2025, Vol. 46
2. 三峡库区生态环境教育部工程研究中心, 宜昌 443002
, LI Wei-ming1,2
, YAN Kang1,2 , XIAO Ming1,2 , LI Ying-cheng1,2 , DING Shuang1,2 , WANG Fang-wei1,2 , GAO Ya-kun1,2 , LIU Xiao-wei1,2 , LI Hong1,2
2. Engineering Research Center of Ecological Environment in Three Gorges Reservoir Area, Ministry of Education, Yichang 443002, China
微塑料（microplastics, MPs）污染已成为全球环境问题, 引起了科学界和公众的广泛关注[1], 微塑料被定义为尺寸小于5 mm的塑料颗粒, 由于其体积小且易于迁移的特性, 导致微塑料广泛存在于内陆、海洋和极地的水环境中[2~4]. 微塑料主要通过地表径流[5]和大型塑料碎片降解或分解[6, 7]这两类途径进入水环境. 同时, 由于微塑料具有较高的比表面积和表面的生物膜, 使其具有较强的吸附能力[8]. 近年来的研究表明, 水环境中的微塑料能够作为重金属[9]、抗生素[10]和多环芳烃[11]等污染物的载体, 促进以上污染物的迁移和扩散. 微塑料普遍存在于水生生物体内[12, 13], 当前研究集中于鱼类[14, 15]、双壳类生物[16]和浮游生物[17]等软体动物. 同时, 相关研究还包括微塑料在生物体内的累积和毒理学影响, 以及在食物网中的迁移规律[18]. 微塑料的摄入可能会对水生生物造成不良效应, 包括直接影响生物消化系统、降低摄食效率, 导致生长发育减缓、活动、繁殖能力降低等[19], 同时还可能引起生物氧化应激反应[20]. 更重要的是, 微塑料还可以在食物链中转移和积累[21], 最终对环境和人类健康构成潜在的威胁[21, 22].
大型底栖动物在海洋和淡水环境中具有广泛地分布, 并在水生态系统中扮演着重要角色, 涵盖了多种营养级且占据着广泛的生态位[23], 常被作为反映水环境质量的指示生物[24]. 大型底栖动物主要栖息于水体和沉积物中, 其摄食和滤水是微塑料进入底栖动物群落的重要途径[25], 同时由于一些大型底栖动物可为人类食用的特点, 微塑料在其体内的累积及毒性引起了广泛关注. 如Windsor等[17]的研究表明污水处理厂排污口附近蜉蝣科和纹石蛾科对微塑料有不同程度累积. Daniel等[26]的研究则指出白虾对微塑料的摄入受到季节变化影响, 此外, 江为群等[27]的研究表明, 鄱阳湖典型区内铜锈环棱螺体内微塑料丰度在不同区域具有显著差异, 并指出人类活动是影响铜锈环棱螺体内微塑料丰度的重要因素. Yıldız等[28]的室内实验则证明了微塑料能够影响贝类生物的生长发育并沿食物网传递. 相关研究显示了环境因素可能直接或间接影响大型底栖动物对微塑料的摄入和积累[17, 26~28], 然而, 这些研究多数集中在单一分类群生物微塑料污染上, 由于实验及分析方法的差异, 针对于某些物种的研究案例可能缺乏可比较性, 而且在环境因素的影响下, 大型底栖动物物种多样性导致其对微塑料摄入的差异性没有被充分考虑. 此外, 室内实验的高丰度微塑料暴露也可能无法反映真实自然情况.
本研究采集同一自然生境的各类群大型底栖动物样本, 基于其摄食习性的差异进行系统分类, 并结合环境因子进行整体分析, 旨在探究微塑料在表层水、沉积物以及大型底栖动物群落中的积累和时空分布特征, 揭示影响大型底栖生物摄入微塑料的潜在因素, 以期补充国内淡水环境部分大型底栖动物物种微塑料污染研究数据, 同时为中小型河流微塑料污染及其生态风险防控提供研究基础.
1 材料与方法 1.1 研究区域黄柏河位于湖北省宜昌市西北部, 是长江中游左岸的一级支流, 分为西、东两支流, 于葛洲坝上游约2 km处汇入长江. 黄柏河作为宜昌城区百万人口饮用水水源地, 是宜昌市的“母亲河”, 其东支依次建有4座梯级水库, 下游流经多个乡镇, 西支分布有多家磷矿开采企业, 频繁有大型施工车辆通过, 流域受人类活动干扰程度较大. 同时黄柏河属于典型的山溪型河流, 其流域季节性特征明显, 年际水量变化显著. 本研究采样工作于2023年4月（春季）和7月（夏季）进行, 在黄柏河流域内设置了5个采样点, 分别为：西支（HB04）、东支（HB03）、支流交汇处（HB02）、干流（HB01）以及丁家坝污水处理厂排水口（WWTP）（图 1）.
