《Environmental Research》：Combined effects of nanomaterials and climate change on aquatic ecosystems: Toxicity, interactions, and regulatory challenges
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气候变化通过改变水温、pH、盐度等关键理化参数深刻影响水生生态系统，工程纳米材料（ENMs）与这些气候因子的协同效应加剧了生物毒性风险。现有研究多聚焦单一应力或短期暴露，缺乏多因子交互作用及长期生态风险评估，导致监管框架滞后于实际环境变化。
Semra ???EK|Mustafa Tahsin YILMAZ|Hafize FIDAN|Alexandrina SIRBU|Fatih ?ZOGUL
土耳其埃尔祖鲁姆阿塔图尔克大学农业生物技术系
摘要
气候变化通过改变温度、pH值、盐度、溶解氧和紫外线（UV）辐射等关键物理化学参数，正在深刻改变水生生态系统。这些变化不仅对水生生物造成直接压力，还调节了共存污染物的环境行为和生物效应。其中，工程纳米材料（ENMs），如银（Ag）、二氧化钛（TiO2）和氧化锌（ZnO）纳米颗粒，由于其在工业和商业上的广泛应用以及不断增加的环境释放量，越来越受到关注。尽管许多研究记录了ENMs对水生生物的毒性，但大多数研究依赖于单一压力源或短期暴露情景，未能反映真实的环境条件。越来越多的证据表明，气候驱动的压力源可能与ENMs发生非加性相互作用，从而在从初级生产者到无脊椎动物和鱼类的多个生物层面上产生协同或拮抗效应。然而，目前的知识仍然零散，多压力源实验的整合有限，不同物种和暴露条件下的研究结果也并不一致。本综述批判性地综合了关于ENMs与气候相关压力源在水生生态系统中联合效应的最新实验和机制研究，特别强调了影响吸收、生物积累、氧化应激和营养传递的协同作用。此外，它还评估了气候变化对ENMs行为的影响如何挑战现有的环境风险评估范式和监管框架。通过识别关键的知识空白和方法学限制，本文指出了优先研究方向，包括标准化的多压力源设计和跨学科方法，以支持在未来的气候变化情景下发展可持续纳米技术。
引言
由于气候变化，水生生态系统正在经历深刻的变化，气候变化已成为改变淡水和海洋环境中物理、化学和生物过程的主要全球压力源。根据政府间气候变化专门委员会（IPCC AR6）的报告，全球表面温度相对于1850-1900年的基线已经上升了约1.1°C，预计到2100年将根据不同的排放情景上升1.5至4.4°C（IPCC 2021a,b）。这些变化预计将加剧气候驱动的压力源，包括水温升高、海洋酸化、盐度变化、极端水文事件、沉积物重新悬浮和紫外线B辐射增强，所有这些都会直接影响水生生态系统的结构和功能（Lee和Marotzke 2023；Pirani等人2024；Abdo等人2025；Reisinger等人2025；Yan等人2025；Zhou等人2025）。这些由气候引起的物理化学变化不仅对水生生物造成直接压力，还调节了共存污染物的环境行为和生物效应。在这些污染物中，工程纳米材料（ENMs）由于其广泛的生产、独特的物理化学性质以及不断增加的环境释放量而受到越来越多的关注。
ENMs是故意生产的材料，至少有一个外部维度处于纳米范围（1-100纳米），具有可控的形状和表面性质，例如纳米银（Ag）和二氧化钛（TiO2），专为特定的商业和工业应用设计（OECD, 2010；ISO, 2015）。它们在消费品、医药、农业和工业过程中的广泛应用导致持续且不断增加的环境释放。在这种情况下，ENM生产的快速全球扩张变得非常相关。最近的报告显示，像ZnO纳米颗粒这样的广泛使用的ENMs的年产量达到数百吨，从而大大增加了环境暴露的可能性（Suhendra等人2025）。一旦释放，ENMs会经历复杂的自然命运过程，包括聚集、沉降、溶解和吸附，这些过程受内在性质（大小、形状、表面涂层）和外在因素（pH值、盐度、有机物）的调控。这些过程最终决定了它们在水生系统中的生物可用性和毒性（?i?ek 2023a；2023b；Abonyi等人2025）。
气候变化通过改变控制ENMs行为的物理环境参数，进一步复杂化了这些过程。温度升高、海洋酸化、盐度波动和溶解氧的变化可以改变ENMs的溶解速率、表面反应性、氧化还原转化和聚集行为，从而影响它们与水生生物的相互作用（Li等人2024；Gutierrez等人2025；Imran等人2025；Negrini等人2025；Soliman等人2025）。尽管存在这些明显的相互作用，大多数现有研究仍然在单一压力源条件下研究ENMs，限制了我们对实际气候情景下联合或协同效应的理解（Jansen等人2024；Rasmussen等人2024；Subhan等人2024）。
