近日，云南大学生态与环境学院污染与恢复生态学段昌群团队潘瑛课题组在环境学期刊Water Research(Nature index期刊，影响因子：12.8）上发表了题为“Microplastics affect interspecific interactions between cladoceran species in the absence and presence of predators by triggering asymmetric individual responses”的研究论文。该研究尝试建立个体性状－种群特征－群落转变之间的因果关联，为使用个体功能性状预测物种种群动态及群落组成的变化提供了科学依据，为科学评估微塑料生态风险提供了新的评价体系（群落学角度评价体系）。
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虽然许多研究报道了微塑料对水生生物的负面影响，但大多数研究都集中于个体尺度上。基于个体尺度的研究解释了危害机制，但要理解更广泛的生态影响需要更高尺度视角的证据，特别是基于种间相互作用的证据。因此，在本研究中，课题组研究了不同微塑料浓度对大型溞和壳纹船卵溞两种枝角类个体特征（生理、行为和滤食效率）和种群动态的影响，以及对它们在天敌豆娘幼虫不存在（资源竞争）和存在（似然竞争）的情况下群落内相互关系的影响。课题组使用了32-38 μm的聚乙烯微塑料，这些颗粒在大型溞的肠道中被检测到，特别是在较高浓度下，而壳纹船卵溞无法摄入该微塑料。因此，随着微塑料浓度的增加，大型溞的滤食效率和繁殖能力减弱，削弱了它们在资源竞争系统中的优势。此外，随着微塑料浓度的增加，大型溞面临着更加严重的氧化损伤和运动能力降低，这使得该物种更容易受到豆娘幼虫的捕食，从而在似然竞争系统中的优势降低。这项研究揭示了微塑料对个体特征的不对称影响改变了浮游动物物种间竞争的机制，从而阐明了微塑料在改变浮游动物群落中的作用。
图文说明
图1 大型溞（A-D）和壳纹船卵溞（E-H）在单独暴露于0、0.4、2和10 mg/L的微塑料溶液后的压片图，以及两种浮游动物体内微塑料的计量图（I）。数据表示只有大型溞能摄入实验所用微塑料，并且摄入量与微塑料浓度呈正相关。
图2 壳纹船卵溞（A）和大型溞（B、C）暴露于微塑料溶液后的直观图，以及微塑料对两种浮游动物心率（D）、跳跃频率（E）和滤食效率（F）的影响。数据显示，两种浮游动物体表均无微塑料黏附，仅有大型溞能摄入微塑料并积累在肠道末端。因此，仅有大型溞的心率、跳跃频率和滤食效率受到微塑料的负面影响。
图3 微塑料对资源竞争系统（A–C）和似然竞争系统（D–F）中大型溞（A、D）、壳纹船卵溞（B、E）和两者比例（C、F）的影响。在资源竞争系统中，大型溞种群数量随微塑料浓度的增加而减少，壳纹船卵溞种群呈现相反的趋势，因此随着微塑料浓度的增加，大型溞的竞争优势呈现下降的趋势。在似然竞争系统中，大型溞种群在高浓度微塑料处理中被消耗得更快。壳纹船卵溞种群最开始快速增长，并且微塑料浓度越高上升越快，种群数量在后期迅速下降，高浓度微塑料处理组中下降得更快。在似然竞争系统，大型溞的竞争优势始终随微塑料浓度的增加而下降。
结论
在资源竞争系统中，微塑料处理下，由于大型溞生长发育和种群更新能力的降低，并且壳纹船卵溞在不受影响的情况下还获得了更多资源，使得大型溞的竞争地位降低。在似然竞争系统中，由于微塑料对大型溞行为的抑制，加快了大型溞被捕食的速度。相反，系统中壳纹船卵溞种群密度在前期表现出上升的趋势，并随微塑料浓度的增加而增加，但在第6天后，壳纹船卵溞的种群密度迅速降低，并且随微塑料浓度的增加而降低，但是总体上其残留的种群密度在各个处理组中仍多于大型溞。因此，在似然竞争系统中，微塑料同样降低了大型溞的竞争地位。
该研究的结果表明，微塑料通过改变个体特征改变了枝角类浮游动物之间的种间竞争。此外，本研究建立了个体特征、种群特征和群落变化之间的相关性，表明个体亚致死效应可以在种群和群落尺度上产生后果，从根本上改变物种之间的相对竞争优势，甚至导致竞争性劣势物种从群落中完全消失。这些结果表明，自然环境中的微塑料污染可能是浮游动物群落结构变化的关键原因，为生物多样性减少提供了新的机制解释。总之，从群落学角度评价微塑料等新兴污染物生态危害已经成为未来环境学研究新的热点话题。潘瑛课题组这一年基于水生食物网响应的研究还相继在Environmental Science & Technology (nature index 期刊 IF=11.8), Journal of Hazardous Materials (IF=13.6), Science of total environment (IF=9.8), Ecotoxicology and Environmental Safety (IF=6.8), ACS EST water (新刊IF=5.8) 等国内外期刊上进行了报道。
银江硕士、段昌群教授为论文的共同第一作者，潘瑛副教授为通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120877
该成果受到国家自然科学基金面上项目，“双一流”建设联合专项重大项目，云南大学生态学科群“青年人才培养计划”等项目经费的支持。
供稿：生态与环境学院
编辑：李哲 责任编辑：王崴