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图 1 研究区域采样点位示意 Fig. 1 Location of sampling sites in the study area |
大型底栖动物样本采集及处理：在采样点上下游50 m范围内可涉水河段, 利用索伯网（30 cm×30 cm, 网口孔径为500 μm）和手动搜寻的方式采集, 将采集到的大型底栖动物样品置于白瓷盘中, 通过粗挑后将样品放入500 mL玻璃瓶内, 加入70%~80%乙醇没过所有样品, 贴上标签做好记录后运送回实验室进行后续处理. 每个采样点的样品应包含尽可能多的大型底栖动物物种, 同时保证样品的完整性. 在实验室中利用玻璃培养皿以及不锈钢镊子对采集到的大型底栖动物样本进行鉴定和计数, 体积较小的样本利用光学显微镜鉴定, 确定物种至科或种级, 物种鉴定标准参考文献[29, 30]. 使用电子天平（0.000 1 g）对样本进行称重记录, 称重前用滤纸将底栖动物样本表面水分吸干. 根据大型底栖动物的摄食习性, 参考Cummins[31]的研究将大型底栖动物分为以下5类功能摄食类群（functional feeding group, FFG）：刮食者（scraper, SC）、滤食者（collector-filter, CF）、收集者（collector-gather, CG）、撕食者（shredder, SH）和捕食者（predator, PR）, 所有底栖动物样本经鉴定、计数和称量后按照其采集点位分别保存.
水样采集：利用5L不锈钢采水器进行河道表层水（20 cm）采集, 将采集到的水样过筛网（50 μm）, 重复操作2次（10 L）, 利用超纯水将留存在筛网上的微塑料冲洗到500 mL玻璃瓶中保存, 每个样点采集3份平行样本.
沉积物采集：利用不锈钢抓斗采泥器和铁铲采集样点地区表层（约5 cm）沉积物约150 g, 与水样采集位置相同, 每个样点采集3份平行样本（共约450 g）保存在铝盒中.
所有采样工具使用前均使用超纯水润洗, 以避免环境微塑料污染样品.
1.3 环境因子采集参考《地表水和污水监测技术规范》（HJ/ T91-2002）[32], 采用多参数水质分析仪（Hydrolab DS5 USA）现场测定河流表层水的温度（WT）和酸碱度（pH）, 使用Vector声学多普勒点式流速仪测定流速（v）.
1.4 微塑料提取和鉴定向水样本中加入H2O2溶液（30%, 150 mL）后置于恒温振荡箱（60℃, 100 r·min-1）消解有机物24 h, 直至溶液中无明显杂质[33]. 待样品在室温下冷却后真空抽滤至孔径为10 μm的玻璃纤维滤膜上[34], 将滤膜放入玻璃培养皿中, 盖上盖子做好标记置于烘箱中干燥12 h（60℃）[35].
参考Zhao等[36]沉积物的处理办法, 将约150 g沉积物（以质量计）样本置于烘箱中干燥48 h（60℃）直至恒重, 待样品在室温下冷却后过5 mm不锈钢筛网除去砂石等杂质, 并使用电子天平（0.000 1 g）称取100 g沉积物（以干重计）样品置于1 L玻璃烧杯中, 加入500 mL经0.45 μm玻璃纤维滤膜过滤、密度为1.2 g·cm-3的饱和氯化钠溶液, 充分搅拌后静置12 h, 浮选分离, 转移上清液至另一个2 L烧杯, 以上步骤重复3次, 提高沉积物中微塑料回收率. 向上清液中加入200 mL超纯水稀释, 以避免最后滤膜干燥过程中氯化钠晶体析出影响后续实验, 向稀释后的上清液中加入H2O2溶液（30%, 200 mL）消解有机物24 h[36], 直至溶液中无明显杂质后真空抽滤至孔径为10 μm的玻璃纤维滤膜上, 将滤膜放入玻璃培养皿中, 盖上盖子做好标记置于烘箱中干燥12 h（60℃）.
