落結(jié)構(gòu)。在微塑料暴露期間，所釋放的有機(jī)物會影響生態(tài)系統(tǒng)碳、氮循環(huán)。在全球生態(tài)系統(tǒng)中，應(yīng)該更多的關(guān)注沉積物中微塑料再懸浮對碳、氮元素循環(huán)的潛在影響。微塑料將會影響哪種有機(jī)物，哪種有機(jī)物在微生物群落結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著決定性作用，這需要進(jìn)一步研究。

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