《Journal of Hazardous Materials》：Species-specific bioindicators of microplastic pollution in a shallow lake: Hydrological period drives benthic macroinvertebrate exposure in Baiyangdian Lake, China
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微塑料生物指示作用研究：白洋淀湖底生物食性策略驱动MP积累，环境浓度与生物体内积累弱相关，推荐Macrobrachium nipponense和Procambarus clarkii为敏感指示种。
张秦宇|孟欣|田旭光|夏荣瑞|张胜
河北省污水处理与资源化工程技术研究中心，河北工业大学水污染控制与水生态修复技术创新中心，河北工程大学，邯郸056038，中国
摘要
寻找有效的生物指示剂对于监测淡水生态系统中微塑料（MPs）的广泛污染至关重要，尤其是在同时充当汇和源的浅水湖泊中。我们在两个水文时期和四个功能区对三种具有不同摄食习性的优势底栖物种及其周围环境介质（水、界面、沉积物）进行了采样。经过氧化消化后，通过密度分离提取微塑料，并使用立体显微镜和傅里叶变换红外光谱（FTIR）进行鉴定。研究结果表明，微塑料的生物积累具有明显的物种特异性，这种特异性是由摄食生态学而非单纯的环境微塑料水平驱动的。水文时期（湿润期与干燥期）的影响比空间异质性更强，这增强了腹足类动物Cipangopaludina chinensis和虾类Macrobrachium nipponense对微塑料的吸收能力，但对小龙虾Procambarus clarkii>则没有这种影响。关键的是，环境介质中微塑料丰度与生物体之间的相关性始终较弱，这突显了生物过滤过程的重要性。我们提出了“时空驱动因素-生物选择-界面相互作用”的三部分机制，并推荐Macrobrachium nipponense和Procambarus clarkii分别作为沉积物和水柱中微塑料的敏感生物指示剂。
引言
微塑料（MPs）作为一种新型污染物，由于其在水生环境中的普遍存在[2]、持久性[4]以及潜在的生态风险[5]而引起了全球关注。淡水生态系统，特别是浅水湖泊，是微塑料迁移和转化的关键枢纽，将陆地污染源与海洋环境连接起来[6]。与水和水沉积物等环境介质相比，微塑料在水生生物体内的积累更直接地反映了它们的生物可利用性和生态效应[7]。因此，选择合适的生物指示物种对于监测微塑料污染和评估相关风险至关重要[8]。
底栖无脊椎动物作为淡水生态系统中的关键群体[9]，由于其移动性有限、生命周期较长[10]以及对各种污染压力的不同反应[12]，常被用作水生环境健康的指示生物。现有研究表明，底栖无脊椎动物可以通过多种途径积累微塑料，包括摄取和皮肤吸附[13]。然而，不同物种在微塑料积累能力和特征上表现出显著的选择性，这主要是由于它们的摄食生态学（如食草者、捕食者、分解者）、栖息地偏好和生理结构的差异[8]、[13]、[14]。这种种间差异为开发特定物种的生物指示剂提供了理论基础[7]，[15]，并且系统比较不同功能群体的积累行为已成为当前的研究重点[16]、[17]、[18]。
除了物种特性外，环境因素也深刻影响微塑料的命运和生物可利用性[19]、[20]。水文阶段（如湿润期和干燥期）通过改变水动力条件[21]、[22]、外源输入通量和内源性再悬浮过程[23]、[24]，调节微塑料在环境各部分（水柱、沉积物-水界面、沉积物）中的分布和动态。然而，关于水文循环如何调节不同物种在污染梯度上的微塑料生物积累，以及“生物过滤器”在多大程度上可以将环境暴露与内部负担解耦，目前仍缺乏系统的理解，特别是在浅水湖泊生态系统中。白洋淀湖是华北平原最大的淡水浅水湖泊生态系统，受到周围农业、旅游和生活污水排放的多种压力[26]，使其成为研究微塑料污染的理想场所。本研究选择了白洋淀湖中三种具有不同摄食功能的优势大型无脊椎动物——Cipangopaludina chinensis（食草者）、Macrobrachium nipponense（捕食者）和Procambarus clarkii（分解者）。通过在不同的水文阶段（干燥期、湿润期）和功能区（自然区、旅游区、河口区、居民区）同时收集生物和环境样本，本研究旨在验证以下三个假设：(1) 微塑料的生物积累能力顺序为：食草者（Cipangopaludina chinensis）> 分解者（Procambarus clarkii）> 捕食者（Macrobrachium nipponense），这反映了它们的摄食策略；(2) 湿季将显著增加所有物种的微塑料积累量，但增加的程度因物种而异；(3) 任何单一环境介质中的微塑料丰度与底栖动物中的微塑料丰度之间的相关性较弱，表明生物过滤作用较强。
研究区域概述和样本采集
白洋淀湖（北纬38°43′–39°02′，东经115°38′–116°07′）位于华北平原中部。该地区具有典型的北亚暖温带半湿润大陆性季风气候，夏季温暖多雨，冬季寒冷干燥。年平均气温为12°C，年降水量在500–550毫米之间[27]、[28]，其中约90%的年降水量发生在5月至10月[29]。洪水季节从6月持续到9月。
环境介质中微塑料的时空分布
本研究在所有样本的水柱、水-沉积物界面层和沉积物层中都检测到了微塑料（图2）。湿润季节显著影响了水柱和水-沉积物界面层中的微塑料丰度（双样本t检验，p< 0.05），水柱中的微塑料丰度在湿润季节通常会增加。湿润季节水柱中的平均微塑料丰度为1750.00 ± 763.76 n/m3，显著高于干燥季节的1085.71 ± 207.02 n/m3。
底栖物种对微塑料积累的选择性
本研究证实，白洋淀湖底栖动物中的微塑料积累具有显著的物种特异性，所有三种物种主要摄入的微塑料形式都是丝状微塑料（Kruskal-Wallis H检验：χ2 (2) = 14.708，p = 0.001）。事后Bonferroni校正后的测试显示，食草动物Cipangopaludina chinensis中的微塑料丰度显著高于捕食者Macrobrachium nipponense（U = 214.500，p = 0.004）和分解者Procambarus clarkii（U =
结论
本研究证实，底栖生物中的微塑料积累不能仅通过环境浓度来预测，物种特定的生态策略是核心驱动力。所有提出的三个研究假设都得到了验证：
(1) 如假设1所述——“食草者（Cipangopaludina chinensis）> 分解者（Procambarus clarkii）> 捕食者（Macrobrachium nipponense），这反映了它们不同的摄食策略。正如预期的那样，微塑料的积累量存在显著差异
环境意义
本研究表明，底栖动物中的微塑料积累是由摄食生态学驱动的，而非环境中的微塑料水平，这将环境暴露与内部负担解耦。水文时期强烈调节微塑料的吸收，表明水流变化可能会改变微塑料的生物可利用性和营养传递。环境介质与生物体之间的弱相关性挑战了仅基于环境浓度的风险评估。选择敏感的生物指示剂（例如，Macrobrachium nipponense用于沉积物，Procambarus
CRediT作者贡献声明
张秦宇：撰写——原始草案，数据可视化，数据管理。田旭光：撰写——审稿与编辑，监督。孟欣：撰写——审稿与编辑，资源收集，方法学。夏荣瑞：撰写——审稿与编辑，监督。张胜：方法学，数据分析。
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财务利益或个人关系。
