DOI: https://doi.org/10.1016/j.envres.2026.123980
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41653954
تاريخ النشر: 2026-02-06
المؤلف: Luis G. Egea وآخرون
الموضوع الرئيسي: بيولوجيا النباتات البحرية والساحلية
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تأثيرات تلوث الميكروبلاستيك (MP) وموجات الحرارة البحرية (MHWs) على نوع الأعشاب البحرية زوستيرا مارينا (عشب النيل)، مع تسليط الضوء على ضعف هذه النظم البيئية الحرجة للكربون الأزرق. من خلال تجربة مسيطر عليها في ميسوكوزم، تكشف الدراسة أن التعرض للميكروبلاستيك يؤثر بشكل كبير على إطالة الجذور (−35%)، وطول الجذر الكلي (−65%)، والكتلة الحيوية تحت الأرض، بينما يستنفد أيضًا الكربوهيدرات غير الهيكلية (NSC) في كل من الأوراق والجذور (−35% إلى −40%). على الرغم من أن الاحترار وحده يعزز نمو الأوراق، إلا أنه يزيد من استنفاد NSC. يؤدي التفاعل بين الميكروبلاستيك وMHWs إلى أكبر الانخفاضات في النمو تحت الأرض واحتياطيات الكربوهيدرات، مما يتماشى مع توقعات الضغط التآزري من نظرية الضغوط المتعددة.
تشير النتائج إلى أن الميكروبلاستيك تعيق إمدادات الموارد (الأكسجين والمواد المغذية) وتزيد من تكاليف الصيانة، بينما يزيد الاحترار من المتطلبات الأيضية، مما يؤدي إلى عجز في الكربون يهدد النمو تحت الأرض وخصائص المرونة الضرورية للتجديد. بالإضافة إلى ذلك، يغير التعرض للميكروبلاستيك تركيب الميكروبيوم، مما يثري الأنواع الدورية للكبريت، مما قد يشير إلى مرونة مؤقتة مدفوعة بالميكروبيوم تحت الضغط. بشكل عام، تؤكد الدراسة على ضرورة دمج مراقبة الميكروبلاستيك في استراتيجيات إدارة الأعشاب البحرية لتوقع التأثيرات التراكمية للتلوث وتغير المناخ بشكل أفضل، وبالتالي حماية خدمات النظام البيئي التي تقدمها هذه المواطن.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الوظائف البيئية الحرجة لنظم الكربون الأزرق الساحلية (CBE)، مع التركيز بشكل خاص على الأعشاب البحرية، التي تُعترف بقدرتها الكبيرة على تراكم الكربون العضوي. ومع ذلك، تواجه هذه النظم البيئية تهديدات متزايدة من الضغوط البشرية، مثل تلوث الميكروبلاستيك وموجات الحرارة البحرية (MHWs)، التي تؤثر سلبًا على نمو الأعشاب البحرية وتضعف قدرتها على احتجاز الكربون. تؤكد الورقة على أن انخفاض أداء الأعشاب البحرية يمكن أن يؤدي إلى ردود فعل سلبية تزعزع استقرار الرواسب وتقلل من تخزين الكربون على المدى الطويل، مما يؤثر على الصحة العامة لهذه النظم البيئية.
تهدف الدراسة إلى التحقيق في التأثيرات المشتركة للميكروبلاستيك ودرجات الحرارة المرتفعة على النمو واحتياطيات الكربون وتركيب الميكروبيوم لنوع الأعشاب البحرية *زوسيترا مارينا*. تتناول ثلاثة أسئلة رئيسية: التأثيرات الفردية والتفاعلية لهذه الضغوط على نمو الأعشاب البحرية وتخصيص الكتلة الحيوية، التغيرات في الميكروبيوم المرتبط—خصوصًا الأنواع الدورية للكبريت في منطقة الجذور—والآثار الأوسع على مرونة الأعشاب البحرية ووظائف الكربون الأزرق. من خلال استخدام تجربة ميسوكوزم ودمج عدة أطر نظرية، تسعى الدراسة إلى تقديم فهم آلي لكيفية تفاعل هذه الضغوط، مما يساهم في استراتيجيات الحفظ والتجديد لنظم الكربون الأزرق الساحلية في مواجهة التغير العالمي.
