微塑料（MPs）因其豐度高、顆粒小等特點，易被水環境中多種生物攝取并産生物理或化學的毒害作用，威脅水生态系統健康。築壩人為調節河流生态系統水文特征，水環境和生物過程，直接或間接的影響河流生态系統結構和功能，并将進一步改變MPs等污染物在河流中的運輸過程。目前對閘壩型河流面臨的MPs污染暴露熱點、遷移過程和驅動因素的研究十分缺乏，因而這方面的研究将為閘壩型河流的水生态系統健康提供重要的理論依據。
安樹青教授團隊長期從事河流濕地生态研究。該團隊分析了典型多閘壩流域——沙颍河流域的10座大壩附近的水體、沉積物和生物組織中MPs的特征和豐度（圖1），探讨大壩影響下的環境和動物體内MPs空間分布，揭示環境中MPs和食物網結構的變化對MPs在動物體内累積的影響，從而提出該類型流域中MPs暴露熱點、遷移過程和潛在營養轉移途徑。
圖1.主要工作流程圖示
該研究發現大壩通過調控水流動力改變了不同大壩位置（上遊、水庫和下遊）的MPs的運輸、停留和沉積狀态。水和沉積物中的MPs組成差異顯著，大壩從水庫上遊沉積物中截獲了大量的MPs，但對水中的MPs沒有顯着的捕獲效果，水中的MPs更容易長距離運輸。與傳統污染物不同，MPs具有多種形态和成分特征（以各種顔色、形狀、粒徑和聚合物成分出現），可能産生不同的生态效應。大壩建設導緻大壩不同位置沉積物MPs組成的顯著差異，而這些差異的形成主要由水動力改變後不同密度、形狀和尺寸的MPs發生差異性垂直遷移導緻的（圖2）。
圖2.不同大壩位置的微塑料（MPs）聚合物比例、形狀和顔色（a）以及基于不同大壩位置MPs群落相似性的非度量多維尺度分析（NMDS）的結果（b）。水中和沉積物中MPs群落相似性的距離衰減關系被展示出來（c）。實線表示平均估計數，陰影部分表示95%的置信區間。根據NMDS，不同大壩位置的地表水（d）和沉積物（e）中的MPs群落差異顯著。
為了探讨大壩影響下動物體内MPs的空間分布及其影響因素，該團隊對研究區域内魚類、水生節肢動物和軟體動物進行了探究，并構建食物網。發現相較于大壩上遊和下遊，水庫中食物網的結構被簡化，動物受到MPs污染的風險最高（圖3）。動物的胃腸道是MPs累積最豐富的器官，軟體動物受到MPs污染最為嚴重，這些動物是MPs進入食物鍊的一個重要環節。環境中沉積物高MPs豐度和食物網的簡化是導緻動物體内MPs累積增加的重要因素（圖4）。
圖3.動物體内MPs的平均豐度（a）和多樣性綜合指數（b）。不同介質中MPs平均豐度（c）和MDII值（d）與同物體内MPs豐度的相關性。動物MDII值與不同介質中MPs平均豐度（d）和MDII值（f）的關系。
圖4.動物MPs污染風險、平均鍊長和環境中MPs指标之間的關系。(a)和(b)分别顯示地表水和沉積物MPs豐度與平均鍊長和動物體内MPs豐度之間的關系。(c)和(d)分别顯示地表水和沉積物MDII值、平均鍊長和動物體内MDII之間的關系。聚類增強樹(ABT)分析顯示了環境中MPs指标和食物網結構對動物體内MPs豐度(e)和MDII(f)的影響。
本研究成果提出了對MPs的MDII和群落分析，為MPs源解析和污染控制工作提供了重要方法。對河流管理來說，閘壩型河流受水文調控影響嚴重，應重視水動力對MPs的遷移，尤其是沉積物MPs的影響。水庫中MPs污染風險高，水庫MPs污染源控制、污染監測和潛在生态風險評估應得到重點關注。
該研究成果以“Damming has changed the migration process of microplastics and increased the pollution risk in the reservoirs in the Shaying River Basin”為題于2022年10月在線發表于Journal of Hazardous Materials（Environmental Sciences, 9/279，環境1區Top）。伟徳国际官网登录入口博士生申家琛為該論文的第一作者，伟徳国际官网登录入口冷欣副教授和南京曉莊學院李甯博士為該論文的通訊作者。該研究得到了國家水體污染控制與治理科技重大專項、中央高校基礎研究基金等項目的資助。
原文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.130067