大型底栖动物样本经超纯水反复冲洗表面后置于玻璃锥形瓶中, 加入100 mL消解液, 消解液由30%H2O2和HNO3溶液按照1∶3比例配置[37], 在恒温振荡箱消解24 h（60℃, 100 r·min-1）直至在溶液清晰状态观察到无明显动物组织, 待样品在室温下冷却后进行超声波处理, 再转移溶液至1L玻璃烧杯中, 加入500 mL经0.45 μm玻璃纤维滤膜过滤、密度为1.2 g·cm-3的饱和氯化钠溶液, 搅拌后静置12 h浮选分离, 转移上清液至另一个1 L烧杯, 加入超纯水稀释至1 L, 将稀释后的上清液真空抽滤至孔径为10 μm的玻璃纤维滤膜上[38], 将滤膜放入玻璃培养皿中, 盖上盖子做好标记置于烘箱中干燥12 h（60℃）.
在实验分析期间, 为了减少潜在的环境中微塑料污染, 所有实验器具在使用前均以超纯水充分润洗, 样品消解过程中使用锡纸覆盖容器口, 实验过程中穿着棉质实验服和佩戴丁腈橡胶手套, 所有液体转移操作均在层流通风橱中完成. 样品处理的同时设置空白对照组, 其处理流程与实验组完全相同, 结果表明空白对照组中未发现微塑料.
用徕卡体式显微镜（S9D, USA）对样品处理后得到的滤膜进行目检, 对观察到的微塑料进行拍照和计数, 对微塑料的种类、颜色和尺寸进行统计.
1.5 统计分析根据实验结果对所采集样品中微塑料的丰度、种类、颜色和尺寸进行统计, 微塑料种类划分为4类：纤维、碎片、颗粒和薄膜, 微塑料颜色分为4类：透明、黑、白和彩色, 微塑料的尺寸划分参考相关研究[25, 26], 按照如下区间统计：< 100、100~500、500~1 000和 > 1 000 μm. 表层水样本中微塑料丰度以n·L-1表示, 沉积物样本中微塑料丰度（以dw计）以n·g-1表示, 大型底栖动物的微塑料丰度分别以两个单位表示：n·ind-1（以个体计）和n·g-1（以质量计）. 采样点分布图使用ArcGIS 10.5进行绘制. 使用Microsoft Excel进行数据统计, 使用Origin 2021绘制相关图表, 使用SPSS 24进行单因素方差分析（one-way analysis of variance）和Spearman相关性分析, 使用Canoco5进行去趋势对应分析（detrended correspondence analysis, DCA）和冗余分析（redundancy analysis, RDA）, 分析前对数据进行标准化处理.
2 结果与分析 2.1 水和沉积物微塑料污染特征本研究所有采样点均检测到微塑料（图 2）, 4月和7月采集的黄柏河表层水样本中微塑料的平均丰度分别为（7.03±5.01）n·L-1和（7.63±4.27）n·L-1, 平均值为（7.33±4.66）n·L-1, WWTP和HB03样点的微塑料丰度显著高于其他样点, 表层水样本微塑料丰度有显著的空间和季节性差异（P < 0.01）. 微塑料种类以纤维为主（73%）, 其次是碎片（18%）和薄膜（6%）, 颗粒最少（3%）. 表层水样本中微塑料颜色以黑色（56%）和彩色（33%）居多, 其次是透明（10%）, 白色最少（1%）. 尺寸在100~1 000 μm范围的微塑料数量最多（71%）, 其次是 > 1 000 μm（21%）, 仅有少部分微塑料尺寸 < 100 μm（8%）.
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不同小写字母表示同一季节不同样点间的微塑料丰度差异显著（P < 0.05）, 不同星号表示同一样点间的微塑料丰度的季节性差异显著, 未标记则表明结果不显著（*为P < 0.05, **为P < 0.01） 图 2 黄柏河研究区域表层水和沉积物微塑料丰度 Fig. 2 Abundance of microplastics in surface water and sediment in the Huangbai River study area |
WWTP排水口接入干流, 未能采集到附近沉积物样本, 4月和7月沉积物样本中微塑料平均丰度（以dw计, 下同）分别为（1.46±0.88）n·g-1和（1.48±0.28）n·g-1, 平均值为（1.47±0.65）n·g-1, 沉积物样本在HB01、HB03和HB04样点间有较显著的空间和季节性差异（P < 0.05）. 微塑料种类以纤维（42%）和碎片（41%）为主, 其次是薄膜（3%）和颗粒（14%）；颜色以黑色（41%）和彩色（48%）居多, 其次是透明（9%）和白色（3%）；尺寸100~1 000 μm最多（66%）, 其次是 > 1 000 μm微塑料（24%）, 尺寸 < 100 μm微塑料最少（10%）（图 3）.
