研究成果丨华南典型水环境微塑料和微生物群落赋存特征、相互联系及生态风险比较研究

   近日，生态环境部华南环境科学研究所（生态环境部生态环境应急研究所）水生态环境研究中心在环境领域知名期刊Journal of Hazardous Materials（中科院一区Top期刊，影响因子：11.3）发表论文“Comparative analysis of microplastic and microbial communities in varied aquatic environments Disparities in occurrence, interconnections, and ecological implications”。华南所（应急所）付玲芳副研究员为第一作者，房怀阳正高级工程师为共同通讯作者。论文DOI：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.138795。 

　　PART 1 成果简介 

　　微塑料（MPs）在各类水环境中广泛存在，其水生态风险备受关注，但人们对不同水环境中MPs及其附着微生物的认识仍较为有限。本研究聚焦华南典型水环境——东江（河流）、新丰江水库和大亚湾流域（海湾），分析发现三类水环境中MPs组成差异显著，河流和水库的MPs丰度与多样性显著高于海湾（p<0.01）；优势细菌群落及占比差异明显，河流的微生物多样性（香农指数、辛普森指数）高于水库和海湾；且河流、水库中细菌群落与MPs的关联更复杂紧密。此外，三类水环境的MPs潜在风险水平不同（水库风险高于河流和海湾），潜在致病菌组成也有显著差异。这项研究揭示了不同功能水环境中MPs与微生物群落的差异及联系，为MPs污染管控提供了有价值的参考。 

　　本研究得到国家自然科学基金项目（42107443）、中央院所科研业务专项(PM-zx097-202406-214;PM-zx097-202305-256),国家重点研发计划项目(No.2022YFC3202203)和广东环保项目(PM-hx001-202212-0583)的支助。 

　　PART 2 引言 

　　近年来，水环境MPs污染及其生态效应已成为全球环境研究的热点。城市塑料废弃物的不当处置与自然老化，使得MPs广泛分布于河流、水库、海湾等水体，其表面生物膜为微生物提供了特殊生境。然而，不同水环境中MPs与微生物群落的分布差异、MPs理化特征（如形状、聚合物类型）对群落结构的影响，以及二者生态风险的差异，目前仍缺乏系统认知。虽有研究表明，MPs的颜色、大小、材质等会影响其环境归趋与微生物定植，但不同水环境下二者的关联模式及风险特征仍存在空白。为此，本研究以广东东江、新丰江水库和大亚湾为研究对象，通过标准化采样与多维度分析，探究MPs与微生物群落的分布特征、相互联系及生态风险，旨在为流域MPs污染精准管控与治理提供科学支撑。 　　

    PART 3 图文导读 

　　一、三类水环境中MPs污染特征差异 

　　东江、新丰江水库和大亚湾作为华南典型水环境，其MPs污染呈现显著差异。新丰江水库（475 items/m³）和东江（314 items/m³）水中的MPs丰度显著高于大亚湾（105 items/m³）（p < 0.01），且新丰江水库的MPs丰度高于东江。三者均以纤维状MPs为主（河流62%、水库58%、海湾88%），但聚合物组成有其各自特征，如水库含有特有PEUR，海湾则以渔具来源的PE、PP为主。河流（3.21）与水库（3.05）中MPs多样性指数显著高于海湾（2.17），不同水体分别以黑色碎片（河流）、白色颗粒（水库）、蓝色纤维（海湾）为特征污染物（图1）。这些结果表明三类水环境中MPs在丰度和组成上存在较大的差异，新丰江水库和东江作为饮用水源，其MPs的潜在风险需给予关注。 

图1 三类水环境中MPs丰度、形态、聚合物类型及多样性比较（来源：ScienceDirect）

　　二、三类水环境微生物群落结构分异 

　　三类水环境的微生物群落组成和多样性也存在显著差异性。Proteobacteria、Cyanobacteria、Bacteroidota、Actinobacteriota、Firmicutes和Myxococcota是三类水环境中的主要优势菌门，分别占河流、水库和海湾水体菌群平均相对丰度的95.17%、95.81%和70.09%。但河流中优势菌属为Flavobacterium、Limnohabitans、Undibacterium和Rheinheimera，水库中的优势属为Microcystis_PCC_9714、Flavobacterium、Undibacterium和Rheinheimera，而海湾中则以Vibrio, Synechococcus_CC9902、Photobacterium和Woeseia更占优势（图2）。东江菌群α多样性指数（Shannon和Simpson指数）显著高于水库和海湾，河流微生物物种丰富度更高（图3）。 

