麻省理工学院最新研究揭示生物膜如何阻止微塑料积聚

麻省理工学院（MIT）的最新研究表明，决定微颗粒可能积聚位置的一个关键因素与生物膜的存在有关。这些由微生物分泌的粘性生物聚合物薄层可在沙质河床或海岸等表面累积。研究发现，在其他条件相同的情况下，微颗粒在含有生物膜的沉积物中不易积聚，因为如果颗粒落在此处，更易被水流重新悬浮并冲走。

这项开放获取的研究成果发表在《地球物理研究快报》期刊上，论文作者为MIT博士后朴炯哲（Hyoungchul Park）及土木与环境工程系教授海蒂·内夫（Heidi Nepf）。内夫教授指出："微塑料无疑是当前热点话题，但我们尚未完全掌握其可能积聚的核心区域。这项工作针对导致这些颗粒（以及一般小颗粒）在特定位置累积的因素提供了些许指引。"

朴炯哲表示，此前大多数关于微颗粒输移沉积的研究均在裸沙条件下进行。"但自然界存在大量微生物，如细菌、真菌和藻类，当它们附着在河床时会产生粘性物质。"这些被称为胞外聚合物质（EPS）的成分"会显著改变河道床面特性"。新研究着重探究了这些物质如何影响微塑料等微颗粒的输移过程。

研究使用流动水槽进行实验，槽底铺设细沙，有时插入垂直塑料管模拟红树林根系。部分实验采用纯沙床，另一些则在沙中混合生物材料以模拟河床/海岸环境中的天然生物膜。

将掺有塑料微粒的水体泵入水槽三小时后，在紫外光照射下拍摄床面照片——紫外光使塑料微粒发出荧光，可据此定量测量其浓度。

结果揭示了影响不同表面塑料累积量的两种现象：模拟根系周围的湍流会阻止颗粒沉积；此外，随着沉积床中模拟生物膜含量增加，颗粒累积量同步减少。

内夫和朴炯哲得出结论：生物膜填满了沙粒间隙，导致微颗粒滞留空间减少。由于渗透深度变浅，颗粒更易暴露于水流中，从而更易被重新悬浮冲走。

"这些生物膜填充了沉积物颗粒间的孔隙，"朴解释道，"使沉积在床面的颗粒更直接暴露于水流作用力，从而更易被重新悬浮。我们发现：在相同水流条件、相同植被和相同沙床的河道中，含EPS的床面沉积率远低于不含EPS的床面。"

内夫补充："生物膜阻碍了塑料在床体内部的累积——它们无法深入床体，只能滞留于表层，继而被水流带走。因此，若两条河流泄漏等量微塑料，底部为沙质/砾石的河流会比含更多生物膜的泥质河床滞留更多微塑料。"

她指出，这个过程还受水体湍流及底床粗糙度等因素影响，但该研究为野外微塑料影响研究者提供了"重要视角"。"当研究者试图确定塑料存在的生境类型时，本成果提供了生境分类框架，指明了塑料富集区域的寻找方向。"

朴炯哲以红树林生态系统为例：微塑料可能优先积聚在沙质边缘带，而含更多生物膜的内陆沉积区较少累积。因此"沙质边缘区可能成为微塑料积聚的潜在热点区域"，应作为监测与保护优先区。

本研究由壳牌国际勘探生产公司通过MIT能源计划资助。