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（a）、（c）和（e）为表层水, （b）、（d）和（f）为沉积物；SP表示春季, SM表示夏季 图 3 黄柏河研究区域表层水和沉积物微塑料形态 Fig. 3 Morphology of microplastics in surface water and sediment of the Huangbai River study area |
在表层水和沉积物两种环境介质中, 不同种类的微塑料所占比例具有显著差异（F=2.776, P < 0.05）, 纤维和薄膜状微塑料在表层水中所占比例高于沉积物, 而碎片和颗粒状微塑料在沉积物中占比更高；黑色和彩色微塑料在表层水中所占比例显著高于沉积物（F=19.283, P < 0.05）, 其余颜色微塑料在表层水和沉积物中分布没有显著差异, 且表层水和沉积物中微塑料的种类和颜色分布在不同季节相对稳定. 沉积物中尺寸 < 500 μm和尺寸 > 1 000 μm的微塑料占比显著高于表层水体（F=4.913, P < 0.05；F=5.246, P < 0.05）, 季节变化对表层水和沉积物的微塑料尺寸分布均产生了显著影响（F=15.420, P < 0.01；F=4.270, P < 0.05）, 相较于4月, 7月沉积物中尺寸 < 500 μm微塑料占比下降, 表层水中 > 1 000 μm微塑料占比升高.
2.2 大型底栖动物体内微塑料 2.2.1 大型底栖动物物种组成及微塑料赋存特征本研究于4月（春季）和7月（夏季）采集到大型底栖动物共1 149只, 隶属于2门4纲20种, 物种鉴定及分类结果如表 1所示, 物种丰富度最高的种群是昆虫纲蜻蜓目（24%）, 其次是甲壳纲十足目（14%）和腹足纲中腹足目（14%）, 其中丰度最高的物种是铜锈环棱螺（26%）, 其次是秀丽白虾（16%）和卵萝卜螺（14.3%）, 大型底栖动物各功能摄食类群（FFG）生物量如图 4（a）和4（b）所示, 在所有类群中, 刮食者（SC）相对丰度最高（50%）, 其次是滤食者（CF）和撕食者（SH）（分别为19%和17%）, 以及捕食者（PR）（9%）, 收集者（CG）相对丰度最低（4%）. 相较于春季, 夏季刮食者和捕食者数量减少, 撕食者数量增加, 而滤食者和收集者数量变化不大.
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表 1 黄柏河4月和7月大型底栖动物群落物种组成 Table 1 Species composition of benthic macroinvertebrate community of Huangbai River in April and July |
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图 4 大型底栖动物各功能摄食类群生物量和微塑料平均丰度 Fig. 4 Biomass and average microplastic abundance in different functional feeding groups of the benthic macroinvertebrates |
大型底栖动物采样及鉴定结果反映了黄柏河研究区域底栖动物群落结构组成, 在已鉴定的20个物种中, 所有底栖动物体内检测到微塑料, 其微塑料污染情况见表 2, 研究区域底栖生物体内微塑料以个体计和以质量计的平均丰度为：（1.99±1.25）n·ind-1和（20.45±20.57）n·g-1（春季）；（1.93±1.38）n·ind-1和（24.93±32.10）n·g-1（夏季）. 纤维是底栖生物体内最常见的微塑料类型, 主要的颜色是黑色和彩色, 微塑料尺寸大多在500 μm以下. 各摄食类群底栖动物微塑料平均丰度如图 4（c）和4（d）所示.
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表 2 大型底栖动物样本摄入微塑料的基本信息1） Table 2 Basic information of the microplastics ingested by the benthic macroinvertebrates |
2.2.2 大型底栖动物功能摄食类群微塑料丰度
将大型底栖动物微塑料丰度按照其所属的功能摄食类群分类整体统计, 包括两种生物体微塑料丰度统计单位. 如图 5所示, 在按个体计时, 5种功能摄食类群之间的微塑料丰度于两个季度没有显著差异（F春季=0.287, P=0.752 > 0.05；F夏季=1.390, P=0.245 > 0.05）, 滤食者夏季微塑料丰度显著高于春季（F=9.503, P < 0.01）, 刮食者夏季微塑料丰度显著低于春季（F=5.227, P < 0.05）, 其余功能摄食类群微塑料丰度季节性差异不显著. 在按质量计时, 春季收集者的微塑料丰度显著高于其他摄食类群（P < 0.01）, 其次是捕食者（F=4.789, P < 0.05）, 滤食者和收集者夏季微塑料丰度显著高于春季（F=4.758, P < 0.047；F=22.39, P < 0.05）, 其余功能摄食类群微塑料丰度季节性差异不显著.
