《Water Research》：Cordgrass invasion amplifies microplastic hazard through polymer-selective retention in coastal wetlands
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中國沿海濕地入侵的鹽生堿蓬顯著提高微塑料聚合物危害指數（PHI），其密集植被結構增強微塑料沉積和老化，導致高風險區域擴張26.8%-386.1%，氣候與微生物共同驅動PHI空間分布，需將入侵控制納入微塑料管理。
費周·蘇 | 薛曉通 | 詹金 | 凱曉 | 彭天 | 德榮·肖
中國浙江省溫州市溫州大學生命與環境科學學院城市水污染生態處理技術國家與地方聯合工程研究中心，郵編325035
摘要
沿海濕地是微塑料（MPs）的關鍵儲存庫和傳輸途徑，這一作用受到植被的影響。外來物種互花米草（Spartina alterniflora）的全球傳播可能會改變微塑料的沉積和命運，但其對微塑料積累及相關生態風險的影響尚未得到充分量化。通過在中國海岸線18,000公里（約20°緯度范圍內）進行實地調查，并結合三種機器學習模型，我們制作了沉積物（0–40厘米深度）中微塑料聚合物危害指數（PHI）的500米分辨率地圖，并比較了本地沼澤、被互花米草入侵的沼澤以及無植被的泥灘之間的微塑料儲量及風險。雖然本地沼澤與被入侵沼澤之間的微塑料豐度沒有顯著差異，但被入侵沼澤的PHI比本地沼澤高20.0%，比泥灘高57.1%，表明有害聚合物的比例有所增加。這種變化導致高風險區域的面積顯著擴大（比本地沼澤增加了26.8%，比泥灘增加了386.1%）。氣候變量（年平均溫度和降水量）成為不同生境中PHI的主要預測因子，而植物入侵進一步加劇了通過微生物介導的生境特異性效應。這些結果表明，植物入侵通過增強有害聚合物的滯留和選擇性積累加劇了沿海塑料污染風險，強調了將入侵控制納入沿海微塑料管理策略的必要性。
引言
微塑料（MPs；1μm–5 mm）是一種普遍存在的人為污染物，對全球的生態完整性和生物地球化學循環構成威脅（He等人，2025；Rillig等人，2021；Seeley等人，2020）。作為重要的藍碳生態系統，沿海濕地既是微塑料的重要匯也是傳輸途徑，其滯留和埋藏過程受到復雜的植被-沉積物-水文相互作用的影響（Lloret等人，2021；Mesquita等人，2025；Pervez和Wang，2022；Zhang，2017）。當前的全球植物入侵通過改變水動力機制、沉積過程和生境結構，改變了這些關鍵的沿海界面（Li等人，2024；Yao等人，2019），有可能重新配置微塑料的沉積、傳輸和長期命運，從而改變生態風險。然而，由于植物入侵導致的廣泛植被變化對微塑料積累及相關生態風險的影響仍缺乏定量研究。
互花米草（Spartina alterniflora）被廣泛用于海岸穩定（Bortolus等人，2019），已成為一種跨大陸的入侵物種。它通過占領無植被的泥灘（Zhang等人，2024）并排擠本地沼澤物種（Zhang等人，2020），在大陸海岸線形成了廣泛的單一植被群落（Banerjee等人，2022；Blum等人，2007；Strong和Ayres，2013）。在中國，互花米草現已分布到北緯約20–40°的區域，成為全球引入范圍最廣的入侵物種之一，其入侵改變了大陸尺度的植被結構、沉積過程和生境連通性（Liu等人，2020；Xu等人，2022）。這種廣泛的、持續進行中的變化提供了一個跨越陡峭氣候梯度的自然實驗，結合了一組保守的入侵特征，用于研究植物入侵如何調節微塑料動態和相關污染。
