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计算中心助力唐圆圆、夏雨团队在台风对深圳沿海微塑料和微塑圈影响机制方向取得研究进展

       近日,南方科技大学环境科学与工程学院副教授唐圆圆团队和助理教授夏雨团队在环境科学领域顶级期刊Water Research发表题为“Typhoon-induced turbulence redistributed microplastics in coastal areas and reformed plastisphere community”的最新研究成果。


       据最新统计,2019年全球塑料产量为3.68亿吨。塑料的出现带来了巨大的社会效益,但也带来了严重的环境问题。如今,微塑料污染已被视为一种新兴的环境和人类健康危机。由于塑料具有较长的半衰期和疏水性的表面,微塑料可以作为促进微生物定植和生物膜形成的载体,形成所谓的“微塑圈”,从而影响原始生态系统的安全。日益严重的微塑料污染以及沿海地区与塑料相关的生态威胁已经引起了全球的关注。1979年至2018年期间,北太平洋西部观测到的台风总数约为640个。在全球变暖的情况下,热带气旋的频率和强度都在增加,对微塑料的分布和沿海生态系统的功能造成了强烈的影响。然而,直到目前,台风对微塑料和微塑圈的综合影响程度仍然鲜为人知。

       深圳是粤港澳大湾区的重要引擎之一,并得到国家支持加快建设成全球海洋中心城市。根据深圳市气象局的报告,深圳沿海地区频繁受台风影响,2015年至2018年共有29个台风进入深圳500公里警戒区。研究团队以深圳沿海海域为研究对象,考察了2019年台风“韦帕”对微塑料分布和微塑料生物膜群落的影响。研究表明,台风导致地表水中的微塑料丰度显著增加,而在沉积物中则观察到相反的趋势。尽管微塑料明显通过沉积物再悬浮转移到水体中,溯源分析同时显示台风引起的外源输入可能也是水体微塑料丰度增加的另一重要原因。有趣的是,台风使得190公里海岸线上沉积物中的塑料微生物群落迅速变得均匀统一。台风之后,塑料微生物群落中固氮微生物Bradyrhizobiaceae的丰度显著增加,这可能进一步改变沿海生态系统的氮循环。该研究为更加综合和动态地了解全球气候变化影响下的沿海微塑料污染提供了宝贵的信息。


       图1 台风前后深圳沿海表层水(a)和沉积物(b)中微塑料丰度分布。条形图为台风前后微塑料丰度变化的差异分析。B: 台风前;A: 台风后。台风前后水体(c)和沉积物(d)中微塑料丰度趋势分析。


       图2 台风前后微塑料组成特征及变化。(a)台风前后水体和沉积物中微塑料尺寸、颜色和形状的分布,B: 台风前;A: 台风后。(b)主坐标分析(PCoA)台风前后水体和沉积物中微塑料组成变化。


       图3 微塑料上微生物群落多样性及其驱动因素分析。(a)台风前后微塑料上微生物门水平群落组成。(b)台风前后微塑料上微生物α多样性变化。(c)主坐标分析台风前后微塑料上微生物群落组成差异。(d)冗余分析 (RDA)微塑料上微生物多样性驱动因素。


        图4 微塑料上微生物相对丰度与微塑料性质相关性分析。OTU_1是丰度最高的种属,且隶属于Bradyrhizobiaceae(固氮菌)。条形图为台风前后OTU_1相对丰度的变化。

       南科大环境科学与工程学院博士后陈立明和2019级博士生李江鹏为论文共同第一作者。唐圆圆、夏雨为论文共同通讯作者,南科大是论文第一单位。该研究得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、国家环境保护流域地表水-地下水污染综合防治重点实验室、广东省土壤和地下水污染控制重点实验室等的大力支持,计算资源由南方科技大学科学与工程计算中心提供。

       论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135421007752?dgcid=author

供稿:环境科学与工程学院

通讯员:晏梓添

主图:丘妍

编辑:朱增光


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