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图 5 大型底栖动物各功能摄食类群微塑料丰度箱线图 Fig. 5 Box-plots of microplastics abundance in different functional feeding groups of the benthic macroinvertebrates |
将大型底栖动物体内的微塑料以及表层水和沉积物样本微塑料按照其特征占比（种类、颜色和尺寸）进行相关性分析, 分析结果如图 6所示. 所有大型底栖动物体内微塑料特征与环境介质微塑料特征具有显著的相关性, 其中, 沉积物与生物体微塑料种类和尺寸显著相关（P < 0.01）, 表层水和生物体微塑料颜色显著相关（P < 0.01）.
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*表示P < 0.05, **表示P < 0.01 图 6 大型底栖动物与不同环境介质微塑料形态占比相关性分析 Fig. 6 Correlation analysis of the proportion of microplastic characteristics in different environmental media and the benthic macroinvertebrates |
DCA分析结果显示春季和夏季大型底栖动物功能摄食类群微塑料丰度数据的第1梯度轴长分别为0.85和1.26, 均小于3, 选择线性模型拟合效果更好, 因此分别对两个季度黄柏河大型底栖动物功能摄食类群微塑料丰度（以个体计）与环境因子进行RDA分析[39], 环境因子包括：表层水微塑料丰度（WA）、沉积物微塑料丰度（SA）、流速（v）、水温（WT）、水深（Dep）和pH, 不同环境因子对底栖动物功能摄食类群微塑料丰度的影响不同, RDA分析结果如图 7所示.
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蓝色箭头表示生物体微塑料丰度；红色箭头表示环境因子 图 7 大型底栖生物各功能摄食类群微塑料丰度与环境因子RDA分析 Fig. 7 RDA analysis between microplastics abundance in each functional feeding group of the benthic macroinvertebrates and environmental factors |
春季所有环境变量能够解释93.33%底栖动物功能摄食类群微塑料丰度的差异, 其中滤食者微塑料丰度与表层水微塑料丰度（WA）显著正相关, 撕食者微塑料丰度与流速（v）显著正相关, 捕食者微塑料丰度与水温（WT）显著负相关, 刮食者微塑料丰度与水深（Dep）正相关.
夏季所有环境变量能够解释95.50%底栖动物功能摄食类群微塑料丰度的差异, 其中滤食者微塑料丰度与表层水微塑料丰度（WA）显著正相关, 撕食者微塑料丰度与沉积物微塑料丰度（SA）显著正相关.
相关性分析结果表明, 在春季和夏季中, 有的功能摄食类群微塑料丰度与环境因子存在持续的相关性, 例如滤食者微塑料丰度在春季和夏季都与表层水微塑料丰度（WA）显著相关, 相反, 撕食者微塑料丰度在不同季节与不同的环境因子存在相关性. 此外, 收集者微塑料丰度无论是春季或是夏季与环境因子没有显著相关性.