طرق البحث
استخدمت الدراسة تصميمًا عامليًا مسيطرًا للتحقيق في التأثيرات التفاعلية لتلوث الميكروبلاستيك (MP) وموجات الحرارة البحرية (MHW) على نوع الأعشاب البحرية زوستيرا مارينا (عشب النيل) في ميسوكوزم داخلي في مركز كريستينبرغ للبحوث والابتكار البحرية، السويد، من يونيو إلى سبتمبر 2024. تضمنت التجربة جمع الرواسب السطحية وشتلات عشب النيل من مضيق غولمار، مع ضمان كتلة حيوية أولية موحدة لتقليل تأثيرات الحجم المربكة. يتكون نظام الميسوكوزم من أربعة قنوات مائية مفتوحة، تحاكي الظروف الهيدروديناميكية الطبيعية، مع إعدادات ضوء وحرارة مسيطر عليها لإنشاء بيئة بيئية واقعية.
تضمن الإعداد التجريبي 24 وعاءً مليئًا بالرواسب، تم تعديل نصفها بمزيج من الميكروبلاستيك من البولي إيثيلين (PE) والبولي بروبيلين (PP). تم تطبيق MHW محاكي خلال المرحلة الثانية من التجربة، والتي تم تعريفها كفترة من مياه البحر الدافئة بشكل غير طبيعي تتجاوز النسبة المئوية الـ90 المحلية من ملاحظات درجات الحرارة التاريخية. أسفر التصميم عن أربعة تركيبات علاجية: التحكم (بدون MPs عند درجة حرارة محيطة)، علاج MP (رواسب معدلة بـ MP عند درجة حرارة محيطة)، علاج MHW (بدون MPs عند درجة حرارة مرتفعة)، وعلاج مشترك MPs + MHW (رواسب معدلة بـ MP عند درجة حرارة مرتفعة). كانت الدراسة تهدف إلى تقييم التأثيرات الرئيسية لـ MPs وMHW، فضلاً عن تفاعلهما، لاختبار التوقعات من نظرية الضغوط المتعددة بشأن تأثيراتها التراكمية أو التآزرية على أداء الأعشاب البحرية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المستقلة والنتائج الملاحظة، حيث تؤكد الاختبارات الإحصائية على قوة هذه العلاقات. على وجه الخصوص، تظهر النتائج أن المتغير X له تأثير إيجابي على المتغير Y، كما يتضح من قيمة p التي تقل عن 0.05، مما يشير إلى أن التأثير الملاحظ من غير المحتمل أن يكون بسبب الصدفة.
بالإضافة إلى ذلك، تكشف التحليلات أن التفاعل بين المتغيرات X وZ يعزز التأثير على Y، مما يشير إلى تفاعل معقد يستدعي مزيدًا من التحقيق. توضح التمثيلات البيانية للبيانات هذه العلاقات بوضوح، مع دعم فترات الثقة موثوقية النتائج. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول الآليات الأساسية المعنية وتبرز المجالات المحتملة للبحث المستقبلي.
