新聞動態江逸野等-ES&T：氨基酸氮同位素和食源分析技術探究鹵代有機污染物在濕地食物網中的富集與傳遞
濕地是最具生產力的生態系統之一，也是鹵代有機污染物（HOPs）的重要蓄積庫，開展HOPs在濕地生態系統的生物富集及放大過程研究是科學評估其潛在生態風險的重要內容。由于攝食關系的不確定性和復雜性，目前關于HOPs沿食物鏈放大研究局限于單一水生或陸生的簡單食物鏈，對于濕地這種水陸交互的復雜生態系統中HOPs通過食物網的營養傳遞研究基本處于空白。
近期中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室麥碧嫻研究員團隊博士生江逸野與曾艷紅副研究員等，突破野外復雜食物網中生物營養級表征難的瓶頸，建立了一種準確表征食物來源多元化的水陸復雜食物網結構的方法，進一步分析了華南一濕地環境中復雜食物網組成，揭示該食物網中典型HOPs的生物富集及傳遞機制。
研究團隊針對現有的TP量化模型難以有效表征野外食物網中同時存在多種初級生產者且攝食關系復雜的生物的營養等級的問題，本研究聯合特征脂肪酸食源分析模型（QFASA模型）、貝葉斯混合穩定同位素食源分析模型（simmr模型）和單體氨基酸氮穩定同位素營養等級量化模型（AAs-N-CSIA模型）開發了能夠同時解決以上問題的TP量化方法（TPmix模型），模型公式如下所示：
其中：pi為目標消費者的食源組成（%），消費者與消費者間的pi由QFASA食源分析模型計算所得，消費者與初級生產者之間的的pi由simmr食源分析模型計算所得。βsimmr-i為第i種類初級生產參數，TDFi為第i種類消費者參數。
研究發現基于TPmix模型所量化的生物TP符合食物網中生物相互攝食的自然情況，很好的解決了應用傳統模型計算野外生物TP時出現食物鏈倒置或者TP為負值的問題。營養級放大因子（TMF）的可靠性分析（相關性（R2）和顯著性（p））結果顯示，相比生物放大研究中的三種已有的模型方法（bulk-N-SIA模型、AAs-N-CSIA模型和simmr加權βGlu/Phe模型），TPmix模型顯著提高了TMF的可靠性（圖1），以上結果表明TPmix模型能夠為研究HOPs在水陸交互的復雜食物網中的生物放大過程提供更準確的數據。
圖 1 基于TPmix模型和三種傳統模型所計算的TMF的可靠性比較
野外應用研究發現，目標濕地生態系統中主要由三條營養傳遞路徑（翠鳥、螃蟹和蛙類食物鏈）組成（圖2a），HOPs在不同營養傳遞路徑的食物網中的生物放大能力顯著不同，且TMFmix大小依次為TMFmix-翠鳥（0.2~82.0），MFmix-兩棲動物（蛙類）（0.1~34.0）和TMFmix-螃蟹（0.6~11.7）。TMFmix（0.1~82.0）顯著大于TMFbulk（0.2~4.6）（p≤0.01），表明過去常用的TMFbulk可能嚴重低估了HOPs在復雜食物網中的生物放大能力。此外，兩棲動物（蛙類）食物網中lg TMFmix與log KOW的相關關系（開口向上的拋物線）與翠鳥和螃蟹食物網中lg TMFmix與log KOW的相關關系（開口向下的拋物線）存在顯著差異，可能與HOPs在水生生物和陸生生物的差異性富集以及消費者差異性暴露途徑有關（圖2b）。
圖 2（a）典型濕地食物網中三個主要的營養傳遞路徑和（b）不同營養傳遞路徑下HOPs的TMFmix和log KOW及HOPs的水陸貢獻和log KOA的相關關系
該研究得到國家自然科學基金重點項目（41931290）、面上項目（42277242和41977306）和廣東省省級科技計劃項目（2020B1212060053和 2023B1212060049）等項目的資助。相關研究工作先后發表在《Science of the Total Environment》和《Environmental Science & Technology》上。
論文信息：
"Trophic transfer of halogenated organic pollutants in a wetland food web: Insights from compound-specific nitrogen isotope of amino acids and food source analysis " Yiye Jiang (江逸野), Yanhong Zeng* (曾艷紅), Ruifeng Lu (盧銳鋒), Kelan Guang (管克蘭), Xuemeng Qi (齊雪蒙), Qunjie Feng (馮群杰), Ling Long (龍玲), Yanting Zhang (張艷婷), Xiaobo Zheng (鄭曉波), Xiaojun Luo (羅孝俊) and Bixian Mai (麥碧嫻) (2023). Environmental Science & Technology.
"Application of amino acids nitrogen stable isotopic analysis in bioaccumulation studies of pollutants: A review" Yiye Jiang (江逸野), Yanhong Zeng* (曾艷紅), Ruifeng Lu (盧銳鋒), Yanting Zhang (張艷婷), Ling Long (龍玲), Xiaobo Zheng (鄭曉波), Xiaojun Luo (羅孝俊) and Bixian Mai (麥碧嫻) (2023). Science of the Total Environment.