3 讨论 3.1 环境介质的微塑料污染特征研究区域表层水微塑料丰度具有显著的时空差异, 春季平水期水体微塑料丰度分布表现为：下游 > 上游 > 中游, 下游河段靠近城市集水区建设有污水处理厂. 相关研究表明污水处理厂是水环境中微塑料的重要来源之一[40], 同时也在污水处理厂排水口样点处检测到较高丰度的微塑料存在, 这可能是导致下游地区微塑料污染较严重的直接原因, 且由于下游河段受到葛洲坝的回水顶托作用影响[41], 间接导致了微塑料污染的淤积. 同时, 上游西支河段贯穿磷矿富产区域（《宜昌市黄柏河流域保护条例》）, 矿业开采活动已被证实会通过矿井通风渗漏等方式加剧开采区域附近地下、地表水以及大气的微塑料污染[42]. 另一方面, 通过实地调查发现部分矿区公路紧邻河道且交通运输负荷较大, 车辆轮胎磨损产生的微塑料碎片结合路面积尘随着降雨排水可能直接进入河道水体[43], 因此HB04样点水体中会检测到更多的碎片状微塑料[图 3（a）].上游东支样点靠近分乡镇和黄花镇, 周围人口密度较大, 较强的人为活动影响是导致水体微塑料丰度较高的主要因素[44]. 中游样点位于东西两支流的交汇处, 汇流导致水量增大, 从而稀释了水体微塑料的丰度. 夏季丰水期研究区域降水量增加, 促使城市区域大量微塑料通过地表径流[45]进入到水体, 导致中下游城市集水区附近的样点水体微塑料丰度以及彩色微塑料占比增加[图 2（a）和3（c）]. 值得注意的是, 上游支流河道宽度较窄, 导致水体流速增大, 进而促进了上游河段微塑料污染的稀释和迁移[46]. 河道形态对环境介质微塑料污染水平的间接影响也在沉积物数据上体现, 研究区域沉积物微塑料丰度在春季平水期表现为：上游 > 中游 > 下游. 黄柏河河道平均坡度为3.76‰（数据来源：宜昌市水利和湖泊局）, 较平坡度使得平水期河道整体流速缓慢, 有利于水体中的微塑料颗粒沉降和积累；此外, 对于受人类活动影响较大的上游和下游河段来说, 下游河道为了承担部分调蓄雨洪的任务而逐渐加宽, 相较于城市集水区的外源微塑料污染的沉降, 水体的稀释作用可能占据主导地位, 因此下游河段的表层沉积物微塑料水平比中、上游更低. 由图 3（f）可知, 沉积物以小尺寸微塑料为主, 且在夏季数量占比显著降低, 这可能是因为丰水期河道整体流速增大, 减小了上覆水对沉积物的压力以及可能在沉积物表层发生湍流[47], 从而促使小尺寸微塑料产生再悬浮[48]. 然而, 上游迁移的微塑料与城市集水区汇入的微塑料在下游处聚集, 流速突然降低有利于大尺寸微塑料的沉降可能是导致夏季下游沉积物污染水平相较于春季升高的主要原因[图 2（b）和3（f）]. 此外, 从微塑料的形态特征整体来看, 纤维和薄膜微塑料来源于衣物和农业生产等途径, 且由于柔软的物理性质以及较大的比表面积, 使这两类微塑料更易悬浮在表层水中[44]. 与前人研究结果相同[49], 在位于城市集水区的下游河段, 表层水中彩色微塑料占比相较于其他河段更高[图 3（c）], 日常生活用品、化妆品和运输包装可能是城市区域彩色和黑色微塑料的主要来源, 而沉积物中的微塑料种类和颜色时空分布特征相比于水体更为均匀, 这可能是由于沉积物反映的是微塑料长期积累水平[50].
3.2 大型底栖动物功能摄食类群微塑料赋存特征如表 2所示, 研究区域内大型底栖动物样本体内微塑料检出率为100%. 以本研究区域内大型底栖动物优势物种[41]为例, 从微塑料平均丰度来看, 黄柏河研究区域内秀丽白虾、铜锈环棱螺和河蚬微塑料污染水平略低于同期长江中下游流域同种大型底栖动物微塑料污染水平[38, 51~53]. 此外, 不同物种体内的微塑料丰度差异无法仅通过简单的物种分类群来解释, 如表 2所示, 在两种统计单位下, 同属昆虫纲的鱼蛉和角石蛾微塑料平均丰度具有显著差异（P < 0.01）；处于相对较高营养级的龙虱与杂食性生物溪蟹按照个体计算有相似的微塑料丰度. 大型底栖动物各功能摄食类群微塑料丰度分布特征如图 5所示, 微塑料丰度在按个体计时, 各类群间差异性不显著（P > 0.05）, 与类似研究[54]不同, 单个类群的微塑料高度积累效应并不明显, 撕食者类群以虾和蟹为主, 各自有相似的总微塑料摄入量, 但虾由于生物量比蟹高, 使其和蟹的个体微塑料丰度存在差异（表 2）, 进而导致撕食者个体微塑料平均丰度虽然相对最高[图 4（c）], 但整体看来相较于其他类群差异并不显著. 收集者和捕食者以昆虫纲生物居多, 由于其活动和摄食范围较大, 微塑料的摄入来源可能更为广泛[23], 因此收集者和捕食者的个体微塑料平均丰度较高[图 4（c）]；此外, 收集者和捕食者微塑料丰度在按照质量计时显著高于其他类群[图 5（b）], 这可能是由于昆虫纲生物个体质量普遍很小[35], 与之相反, 撕食者中溪蟹因其较大的个体质量导致撕食者微塑料平均丰度在按质量计时相对最小[图 4（c）和4（d）], 因此, 不同物种的个体质量差异可能会对微塑料丰度统计结果产生显著影响. 值得注意的是, 如图 4（a）和4（c）所示, 研究区域内刮食者生物量最多, 但其个体微塑料平均丰度最低, 对于滤食者和撕食者来说有相同趋势, 不同类群生物的微塑料丰度随着生物量的增加而减少, Zhang等[55]在胶州湾的研究中也报道了类似的观察结果, 而本研究中撕食者和捕食者微塑料的摄入可能受到其摄食能力的影响而没有明显符合这一趋势. 此外, 夏季滤食者生物量相比于春季没有明显变化[图 4（b）], 但整体微塑料丰度却有显著增加[图 5（a）]；刮食者夏季生物量和个体微塑料丰度均显著减小, 这可能是不同季节的环境变化产生的间接影响.