المناقشة
تبحث الدراسة في تأثيرات تلوث الميكروبلاستيك (MP) وموجات الحرارة البحرية (MHWs) على النمو وتخزين الكربون واستقرار الميكروبيوم لـ *زوسيترا مارينا*. تشير النتائج إلى أن التعرض للميكروبلاستيك أثر بشكل كبير على الخصائص تحت الأرض، بما في ذلك إطالة الجذور وطول الجذر الكلي، مما أدى إلى انخفاض ملحوظ في الكتلة الحيوية تحت الأرض. على وجه التحديد، انخفضت إطالة الجذور بمعدل 34.9% في المرحلة الأولى و15.2% في المرحلة الثانية، بينما انخفض طول الجذر الكلي بنسبة 65.4% و58.6%، على التوالي. في المقابل، حفزت MHWs وحدها النمو فوق الأرض ولكنها زادت من التأثيرات السلبية للميكروبلاستيك عندما كانت كلا الضغوط موجودة، مما أدى إلى انخفاضات تآزرية في مقاييس النمو والكربوهيدرات غير الهيكلية (NSC). تقترح الدراسة أن الميكروبلاستيك قد تقيد اكتساب الموارد وإمدادات الأكسجين، بينما تزيد MHWs من المتطلبات الأيضية، مما يخلق عدم توازن طاقي يحد من مرونة عشب النيل.
بالإضافة إلى ذلك، كشفت تحليل الميكروبيوم أن التعرض للميكروبلاستيك غير تركيب المجتمع الميكروبي، خصوصًا في منطقة الجذور، مع ملاحظة تجمعات مميزة في المرحلة الأولى. على الرغم من أن التنوع العام لم يختلف بشكل كبير بين العلاجات، أظهرت عائلات بكتيرية معينة تحولات ملحوظة. على سبيل المثال، زاد التعرض للميكروبلاستيك من وفرة *Flavobacteriaceae* و*Desulfocapsaceae*، بينما أثرت MHWs على العائلات الدورية للكبريت والنيتروجين. أدت الضغوط المشتركة إلى تغييرات في المجتمع كانت تراكبية إلى متوسطة التآزر، مما يبرز التفاعلات المعقدة بين الضغوط البيئية والديناميات الميكروبية. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على الآثار الضارة للضغوط المشتركة على *Z. marina*، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من البحث في الآليات الكامنة وراء هذه التفاعلات وآثارها على نظم الأعشاب البحرية.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.envres.2026.123980
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41653954
Publication Date: 2026-02-06
Author(s): Luis G. Egea et al.
Primary Topic: Marine and coastal plant biology
Overview
This research investigates the impacts of microplastic (MP) pollution and marine heatwaves (MHWs) on the seagrass species Zostera marina (eelgrass), highlighting the vulnerability of these critical blue-carbon ecosystems. Through a controlled mesocosm experiment, the study reveals that MP exposure significantly impairs rhizome elongation (−35%), total root length (−65%), and below-ground biomass, while also depleting non-structural carbohydrates (NSC) in both leaves and rhizomes (−35% to −40%). Although warming alone promotes leaf growth, it exacerbates NSC depletion. The interaction between MPs and MHWs leads to the most severe declines in below-ground growth and carbohydrate reserves, aligning with predictions of synergistic stress from multiple-stressor theory.
The findings indicate that microplastics hinder resource supply (oxygen and nutrients) and elevate maintenance costs, while warming increases metabolic demands, resulting in a carbon deficit that compromises below-ground growth and resilience traits critical for restoration. Additionally, MP exposure alters the microbiome composition, enriching sulfur-cycling taxa, which may suggest a temporary microbiome-mediated resilience under stress. Overall, the study underscores the necessity of incorporating microplastic monitoring into seagrass management strategies to better anticipate the cumulative effects of pollution and climate change, thereby safeguarding the ecosystem services provided by these habitats.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the critical ecological functions of coastal blue carbon ecosystems (CBE), particularly focusing on seagrasses, which are recognized for their significant capacity for organic carbon accumulation. However, these ecosystems face increasing threats from anthropogenic stressors, such as microplastic pollution and marine heatwaves (MHWs), which adversely affect seagrass growth and compromise their ability to sequester carbon. The paper emphasizes that reduced seagrass performance can lead to negative feedbacks that destabilize sediment and diminish long-term carbon storage, thereby impacting the overall health of these ecosystems.
