用于海水淡化过程中的防垢剂对底栖细菌、海草及其微生物附生生物的影响

《Water Research》：Impacts of antiscalants used for seawater desalination on benthic bacteria, seagrass and their microbial epiphytes

本研究通过户外微宇宙实验，分析海水淡化废水中聚合物和聚磷酸盐抗结垢剂对海底微生物群落及海草生理的影响。结果表明，聚磷酸盐处理显著提升海草新枝密度和光合效率，而聚合物处理抑制根部生长，并改变微生物群落组成。

　　

瑞安·西罗塔（Ryan Sirota）| 伊亚尔·拉哈夫（Eyal Rahav）| 吉拉德·安特勒（Gilad Antler）| 兰德·兰德（Rand Lander）| 吉登·温特斯（Gidon Winters）| 埃多·巴尔-泽夫（Edo Bar-Zeev）

扎克伯格水资源研究所（Zuckerberg Institute for Water Research）、雅各布·布劳斯坦沙漠研究所（Jacob Blaustein Institutes for Desert Research）、内盖夫本-古里安大学（Ben-Gurion University of the Negev）塞德博克尔校区（Sede Boqer Campus），84990，以色列

摘要

海水淡化过程中通常会将防垢剂随盐水排放到沿海环境中，但这些防垢剂对关键底栖生物的影响仍不甚清楚。本研究重点探讨了含有聚合物或聚磷酸盐基防垢剂的盐水如何影响地下微生物生物膜以及具有叶部和根部微生物附生的海草。实验使用亚喀巴湾（Gulf of Aqaba）的沿海水、沉积物和海草Halophila stipulacea进行了为期一个月的户外中试研究。比较了仅含盐水（浓度约为环境盐度的1.05倍）与添加两种不同防垢剂的情况下，海草生理状况及其表层和深层相关细菌的变化。与环境条件相比，暴露于盐水或聚磷酸盐防垢剂一个月后，沉积物中的细菌数量增加了24%，而暴露于聚合物防垢剂后细菌数量减少了22%。添加防垢剂后，细菌群落结构发生了明显变化，从以硫循环细菌为主转变为以蓝细菌和广食性物种为主。相应地，Halophila stipulacea叶片在暴露于含聚磷酸盐防垢剂的盐水中时，新芽密度增加了11%，光合效率提高了34%；而根部在相同条件下则生长减缓了16%。研究结果表明，防垢剂的化学成分会改变底栖微生物群落，并在不同程度上影响海草的生理机能。总体而言，防垢剂的影响很大程度上取决于接收环境，因此在贫营养条件下应尽量减少基于聚磷酸盐的物质的排放，优先选择基于聚合物的化学添加剂。

章节摘录

引言

淡化技术在许多干旱和半干旱地区被广泛用于增加淡水供应（Soni等人，2025年）。在反渗透（SWRO）淡化过程中，产生的淡水量与浓缩盐废水量相当。这些浓缩盐水通常被排放到附近的海域，从而对环境造成各种影响（Sirota等人，2024年）。尽管淡化技术取得了进展，但在淡化之前仍需添加防垢剂。

实验设置

2024年夏季，研究人员通过潜水从10米深处采集了沉积物和海草样本。采集地点位于亚喀巴湾北部，坐标为29° 32.710′ N, 34° 58.214′ E（图S1）。选择该地点是因为Halophila stipulacea海草在此处从2-3米深度开始生长，并可延伸至30米深处（Winters等人，2017年）。采集的沉积物经过混合和筛分（5毫米粒径），以去除可能啃食海草的砾石或底栖生物。随后将沉积物用于后续实验。

盐水及防垢剂对底栖细菌的影响

表层沉积物（0–4厘米）中的细菌总数始终高于深层沉积物（4–8厘米），表层细菌群落以光养细菌为主，而深层沉积物中光养细菌和异养细菌的比例更为均衡（图2A、B）。类似的研究结果也出现在其他贫营养海洋沉积物中，包括巴西东南大陆架和瓦登海（Wadden Sea）。

结论

本研究显示，防垢剂的成分会对贫营养生态系统中的海草产生明显的短期影响，这种影响在促进微生物生长与影响植物生理状况之间存在权衡。基于聚合物的防垢剂通过提供易分解的有机碳主要促进了异养细菌的生长，增加了附生细菌的数量，并有利于需氧的广食性细菌。这种变化可能会通过加剧微生物对有限资源的竞争而削弱海草的适应性。

作者贡献

瑞安·西罗塔（RS）、吉拉德·安特勒（GA）、伊亚尔·拉哈夫（ER）、兰德·兰德（RL）和埃多·巴尔-泽夫（EBZ）共同设计了所有实验。瑞安·西罗塔和兰德·兰德负责采样和分析工作，吉拉德·安特勒提供了具体的分析数据。论文由瑞安·西罗塔、吉登·温特斯和埃多·巴尔-泽夫共同撰写。

未引用参考文献

De-la-Ossa-Carretero等人，2016年

CRediT作者贡献声明

瑞安·西罗塔（Ryan Sirota）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、软件使用、方法论设计、数据分析、概念构建。伊亚尔·拉哈夫（Eyal Rahav）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、项目监督、资源协调、方法论设计、研究实施、资金争取、概念构建。吉拉德·安特勒（Gilad Antler）：撰写 – 审稿与编辑、验证、方法论设计、数据分析、概念构建。兰德·兰德（Rand Lander）：撰写 – 审稿与编辑、方法论设计。

利益冲突声明

作者声明以下可能构成潜在利益冲突的财务利益或个人关系：

瑞安·西罗塔表示得到了内盖夫本-古里安大学的财政支持。其他作者声明没有已知的可能影响本文研究结果的财务利益或个人关系。

致谢

本文得到了中东区域合作计划（MERC）对埃多·巴尔-泽夫（EBZ）的资助（项目编号：M39-011）。该项目还得到了戈德曼-索嫩菲尔特可持续性与气候变化学院（Goldman Sonnenfeldt School of Sustainability and Climate Change）的多学科奖学金支持。本文部分内容是瑞安·西罗塔在内盖夫本-古里安大学攻读博士学位期间的研究成果。