植被覆蓋——通過冠層結構、莖密度和根系形態——不同地調節顆粒攔截和沉積物埋藏（Ogbuagu等人，2022；Paray等人，2025；Stead等人，2020；Trusler等人，2025），從而影響沿海濕地中的微塑料封存。入侵物種互花米草通常形成比本地植被更密集的地上冠層和更廣泛的根系系統，這些特征減緩了水流速度，促進了細顆粒物的積累，并重新配置了有機碳動態（Liu等人，2021；Zhang等人，2021）和微生物群落（Gao等人，2022）。通過結合物理捕獲作用與改變的生物地球化學和微生物過程，入侵有可能改變微塑料的滯留、轉化和老化過程（He等人，2025；Rillig等人，2021；Seeley等人，2020）。特別是，入侵導致的沉積物微生物群落的變化可能會選擇性地增強化學有害聚合物（如聚氯乙烯和聚苯乙烯）的滯留、老化和生物膜形成，從而提高特定聚合物的生態風險，而這與微塑料的總豐度無關（Niu等人，2021；Seeley等人，2020）。無論互花米草是排擠本地沼澤植被還是占領無植被的泥灘，理論上都可能在微塑料的豐度和組成上產生不同的特征，這些特征是生態風險的關鍵決定因素（Du等人，2025）。然而，關于入侵驅動的變化如何與緯度上的沉積梯度相互作用以重新分配微塑料的機制性和空間明確性理解仍然有限。這一限制制約了風險預測和管理，尤其是因為風險加劇可能主要源于聚合物組成的變化，而非微塑料負荷的增加。
為填補這一知識空白，我們對中國沿海濕地（約18,000公里，覆蓋約20°緯度范圍）進行了調查（Yang等人，2024）。在代表本地沼澤、被互花米草入侵的沼澤和無植被泥灘的49個地點，我們采集了40厘米深度的標準化沉積物樣本，并將實地觀察結果與集成機器學習方法（隨機森林、極端梯度提升和K最近鄰算法）相結合。利用這一綜合框架，我們（i）量化了不同生境類型的微塑料豐度和組成；（ii）確定了關鍵的非生物和生物驅動因素，并模擬了微塑料危害動態；（iii）生成了中國沿海濕地微塑料聚合物危害指數（PHI）的高分辨率（500米）空間地圖。這種綜合方法為理解入侵驅動的沿海微塑料污染變化提供了機制性和可擴展的框架，并為面臨全球植物入侵的藍碳生態系統的保護和管理提供了可行的見解。
研究區域、采樣設計和樣本收集
中國沿海濕地綿延約18,000公里海岸線，涵蓋約7,474.6平方公里的生態重要生境（Yang等人，2024）。歷史上，這些系統主要包括兩種主要生境類型：本地植被沼澤——其優勢物種隨緯度而變化（例如Phragmites australis, Suaeda salsa, Scirpus mariqueter和Cyperus malaccensis）——以及無植被的潮間帶泥灘（Chen等人，2022）。自1979年以來，入侵物種互花米草
沉積物特性和微生物群落
在大陸尺度上，不同生境類型的沉積物屬性具有顯著的一致性。在測量的所有屬性中，只有總氮（TN）在本地沼澤、被互花米草入侵的沼澤和無植被泥灘之間存在顯著差異（P = 0.02；表S5），而pH值、有機質含量（SM）、土壤有機碳（SOC）、電導率（EC）、總磷（TP）、氮磷比以及顆粒大小組成（粘土、粉砂和沙子）沒有系統性的變化（圖2a）。
相比之下，沉積物微生物組受到生境的強烈影響，并在不同生境之間有顯著差異
入侵重塑了微塑料的沉積匯
我們的研究表明，互花米草的入侵通過相互關聯的生物物理和生物地球化學途徑促進了微塑料的滯留和埋藏。主要機制是植被驅動的：與本地物種相比，互花米草形成了更密集的冠層和更廣泛的根系網絡（Allen等人，2021），這增加了表面粗糙度并減弱了近床水動力能量。這種增強的結構有利于細顆粒物（包括微塑料）的沉積和沉降
作者貢獻
德榮·肖：設計研究、撰寫-審稿與編輯、監督、概念構思、資源獲取。費周·蘇：進行實驗、撰寫初稿、正式分析、數據管理。薛曉通：樣本收集、數據分析。彭天：撰寫-初稿、正式分析、數據管理。凱曉：撰寫-審稿與編輯。
作者貢獻聲明
費周·蘇：撰寫-初稿、方法學、正式分析、數據管理。薛曉通：方法學、調查、正式分析、數據管理。詹金：撰寫-審稿與編輯、資金獲取。凱曉：撰寫-審稿與編輯。彭天：撰寫-審稿與編輯、方法學、正式分析。德榮·肖：撰寫-審稿與編輯、撰寫-初稿、監督、項目管理、方法學、調查、資金獲取、正式分析。
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的競爭性財務利益或個人關系可能影響本文所述的工作。
致謝
本研究得到了浙江省“先鋒”和“領頭雁”研發計劃（2024C02002）以及國家自然科學基金（項目編號41867059、52100197）的支持。
