《Water Research》：Effects of microplastics on carbon and nitrogen cycling in coastal wetlands: A critical meta-analysis
编辑推荐：
微塑料显著影响海岸湿地碳氮循环，但实验室结果与自然潮汐条件存在差异。潮汐模拟实验显示无显著效应，提示实验室设计可能高估生态风险。植被因素（如凋落物输入和根际效应）的缺失影响结论准确性，需谨慎外推至自然湿地。
袁峰|陈宏宇|薛月|丁永成|安秋军|胡志安|邱一飞|陶建国|罗金|傅光和|王腾|邹新青
南京大学地理与海洋科学学院，教育部海岸与岛屿开发重点实验室，南京 210023，中国
摘要
沿海湿地在碳和氮循环中起着关键作用，并被认为是微塑料（MPs）的储存库。尽管微塑料对这些过程的影响已经引起了广泛关注，但其总体模式和机制仍不甚明了。在此，我们对来自34项研究的1051个数据点进行了元分析。总体而言，结果表明微塑料显著影响了某些碳和氮循环指标，包括沉积物总有机碳（部分归因于微塑料本身的碳贡献）、微生物生物量碳和硝化基因丰度的增加，同时抑制了β-1,4-葡萄糖苷酶的活性。然而，几乎所有研究都是在实验室条件下使用潮间带沉积物进行的。亚组分析表明，在更好地模拟自然潮间带环境的潮汐模拟实验中，微塑料对碳和氮循环没有显著影响，这表明缺乏潮汐动态的实验室设计可能会高估其生态影响。此外，植被湿地与无植被裸露平地的沉积物之间的生态效应没有显著差异，这可能是因为实验室实验中经常忽略了与植被相关的因素，如凋落物输入和根际效应。因此，在将实验室发现外推到自然沿海湿地时需要谨慎。此外，元回归分析显示微塑料的大小和浓度影响某些碳和氮指标，而暴露时间仅影响氮循环。本研究为更全面地理解微塑料对沿海湿地碳和氮循环的影响提供了理论基础。
引言
全球塑料产量持续增加，2023年达到4.138亿吨（Plastics Europe，2024年）。然而，由于回收率仅为约9%，大量塑料废物最终被填埋或分散到自然环境中（Singh和Walker，2024年）。环境中的塑料碎片逐渐分解成微塑料（MPs，颗粒小于5毫米）（Thompson等人，2004年）。微塑料无处不在，在世界各地都有发现，包括偏远的高海拔地区和深海沟壑（Wang等人，2025a；Zhao等人，2025a）。
沿海湿地位于陆地和海洋生态系统之间的过渡带，从陆地和海洋来源接收微塑料，包括河流输入、废水排放、潮汐输送和水产养殖活动（Ouyang等人，2022年）。因此，它们成为微塑料的重要汇，沉积物中的微塑料浓度可达到104颗粒/kg-1（Zhou等人，2023年）。同时，沿海湿地是重要的碳储存库，包括红树林、盐沼和海草，这些统称为“蓝碳”生态系统（Fu等人，2025年）。它们的碳埋藏速率大约是陆地森林土壤的30-50倍（Duarte等人，2013年；Mcleod等人，2011年）。此外，沿海湿地从陆地和海洋来源接收并转化大量的氮，既作为氮的汇也作为氮的源，从而在缓解沿海水域富营养化方面发挥关键作用（Bai等人，2012年）。这些多功能作用突显了研究微塑料是否以及如何影响沿海湿地碳和氮动态的重要性。
近年来，微塑料对沿海湿地碳和氮循环的影响成为研究热点（Hou等人，2025年；Wang等人，2025b；Yuan等人，2025年；Zhou等人，2025a）。然而，现有研究的结果存在很大差异。例如，一些研究表明微塑料增加了沉积物中的总有机碳（TOC）（An等人，2024年；Seeley等人，2020年），而其他研究则得出了相反的结果（Yuan等人，2025年；Zhou等人，2024年）。在氮循环方面也观察到了类似的矛盾。例如，关于铵（NH4+），一些研究发现微塑料增加了其浓度（Chen等人，2023a；Fang等人，2024年），而其他研究则报告没有变化或减少（Chen等人，2023b；Wang等人，2024c）。这种不确定性使得理解微塑料对沿海湿地碳和氮循环的影响变得复杂。
至关重要的是，几乎所有现有研究都是在实验室条件下进行的，沉积物样本主要来自沿海湿地的潮间带。沿海湿地具有复杂的水文特征，受到周期性潮汐淹没的强烈影响（He等人，2025a）。然而，当前的实验室实验设计很少模拟这种交替的潮汐过程；相反，它们通常采用连续淹没或非淹没处理以简化实验。这些不同的实验设置是否产生不同的生态效应仍然是一个紧迫的问题，因为这直接关系到实验室条件在多大程度上能够准确反映微塑料在自然湿地中的生态效应。此外，这些实验中使用的沉积物来自不同类型的湿地（例如，裸露平地、盐沼和红树林），它们的物理化学性质可能存在显著差异（Liao等人，2023年）。仍需研究微塑料的生态效应是否因湿地类型而异。
元分析定量综合了全球文献中的现有实验证据，从而提高了结果的普遍性。因此，本研究采用元分析来回答以下问题：（1）微塑料对沿海湿地碳和氮循环有何影响？（2）水动力条件、湿地类型和微塑料特性等因素是否影响这些效应？本研究提供了对微塑料在沿海湿地生态效应的更全面理解。
文献搜索和数据收集
文献搜索使用Web of Science和Scopus数据库进行。搜索过程和搜索字符串的详细描述见文本S1和图S1。最终搜索于2025年9月5日进行，分别从Web of Science和Scopus获得了7346条和5333条记录。
纳入的研究需要满足以下标准：（1）包含将微塑料添加到沉积物中的处理组以及相应的对照组（不含微塑料）
微塑料对沿海湿地碳和氮循环的影响
关于碳循环，总体而言，微塑料使沉积物总有机碳（TOC）增加了37.4%（lnRR = 0.32，SE = 0.15，p = 0.03），微生物生物量碳（MBC）增加了24.8%（lnRR = 0.22，SE = 0.09，p = 0.02），同时抑制了β-1,4-葡萄糖苷酶的活性（图1）。观察到的TOC增加可能部分归因于添加的微塑料本身所含的碳。相比之下，对沉积物总碳（TC）、溶解有机碳（DOC）或其他指标没有显著影响
结论
我们进行了元分析，以研究微塑料对沿海湿地碳和氮循环的影响。总体而言，我们的结果表明微塑料可以改变这些生物地球化学过程，包括沉积物总有机碳的增加（部分归因于微塑料本身的碳贡献）、微生物生物量碳和硝化基因丰度的增加，同时抑制了β-1,4-葡萄糖苷酶的活性，突显了它们在沿海地区的潜在生态风险
CRediT作者贡献声明
袁峰：撰写——初稿，软件，方法学，数据管理，概念化。陈宏宇：撰写——审阅与编辑，软件。薛月：撰写——审阅与编辑，软件。丁永成：撰写——审阅与编辑，方法学。安秋军：撰写——审阅与编辑。胡志安：软件，方法学。邱一飞：方法学。陶建国：方法学。罗金：软件。傅光和：方法学。王腾：撰写——审阅与编辑，监督，资金获取。邹新青：
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金 [项目编号 42576210]、江苏省自然资源科学技术项目 [项目编号 JSZRKJ202423]、国家自然科学基金 [项目编号 42107385]以及中央高校基本科研业务费 [项目编号 0209–14370410]的支持。
