海洋巨大的碳匯能力在氣候調(diào)控方面起著關(guān)鍵作用。然而，工業(yè)革命以來陸源輸入是導(dǎo)致近海生態(tài)系統(tǒng)不斷退化的重要原因之一，對海洋生態(tài)功能造成干擾和破壞。近來，一種新型陸源污染物-除草劑受到人們警惕。全球糧食供給日益嚴(yán)峻的形勢下，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中除草劑的消耗量也與日俱增，并存在過量施用現(xiàn)象。當(dāng)前全球市場上除草劑產(chǎn)品高達(dá)17000多種，年消費(fèi)量超過300億美金。事實(shí)上大量的除草劑通過河流、地下水、地表徑流等途徑最終進(jìn)入海洋，導(dǎo)致近海除草劑污染問題在全球范圍普遍發(fā)生。
青島能源所張永雨帶領(lǐng)的海洋碳匯與能源微生物研究組通過對黃、渤海內(nèi)22種除草劑的調(diào)查揭示離岸100公里近海范圍內(nèi)除草劑檢出率高達(dá)100%，且有較高的穩(wěn)定性，最高值出現(xiàn)在河口區(qū)域，濃度最高的為陸地上廣為使用的三嗪類除草劑，呈現(xiàn)春季近海除草劑濃度高于秋季的現(xiàn)象。
驅(qū)動海洋碳匯的生物學(xué)機(jī)制主要包括浮游植物（微藻）介導(dǎo)的生物泵途徑和微生物介導(dǎo)的微型生物碳泵途徑。而藻和菌在海洋中密不可分，是海洋碳匯的主要驅(qū)動力。一半以上的除草劑是光合作用抑制劑，然而對當(dāng)前的近海除草劑污染現(xiàn)狀是否已足以影響近海浮游植物和細(xì)菌群落，并進(jìn)而影響近海碳匯，卻尚不了解。研究揭示在環(huán)境濃度的三嗪類除草劑（如阿特拉津）脅迫下，浮游植物群落的生長和光合效率被削弱29-63%，浮游植物群落結(jié)構(gòu)也發(fā)生劇烈變化，受除草劑抑制最嚴(yán)重的是硅藻，而兼具異養(yǎng)功能的甲藻受影響相對較弱，導(dǎo)致近海浮游植物群落發(fā)生由硅藻向有害甲藻為主的群落結(jié)構(gòu)的劇烈改變。同時，除草劑脅迫下海水溶解氧濃度也顯著降低了18-32%，損害近海生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。此外，細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)亦發(fā)生劇烈變化，對碳水化合物、氨基酸等多種有機(jī)碳底物的代謝能力被明顯抑制，微型生物碳泵潛力受到削弱。有意思的是發(fā)現(xiàn)移除浮游植物后的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)對除草劑并不敏感，表明海洋中浮游植物與細(xì)菌群落的密切關(guān)系會加劇除草劑對細(xì)菌群落的負(fù)面影響。
通過一系列研究,結(jié)果提示全球除草劑消耗量與日俱增的形勢下，近海除草劑污染若不加控制，將對浮游植物和微生物驅(qū)動的近海碳匯功能產(chǎn)生顯著干擾，合理控制除草劑的過量使用和向海輸入，是維持近海生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定，保持和促進(jìn)近海碳匯能力的重要途徑之一。相關(guān)成果發(fā)表于海洋與湖沼領(lǐng)域TOP期刊 Limnology and Oceanography。該研究獲得科技部重點(diǎn)研發(fā)專項、基金委-山東省聯(lián)合基金重點(diǎn)項目、中科院海洋大科學(xué)中心“科學(xué)號”高端用戶項目等的支持。
相關(guān)發(fā)表文章目錄：
1. Yang LQ, Mu SL, Li HM, Zhang ZH, Jiao NZ, Zhang YY*. Terrestrial input of herbicides has significant impacts on phyto- and bacterioplankton communities in coastal wateres. Limnology and Oceanography, 2021, DOI:10.1002/lno.11940.
原文鏈接： https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/lno.11938
2. Yang LQ, Zhang YY*. Effects of atrazine and its two major derivatives on the photosynthetic physiology and carbon sequestration potential of a marine diatom. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2020, DOI.org/10.1016/j.ecoenv.2020.111359.
3. Yang LQ, Li HM, Zhang YY*, Jiao NZ*. Environmental risk assessment of triazine herbicides in the Bohai Sea and the Yellow Sea and their toxicity to phytoplankton at environmental concentrations. Environment International. 2019, DOI:10.1016/j.envint.2019.105175
圖1 陸源除草劑輸入對浮游植物和微生物群落驅(qū)動的近海碳匯的潛在影響
BP: biological pump; MCP: microbial carbon pump