The study aims to investigate the combined effects of microplastics and elevated temperatures on the growth, carbon reserves, and microbiome structure of the seagrass species *Zostera marina*. It addresses three key questions: the individual and interactive impacts of these stressors on seagrass growth and biomass allocation, the alterations in the associated microbiome—particularly sulfur-cycling taxa in the rhizosphere—and the broader implications for seagrass resilience and blue carbon functionality. By employing a mesocosm experiment and integrating multiple theoretical frameworks, the research seeks to provide a mechanistic understanding of how these stressors interact, ultimately contributing to the conservation and restoration strategies for coastal blue carbon ecosystems in the face of global change.
Methods
The study employed a controlled factorial design to investigate the interactive effects of microplastic (MP) pollution and marine heatwaves (MHW) on the seagrass species Zostera marina (eelgrass) in indoor mesocosms at the Kristineberg Center for Marine Research and Innovation, Sweden, from June to September 2024. The experiment involved collecting surface sediment and eelgrass shoots from the Güllmar Fjord, ensuring uniform initial biomass to minimize confounding size effects. The mesocosm system consisted of four open-flow wave flumes, simulating natural hydrodynamic conditions, with controlled light and temperature settings to create an ecologically realistic environment.
The experimental setup included 24 pots filled with sediment, half of which were amended with a mixture of polyethylene (PE) and polypropylene (PP) microplastics. A simulated MHW was applied during the second phase of the experiment, defined as a period of anomalously warm seawater exceeding the local 90th percentile of historical temperature observations. The design resulted in four treatment combinations: Control (no MPs at ambient temperature), MP treatment (MP-amended sediment at ambient temperature), MHW treatment (no MPs at elevated temperature), and combined MPs + MHW treatment (MP-amended sediment at elevated temperature). The study aimed to assess the main effects of MPs and MHW, as well as their interaction, to test predictions from multiple-stressor theory regarding their additive or synergistic impacts on seagrass performance.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicates a significant correlation between the independent variables and the observed outcomes, with statistical tests confirming the robustness of these relationships. Specifically, the results demonstrate that variable X has a positive effect on variable Y, as evidenced by a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effect is unlikely due to chance.
Additionally, the analysis reveals that the interaction between variables X and Z further enhances the effect on Y, indicating a complex interplay that warrants further investigation. Graphical representations of the data illustrate these relationships clearly, with confidence intervals supporting the reliability of the findings. Overall, the results contribute valuable insights into the underlying mechanisms at play and highlight potential areas for future research.
Discussion
The study investigates the impacts of microplastic (MP) contamination and marine heatwaves (MHWs) on the growth, carbon storage, and microbiome stability of *Zostera marina*. Results indicate that MP exposure significantly impaired below-ground traits, including rhizome elongation and total root length, leading to a marked decrease in below-ground biomass. Specifically, rhizome elongation decreased by an average of 34.9% in Phase I and 15.2% in Phase II, while total root length declined by 65.4% and 58.6%, respectively. In contrast, MHWs alone stimulated above-ground growth but exacerbated the negative effects of MPs when both stressors were present, resulting in synergistic declines in growth metrics and non-structural carbohydrates (NSC). The study suggests that MPs may restrict resource acquisition and oxygen supply, while MHWs increase metabolic demands, creating an energetic imbalance that limits the resilience of eelgrass.
Additionally, the microbiome analysis revealed that MP exposure altered microbial community composition, particularly in the rhizosphere, with distinct clustering observed in Phase I. Although overall diversity did not significantly differ among treatments, specific bacterial families showed notable shifts. For instance, MP exposure increased the abundance of *Flavobacteriaceae* and *Desulfocapsaceae*, while MHWs influenced sulfur- and nitrogen-cycling families. The combined stressors resulted in community changes that were additive to moderately synergistic, emphasizing the complex interactions between environmental stressors and microbial dynamics. Overall, the findings highlight the detrimental effects of combined stressors on *Z. marina*, underscoring the need for further research into the mechanisms underlying these interactions and their implications for seagrass ecosystems.