从微塑料的形态特征来看, 在大多数底栖动物体内检测到的微塑料类型以纤维为主, 纤维微塑料主要由人类日常生活物品分解而来[56], 又由于其纤细柔软的物理性质导致其易在水环境中迁移, 容易导致水生生物误食. 如表 2所示, 以河蚬和闪蚬为代表的滤食者相较于其他类群摄入了更多的纤维微塑料；以甲壳纲生物为代表的撕食者摄食碎片状的粗颗粒有机物, 在进食时将食物撕碎[51]的习惯使该类群更易误食碎片微塑料. 从微塑料的尺寸来看, 本研究中底栖动物微塑料尺寸分布和沉积物有显著的相关性, 生物体内的微塑料尺寸大多 < 500 μm, 一方面是由于底栖动物可能有选择性地摄入尺寸较小的食物[17], 另一方面则是因为大多数底栖动物以表层沉积物为主要栖息地, 而沉积物中以尺寸 < 500 μm和 > 1 000 μm的微塑料占主导, 且沉积物小尺寸微塑料在水动力条件改变时可能会再悬浮, 使得底栖动物有更大摄入微塑料的可能性. 此外, 表 2数据显示滤食者和刮食者体内存在尺寸 > 1 000 μm的微塑料, 这可能是由于底栖动物摄食过程中环境微塑料的意外摄入；而撕食者体内 > 1 000 μm微塑料则可能是来源于进食时大塑料被撕碎分解而成的较大碎片[57], 大型底栖动物摄食习性的不同可能也会影响其吸收微塑料的形态特征. 从颜色上来看, 黑色和彩色是表层水中微塑料的主要颜色, 而这些颜色也在底栖动物群落中占较高比例, 底栖动物摄入微塑料的颜色可能取决于周围环境中存在的微塑料颜色[58], 尽管底栖动物对摄入微塑料的颜色可能没有显著的偏好, 但与周围环境相比颜色更鲜艳且能够在水体中漂浮的微塑料可能更容易被底栖动物误认为食物摄入[25]. 从整体来看, 在底栖生物经历较长的生长发育周期后[59], 体内摄入的微塑料与其所处水体或沉积物中微塑料的特征占比具有一致性（图 6）, 相关性分析结果证实了生物体内与环境介质的微塑料存在密切关联. 此外, 生物体的进食行为和习惯在一定程度上会调节其摄入微塑料的量, 但摄食类群微塑料丰度的差异显示不同采样点的环境变化可能是影响大型底栖动物摄入微塑料的潜在因素.
