多溴联苯醚和聚苯乙烯微塑料对红树林沉积物中微生物群落组成及网络结构的综合影响

韩文佳|叶涛|鲜阳|丁红光|文阳峰|郎涛|潘颖

中山大学深圳校区生态学院，中国广东省深圳市518107

摘要

微生物群落在红树林沉积物的生物地球化学过程中起着关键作用，但它们对持久性有机污染物和微塑料的响应仍知之甚少。在这项研究中，我们考察了多溴联苯醚（PBDEs）和聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）单独作用及共同作用对Kandelia obovata红树林沉积物物理化学性质和微生物群落的影响，实验持续时间为三个月。PBDEs显著改变了氧化还原电位（Eh）和氮化合物的种类，降低了α多样性，并重塑了微生物群落组成；而PS-MPs的影响则取决于植物的存在。基于距离的冗余分析（db-RDA）确定NH₄⁺和PBDEs是群落变化的主要驱动因素。在门水平上，PBDEs促进了Proteobacteria的发展，同时抑制了Desulfobacterota和Chloroflexi的生长；而在属水平上，硫氧化菌和硫酸盐还原菌（如、、）在污染物作用下数量减少，而和则有所增加。相关性分析进一步表明PBDEs和氮化合物与硫循环菌及碳循环菌之间存在关联。共现网络分析显示，PBDEs显著降低了网络规模和连通性，但增加了模块性；PS-MPs保持了相对较高的连通性；而两者共同作用时则形成了介于对照组和PBDEs处理组之间的网络特征。在污染条件下，连接菌的数量和种类发生了变化：PBDEs有利于厌氧菌和硫循环菌的生长，PS-MPs则促进了发酵菌和硫氧化菌的富集；共同作用产生了代谢多样性较高但独特连接菌较少的网络结构。这些结果表明PBDEs和PS-MPs共同改变了微生物多样性、群落组成和相互作用网络，突显了硫循环菌的敏感性及其对红树林沉积物生物地球化学稳定性的潜在影响。

引言

红树林湿地是分布在热带和亚热带海岸潮间带的独特生态系统，作为陆地与海洋环境之间的重要过渡带（Wang et al., 2019）。尽管其覆盖面积有限，但红树林湿地在碳封存、气候调节和海洋环境净化方面发挥着关键作用（Ur Rahman et al., 2024; Choudhary et al., 2024）。然而，红树林周边人口密度高、城市化进程加快以及工业化程度的提高导致人为污染物在这些湿地中积累并持续暴露，使得红树林生态系统成为最受威胁和最脆弱的热带生态系统之一（Ur Rahman et al., 2024; Ma et al., 2025）。

多溴联苯醚（PBDEs）是一类常用的溴化阻燃剂，由于其持久性、生物累积性和毒性而受到广泛关注（Hu et al., 2020）。例如，四溴联苯醚（BDE-47）和十溴联苯醚（BDE-209）广泛用于电子产品、纺织品和建筑材料中，容易被释放到环境中，并可能进入红树林沉积物等沿海区域（Chai et al., 2019）。红树林沉积物中的PBDEs会显著改变微生物群落结构和功能：高浓度的PBDEs会抑制氮循环菌（Chen et al., 2016）；BDE-153会改变整个微生物群落（Pan et al., 2018）；BDE-209会增强磷矿化细菌的网络连通性（Chen et al., 2019），并降低反硝化细菌的多样性（Wang et al., 2021）。

微塑料（MPs）定义为尺寸小于5毫米的塑料碎片，在水生环境中也非常普遍（Thompson et al., 2004）。红树林植物密集复杂的根系可以捕获河流、洋流和潮汐带来的塑料，使红树林湿地成为塑料垃圾的储存库（Martin et al., 2019）。国内外多项研究在红树林沉积物中检测到了微塑料（Zuo et al., 2020），据估计塑料垃圾占红树林中积累的海洋垃圾总量的约70%（Deng et al., 2021）。先前的研究表明，微塑料会改变沉积物的物理化学性质（Yuan et al., 2023），以及其中的微生物多样性、群落结构和功能（Seeley et al., 2020; Zhao et al., 2025）。

