作者:廖洋 刘佳 来源:中国科学报 发布时间:2021/10/25 13:59:38
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陆源除草剂输入对近海碳汇潜力有负面影响

 

 陆源除草剂输入对浮游植物和微生物群落驱动的近海碳汇的潜在影响    研究组供图

海洋巨大的碳汇能力在气候调控方面起着关键作用。然而,工业革命以来陆源输入是导致近海生态系统不断退化的重要原因之一,对海洋生态功能造成干扰和破坏。

近来,一种新型陆源污染物——除草剂受到人们警惕。全球粮食供给日益严峻的形势下,农业生产中除草剂的消耗量也与日俱增,并存在过量施用现象。当前全球市场上除草剂产品高达17000多种,年消费量超过300亿美元。事实上,大量除草剂通过河流、地下水、地表径流等途径最终进入海洋,导致近海除草剂污染问题在全球范围内普遍发生。

中科院青岛生物能源与过程研究所张永雨带领的海洋碳汇与能源微生物研究组通过对黄、渤海内22种除草剂的调查,揭示离岸100公里近海范围内除草剂检出率高达100%,且有较高的稳定性,最高值出现在河口区域,浓度最高的为陆地上广为使用的三嗪类除草剂,呈现春季近海除草剂浓度高于秋季的现象。相关成果发表于海洋与湖沼领域TOP期刊 Limnology and Oceanography

驱动海洋碳汇的生物学机制主要包括浮游植物(微藻)介导的生物泵途径和微生物介导的微型生物碳泵途径。而藻和菌在海洋中密不可分,是海洋碳汇的主要驱动力。一半以上的除草剂是光合作用抑制剂,然而对当前的近海除草剂污染现状是否已足以影响近海浮游植物和细菌群落,并进而影响近海碳汇,却尚不了解。

张永雨研究组揭示,在环境浓度的三嗪类除草剂(如阿特拉津)胁迫下,浮游植物群落的生长和光合效率被削弱29~63%,浮游植物群落结构也发生剧烈变化,受除草剂抑制最严重的是硅藻,而兼具异养功能的甲藻受影响相对较弱,导致近海浮游植物群落发生由硅藻向有害甲藻为主的群落结构的剧烈改变。同时,除草剂胁迫下海水溶解氧浓度也显著降低了18~32%,损害近海生态环境质量。

此外,细菌群落结构亦发生剧烈变化,对碳水化合物、氨基酸等多种有机碳底物的代谢能力被明显抑制,微型生物碳泵潜力受到削弱。有意思的是发现移除浮游植物后的细菌群落结构对除草剂并不敏感,表明海洋中浮游植物与细菌群落的密切关系会加剧除草剂对细菌群落的负面影响。

通过一系列研究,结果提示全球除草剂消耗量与日俱增的形势下,近海除草剂污染若不加控制,将对浮游植物和微生物驱动的近海碳汇功能产生显著干扰,合理控制除草剂的过量使用和向海输入,是维持近海生态系统健康稳定,保持和促进近海碳汇能力的重要途径之一。

该研究获得科技部重点研发专项、基金委-山东省联合基金重点项目、中科院海洋大科学中心“科学号”高端用户项目等的支持。

相关论文信息:https://doi.org/10.1002/lno.11940

 
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