3.3 环境因素对大型底栖动物功能摄食类群微塑料丰度影响环境因子可能直接或间接影响大型底栖动物体内的微塑料丰度[25], 滤食者微塑料丰度在春季和夏季均与表层水微塑料丰度正相关（图 7）, 滤食者主要过滤摄食水和沉积物中的碎屑和颗粒[60], 进食方式较为单一, 很容易误食环境中的微塑料, 由于夏季水体微塑料丰度增加导致其体内的微塑料丰度显著高于春季, 体现出其体内的微塑料丰度可能受水体微塑料丰度的直接影响, 相关室内研究也表明, 在高丰度的微塑料污染暴露下贻贝对微塑料的吸收率有所增加[61]；撕食者微塑料丰度在春季与流速正相关, 在夏季与沉积物微塑料丰度正相关, 这可能是由于表层沉积物是撕食者主要生活和摄食场所[62], 丰水期径流量增加, 促进了沉积物中微塑料的释放, 从而增加了撕食者摄入微塑料的可能性. 此外, 沉积物中的微塑料再悬浮导致撕食者体内的微塑料丰度变化现象在春季更为明显, 具体表现为在水体流速较大的样点撕食者体内具有更高的微塑料丰度；刮食者以腹足纲生物为主, 以附石藻类及部分沉水物质为食[60], 在春季其体内的微塑料丰度与水深正相关, 这可能是由于自上游向下游河道水深逐渐增加, 且春季水体流速较缓, 导致水体中较大尺寸（> 1 mm）的微塑料容易沉积[63]并附着在生长于河床底质的藻类和沉水物质上, 进而被刮食者摄入, 表 2中刮食者体内的部分大尺寸微塑料存在也验证了这一解释. 相反, 刮食者主要分布在研究区域内的中、上游点位, 尽管夏季刮食者类群生物量减少, 但丰水期河道水力学条件的改变影响了微塑料的沉降, 减少了刮食者接触和摄入微塑料的机会[55], 进而使其体内微塑料丰度较春季相比更低（图 5）. 捕食者微塑料丰度在春季与水温呈负相关, 其主要食物来源是捕食其他的底栖动物, 随着水温升高, 捕食对象的活动能力增强[64], 导致捕食者的摄食效率减弱, 从而使体内微塑料积累水平降低. 本研究未发现影响收集者体内微塑料丰度的环境因子, 一方面可能是由于收集者为杂食动物, 活动范围和摄食对象较为广泛, 另一方面由于采集到的收集者物种和样本数量有限导致其分析结果不显著. 此外, 与Ding等[65]研究结果相同, 本研究发现以双壳纲生物为代表的滤食者体内微塑料丰度和种类分布特征与其所处水环境间具有相似性, 能够有效反映水环境的微塑料污染程度. 此物种特异性进一步表明了河蚬和闪蚬等双壳纲生物可以考虑作为该研究区域微塑料污染情况的生物监测和指示物种.
通过大型底栖动物功能摄食类群微塑料丰度与环境因子相关性分析可以看出, 环境因素会在大型底栖动物自身摄食习性的基础上间接影响其对微塑料的摄入水平. 大型底栖动物体内的微塑料分布和积累特征是摄食习性和外界生存环境影响所共同决定的, 其对微塑料进入底栖生物群落影响作用水平还需进一步定量化深入研究. 结合研究结果发现, 环境介质以及水生生物群落中微塑料的赋存受到多种因素的复杂作用, 包括人为活动影响以及河道形态变化对水力学条件的改变等, 对于同黄柏河类似受人为活动影响较大的自然河流来说, 合理的管制例如污水处理厂等微塑料排放点源、阻挡城市面源微塑料污染进入水体以及大范围开展生物监测活动可能是从源头减少微塑料污染进入水环境以及水生食物网潜在风险的有效举措.
4 结论（1）黄柏河研究区域表层水微塑料平均丰度为：（7.03±5.01）n·L-1（春季）, （7.63±4.27）n·L-1（夏季）, 种类以纤维为主, 颜色主要为黑色, 尺寸大多为100~1 000 μm；沉积物微塑料平均丰度为：（1.46±0.88）n·g-1（春季）、（1.48±0.28）n·g-1（夏季）, 种类以纤维和碎片为主, 颜色主要为黑色和彩色, 尺寸大多为100~1 000 μm；季节变化对表层水和沉积物微塑料丰度产生了显著影响.
（2）大型底栖动物体内微塑料平均丰度为：（1.99±1.25）n·ind-1和（20.45±20.57）n·g-1（春季）, （1.93±1.38）n·ind-1和（24.93±32.10）n·g-1（夏季）；微塑料种类以纤维为主, 颜色主要为黑色和彩色, 尺寸大多小于500 μm；生物体与环境微塑料特征具有显著相关性.
（3）生物体吸收的微塑料形态特征与其摄食习惯有关, 总体而言, 滤食者摄入较多的小尺寸纤维状微塑料；刮食者摄入较多大尺寸纤维状微塑料；撕食者摄入更多的大尺寸碎片状微塑料.
（4）大型底栖动物微塑料污染水平受到生物因素和非生物因素的共同影响, 滤食者体内微塑料丰度在春季和夏季均与表层水微塑料丰度呈正相关, 撕食者微塑料丰度在春季与流速呈正相关, 在夏季与沉积物微塑料丰度呈正相关；捕食者微塑料丰度在春季与水温呈负相关, 刮食者微塑料丰度在春季与水深呈正相关.
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