除了故意生产的ENMs之外，其他纳米级颗粒污染物也在气候变化的压力下出现在水生环境中。纳米塑料是通过较大塑料碎片的降解形成的偶然纳米材料。尽管纳米塑料和ENMs在来源、形成机制和预期用途上存在根本差异，但它们具有纳米级尺寸，能够与生物系统发生相互作用。这种共同的尺寸范围导致与生物可用性、细胞吸收和生态毒性效应相关的部分重叠问题。然而，纳米塑料主要来源于破碎过程，而ENMs是具有明确物理化学性质的刻意设计的。因此，它们的环境行为、转化途径和风险概况不可互换，但在某些气候驱动的压力条件下可能会趋同（?i?ek 2022；2023a；2023b；Abonyi等人2025）。
为了进行背景比较，微塑料被作为尺寸相关的环境类似物包括在内，据报道其浓度范围从0.002到62.5个/m3，极端值高达13,500个/m3，突显了水生生物同时暴露的颗粒污染程度（Mansuri等人2023；Mutuku等人2024；Zhao等人2025）。
在这种气候驱动的环境变化和纳米颗粒暴露增加的背景下，本综述旨在综合当前关于气候变化下ENMs的化学和生物相互作用的知识，特别强调水生生态系统中的联合和协同效应，并批判性地评估国际风险管理和监管努力。与之前的综述不同，本工作重点关注多压力源相互作用、情境依赖的毒性和实验结果之间的差异。此外，它还识别了关键的知识空白，并强调了跨学科合作的支持，以在未来的气候情景下发展可持续纳米技术和有效的环境治理。
方法学
在Web of Science、Scopus和PubMed中进行了结构化的文献搜索，以识别关于气候变化相关压力下水生环境中工程纳米材料（ENMs）的研究（2000年1月至2025年6月）。搜索词结合了ENM和纳米塑料相关关键词以及气候压力源，如海洋酸化、温度、紫外线辐射和盐度。符合条件的英文同行评审研究包括实验、观察或建模研究
纳米材料毒性的化学和物理条件
通过特定的纳米技术应用，例如在农业（如纳米肥料和纳米农药）、化妆品和个人护理产品以及工业涂层中使用工程纳米材料，地下水和土壤中的ENMs水平可能会增加，最终对水生生态系统构成风险。ENMs可以作为环境污染物，在气候变化条件下其毒性会发生变化。这些变化是由多种相互作用因素和协同效应驱动的
环境命运和传输
气候变化引起的温度、盐度、水文和水柱混合的变化越来越多地塑造了ENMs的命运和传输，通过改变溶解、聚集、沉降和与天然有机物的相互作用等关键物理化学过程（Labille和Brant 2010；Hochella等人2019）。一旦进入水生系统，ENMs可能会溶解、附着在颗粒上、获得表面涂层，或在溶解态、颗粒态和沉积物相关态之间转换，这些过程控制着协同效应
ENMs的生物效应主要通过已建立的机制介导，包括氧化应激诱导、膜破坏、生物积累以及干扰多个分类群的生理和免疫功能（补充材料3：图S1）。这些机制及其对生长、繁殖、发育和生态系统过程的影响已在先前的综述和实验研究中得到全面记录（Wu等人2021；Sharma等人2024；监管考虑
气候变化下ENMs与环境之间不断发展的相互作用突显了修订和扩展现有监管框架的必要性。尽管传统的风险评估模型可以纳入与气候相关的变量来改进长期影响预测（Scott-Fordsmand等人2017；Powers等人2012），但由于暴露情景、转化过程和环境下的混合效应存在重大不确定性，其实际应用仍然受到限制未来展望
ENMs越来越多地释放到环境中，气候变化改变了温度、pH值和化学循环等关键因素。现在的研究可以集中在联合影响上：a)现实情景：使用中型生态系统、野外研究和生态系统模型来评估长期行为、生物积累和生态风险。
b)气候整合：在气候压力下的长期和多代暴露，以阐明ENMs-气候相互作用、生物响应和种群韧性。
c)先进
结论
在气候变化下，ENMs的广泛使用及其长期的生态和生物影响尤为重要，然而大多数研究依赖于短期、高浓度暴露，这无法准确反映真实的环境条件。了解ENMs的毒性需要整合物理化学性质（类型、剂量、结构、形状、结晶度、表面涂层、溶解度、表面电荷、大小）、生物响应（物种特异性敏感性、抗氧化剂
CRediT作者贡献声明
Fatih ?ZOGUL：撰写——审阅与编辑，撰写——原始草稿。Alexandrina SIRBU：撰写——审阅与编辑，撰写——原始草稿。Hafize FIDAN：撰写——审阅与编辑，撰写——原始草稿。Mustafa Tahsin YILMAZ：撰写——审阅与编辑，撰写——原始草稿。Semra ???EK：撰写——审阅与编辑，撰写——原始草稿，调查，概念化
未引用的参考文献
Abram等人，2025；Ba?ares等人，2025；Batista等人，2017；水文变化，2017；Chen等人，2018；De Marchi等人，2017；De Marchi等人，2019b；Dose等人，2024；欧盟委员会，2022；Gong等人，2023；Hu等人，2017；Huang等人，2016；Huang等人，2018；IPCC，2021；IPCC，2021；Johari等人，2025；Kadar等人，2010；Kong等人，2019；Li等人，2024；Li等人，2020；Li等人，2024；Milton等人，2025；Mohamed等人，2025；Molins-Delgado等人，利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所报告工作的竞争财务利益或个人关系。