图2 三类水环境菌群在门和属水平上的组成（来源：ScienceDirect）

图3 三类水环境菌群α多样性指数差异性分析（来源：ScienceDirect）

　　三、三类水环境中MPs与微生物的关联性差异 

　　河流和水库中MPs与微生物共存网络的平均路径长度（2.82和2.71）和模块度（0.473和0.384）均高于海湾网络（分别为2.20和0.429），可见淡水生态系统中二者关联更为紧密。三类水环境中MPs与微生物呈现特异性关联：东江中，0.2-0.4 mm、PS、红色、纤维状MPs与Vibrio、Limnohabitans、Rheinheimera和Rhodeferax显著正相关；新丰江水库内，颜色和聚合物类型以及1–3 mm和0.3–0.4 mm尺寸MPs与Vibrio、Limnohabitans和Rheinheimera关联密切；海湾样品中，白色、蓝色、PE、PP材质和0.2–0.3 mm、0.5–1 mm尺寸MPs与细菌属相关性更强（图4）。 

图4 三类水环境MPs-微生物共现网络分析（来源：ScienceDirect）

　　四、三类水环境间的生态风险差异 

　　生态风险评估显示，三类水环境风险水平存在显著差异。新丰江水库因含PVC、PEUR等更高毒性的MPs，聚合物危害指数（PHI）和潜在生态风险指数（PERI）显著高于东江与大亚湾（图5）。与河流和海湾相比，水库中MPs的生态风险更高。网络分析将潜在致病菌间的关系划分为三个模块，河流、水库和海湾分别对应优势菌Pseudomonas、Acinetobacter和Vibrio；ANOSIM分析显示组间差异显著大于组内差异（R=0.726，P=0.001）；降维分析也显示三类水环境间的潜在致病菌各自聚集成簇（图6）。这些发现表明，不同流域潜在致病菌的差异突显了不同自然水环境之间潜在的风险差异。 

图5 三类水环境中MPs风险指数比较（来源：ScienceDirect）

图6 三类水环境中潜在致病菌差异比较（来源：ScienceDirect）

　　PART 4 小结 

　　本研究分析发现，河流、水库、海湾中MPs及其相关微生物特征差异显著：MPs丰度、尺寸、组成等不同；微生物群落组成及优势类群差异明显，河流微生物多样性更高。相关性分析表明，MPs与微生物显著关联，河流、水库中联系更紧密，具有更复杂的MPs-微生物互作网络。生态风险评估显示，三类水体MPs风险差异显著，水库风险高于河流和海湾，且潜在致病菌组成也有明显分异。与河流和海湾相比，水库更可能成为MPs和病原菌的汇，在病原菌传播及环境污染方面或带来更高风险。本研究通过揭示不同水环境中MPs与微生物的关联特征，为理解MPs的环境行为、生态风险及污染管控提供了重要科学依据。 

　　PART 5 作者简介 

   付玲芳：副研究员，水生态环境研究中心。近年来，聚焦流域传统及新污染物环境行为及生态效应，饮用水水源地污染防控技术研究，主持或参与国家自然科学基金、广东省重点研发计划、广州市科技计划和地方环保项目等20余项，以第一/通讯作者身份在Environ. Sci. Technol.和J. Hazard. Mater.等环境领域期刊发表学术论文10余篇，申请国家发明专利2项。 

　　房怀阳：正高级工程师，水生态环境研究中心主任，长期从事水环境管理与规划、水污染系统控制等领域的研究，先后牵头承担“十一五”“十二五”“十三五”国家水污染防治重大专项东江项目，为国家、广东省和各地市的水环境管理顶层设计和具体实践提供了强有力技术支撑。公开发表论文三十余篇，获环保部科技奖一等1项、二等3项，广东省科技进步奖1项，广东省环保科技一、二等共4项；授权实用新型专利5项、软件著作版权12项。