此外，微塑料会将其最初掺入塑料制品中的有机添加剂（如阻燃剂）释放到环境中，从而导致微塑料与PBDEs、增塑剂等化学添加剂共同造成的复合污染问题（He et al., 2023）。最近的研究还发现，PBDEs和微塑料经常在红树林沉积物中同时存在（He et al., 2023）。由于微塑料具有疏水性和较大的比表面积，它们容易吸附PBDEs形成复合污染物（Xu et al., 2019），从而增强或减轻PBDEs的毒性效应（Gu et al., 2020; Horton et al., 2020）。然而，目前关于PBDEs和微塑料共同污染对红树林生态系统影响的研究仍较为有限。

红树林沉积物中的微生物是这些生态系统的关键组成部分，参与养分循环、促进植物生长，并影响污染物的转化和迁移（Thatoi et al., 2013）。微生物群落结构和功能的变化常被用作环境扰动的生物指标，在全球红树林保护和恢复策略中发挥着重要作用，也为了解生态系统健康和服务提供了重要见解（Loiola et al., 2023）。本研究系统分析了微生物多样性、群落组成和共现网络对PBDEs或/和微塑料污染的响应，旨在为应对红树林生态系统中的PBDEs或/和微塑料污染及风险的环境管理策略提供参考。

章节摘录

实验设置

实验所用红树林沉积物采自中国深圳的福田红树林自然保护区（22° 32′ N, 114° 03′ E）。收集了约250公斤表层沉积物（0-5厘米），并将其密封在玻璃瓶中运输至实验室（4°C）。沉积物通过2毫米筛网去除贝壳、树叶、细枝和粗颗粒。为避免干扰原生沉积物结构和微生物，未去除背景污染物。

沉积物物理化学性质

经过3个月的暴露后，沉积物的物理化学性质发生了显著变化（图1）。对于营养指标，所有未种植K. obovata的处理组中总有机碳（TOC）保持不变。在无K. obovata的情况下，PBDEs和PS-MPs共同作用显著降低了NO₃^-的含量（p < 0.05）；而在种植K. obovata的处理组中未观察到显著变化。在没有K. obovata的情况下，PBDEs显著增加了NO₂^-的含量（增加了0.46）。

讨论

微生物在生物地球化学循环、生态系统稳定性和污染物降解过程中起着重要作用（Chandel et al., 2025; Thamarai et al., 2026）。微生物多样性和相互作用模式的变化可以为评估生态系统在压力下的健康状况提供宝贵信息（Banerjee et al., 2018; Delgado-Baquerizo et al., 2016）。

结论

本研究表明，PBDEs和PS微塑料显著改变了红树林沉积物中的微生物群落。PBDEs降低了微生物多样性，简化了共现网络，并促进了厌氧菌和硫相关菌类的富集，同时改变了沉积物的物理化学性质。PS微塑料通过支持耐污染微生物部分缓解了PBDEs带来的压力；特别是在含有PS-MPs的处理组中，K. obovata的存在减轻了这些影响。

CRediT作者贡献声明

潘颖：撰写——初稿撰写、验证、监督、资源协调、项目管理、资金申请、数据分析、数据管理、概念构思。丁红光：软件使用、方法设计、实验实施、数据管理。鲜阳：撰写——审稿与编辑、监督、软件使用、资源协调。郎涛：监督、资源协调、方法设计、数据管理。文阳峰：数据可视化、验证、软件使用、实验实施。叶涛：初稿撰写、软件使用、方法设计。

Wu et al., 2024.

利益冲突声明

☒ 作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了深圳市科技计划（项目编号2023A004）的财政支持。