湿地是最具生产力的生态系统之一，也是卤代有机污染物（HOPs）的重要蓄积库，开展HOPs在湿地生态系统的生物富集及放大过程研究是科学评估其潜在生态风险的重要内容。由于摄食关系的不确定性和复杂性，目前关于HOPs沿食物链放大研究局限于单一水生或陆生的简单食物链，对于湿地这种水陆交互的复杂生态系统中HOPs通过食物网的营养传递研究基本处于空白。
近期中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室麦碧娴研究员团队博士生江逸野与曾艳红副研究员等，突破野外复杂食物网中生物营养级表征难的瓶颈，建立了一种准确表征食物来源多元化的水陆复杂食物网结构的方法，进一步分析了华南一湿地环境中复杂食物网组成，揭示该食物网中典型HOPs的生物富集及传递机制。
研究团队针对现有的TP量化模型难以有效表征野外食物网中同时存在多种初级生产者且摄食关系复杂的生物的营养等级的问题，本研究联合特征脂肪酸食源分析模型（QFASA模型）、贝叶斯混合稳定同位素食源分析模型（simmr模型）和单体氨基酸氮稳定同位素营养等级量化模型（AAs-N-CSIA模型）开发了能够同时解决以上问题的TP量化方法（TPmix模型），模型公式如下所示：
其中：pi为目标消费者的食源组成（%），消费者与消费者间的pi由QFASA食源分析模型计算所得，消费者与初级生产者之间的的pi由simmr食源分析模型计算所得。βsimmr-i为第i种类初级生产参数，TDFi为第i种类消费者参数。
研究发现基于TPmix模型所量化的生物TP符合食物网中生物相互摄食的自然情况，很好的解决了应用传统模型计算野外生物TP时出现食物链倒置或者TP为负值的问题。营养级放大因子（TMF）的可靠性分析（相关性（R2）和显著性（p））结果显示，相比生物放大研究中的三种已有的模型方法（bulk-N-SIA模型、AAs-N-CSIA模型和simmr加权βGlu/Phe模型），TPmix模型显著提高了TMF的可靠性（图1），以上结果表明TPmix模型能够为研究HOPs在水陆交互的复杂食物网中的生物放大过程提供更准确的数据。
图 1 基于TPmix模型和三种传统模型所计算的TMF的可靠性比较
野外应用研究发现，目标湿地生态系统中主要由三条营养传递路径（翠鸟、螃蟹和蛙类食物链）组成（图2a），HOPs在不同营养传递路径的食物网中的生物放大能力显著不同，且TMFmix大小依次为TMFmix-翠鸟（0.2~82.0），MFmix-两栖动物（蛙类）（0.1~34.0）和TMFmix-螃蟹（0.6~11.7）。TMFmix（0.1~82.0）显著大于TMFbulk（0.2~4.6）（p≤0.01），表明过去常用的TMFbulk可能严重低估了HOPs在复杂食物网中的生物放大能力。此外，两栖动物（蛙类）食物网中lg TMFmix与log KOW的相关关系（开口向上的抛物线）与翠鸟和螃蟹食物网中lg TMFmix与log KOW的相关关系（开口向下的抛物线）存在显著差异，可能与HOPs在水生生物和陆生生物的差异性富集以及消费者差异性暴露途径有关（图2b）。
图 2（a）典型湿地食物网中三个主要的营养传递路径和（b）不同营养传递路径下HOPs的TMFmix和log KOW及HOPs的水陆贡献和log KOA的相关关系
该研究得到国家自然科学基金重点项目（41931290）、面上项目（42277242和41977306）和广东省省级科技计划项目（2020B1212060053和 2023B1212060049）等项目的资助。相关研究工作先后发表在《Science of the Total Environment》和《Environmental Science & Technology》上。
论文信息：
"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* (曾艳红), Ruifeng Lu (卢锐锋), Kelan Guang (管克兰), Xuemeng Qi (齐雪蒙), Qunjie Feng (冯群杰), Ling Long (龙玲), Yanting Zhang (张艳婷), Xiaobo Zheng (郑晓波), Xiaojun Luo (罗孝俊) and Bixian Mai (麦碧娴) (2023). Environmental Science & Technology.
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"Application of amino acids nitrogen stable isotopic analysis in bioaccumulation studies of pollutants: A review" Yiye Jiang (江逸野), Yanhong Zeng* (曾艳红), Ruifeng Lu (卢锐锋), Yanting Zhang (张艳婷), Ling Long (龙玲), Xiaobo Zheng (郑晓波), Xiaojun Luo (罗孝俊) and Bixian Mai (麦碧娴) (2023). Science of the Total Environment.
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