東北地理所在可降解微塑料誘導(dǎo)激發(fā)效應(yīng)研究中取得新進(jìn)展
土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大碳庫，其微小波動(dòng)會(huì)顯著影響大氣CO?濃度。微塑料污染已成為全球性環(huán)境問題，微塑料主要通過污水灌溉、農(nóng)膜殘留、有機(jī)肥施用等途徑不斷進(jìn)入深層土壤。可降解微塑料在農(nóng)田大量使用，與不可降解微塑料在土壤中長期持久不同，可降解微塑料是一種碳源，在土壤中可通過激發(fā)效應(yīng)增加或減少土壤有機(jī)碳礦化。然而，可降解微塑料及其降解產(chǎn)物對(duì)土壤有機(jī)碳的影響，此前尚不完全清楚。因此，揭示可降解微塑料在土壤中的轉(zhuǎn)化過程及其對(duì)有機(jī)碳礦化的調(diào)控機(jī)制，已成為準(zhǔn)確評(píng)估微塑料污染下土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)的關(guān)鍵科學(xué)問題。
研究發(fā)現(xiàn)，相比于未添加微塑料的土壤，高可降解性的聚羥基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoate; PHA)通過增加其分解釋放的可溶性有機(jī)碳來促進(jìn)微生物生長，從而通過正激發(fā)效應(yīng)顯著增加土壤有機(jī)碳的礦化，增幅為462–1198 mg CO?-C kg?1 soil(圖1)。相比之下，低可降解性的聚乳酸(polylactic acid; PLA)則通過吸附固持土壤中的可溶性有機(jī)碳，降低土壤碳的有效性，使土壤有機(jī)碳礦化量減少149–268 mg CO?-C kg?1 soil(圖1)。
圖1 可降解微塑料輸入土壤中的瞬時(shí)和累積激發(fā)效應(yīng)
深層土壤中土壤有機(jī)碳、總氮、土壤碳氮比、可溶性有機(jī)碳和微生物生物量碳均低于表層土壤，而深層土壤的pH則高于表層土壤(圖2)。隨機(jī)森林模型進(jìn)一步揭示，土壤可溶性有機(jī)碳是調(diào)控激發(fā)效應(yīng)的最關(guān)鍵因子，而總氮是次要調(diào)控因子(圖2)。
圖2 土壤理化性質(zhì)對(duì)激發(fā)效應(yīng)的關(guān)鍵變量（隨機(jī)森林模型）
研究還發(fā)現(xiàn)，真菌主要通過酶介導(dǎo)的養(yǎng)分挖掘過程，將微塑料來源的可溶性有機(jī)碳作為碳源和能量來源，這是驅(qū)動(dòng)強(qiáng)烈正激發(fā)效應(yīng)的主要機(jī)制；而細(xì)菌則通過對(duì)微塑料來源可溶性有機(jī)碳的優(yōu)先吸收和同化，促進(jìn)微生物殘?bào)w的積累，從而通過微生物和礦物碳泵減弱激發(fā)效應(yīng)的強(qiáng)度(圖3)。
圖3 可降解微塑料輸入對(duì)土壤激發(fā)效應(yīng)影響的概念機(jī)制
該研究發(fā)現(xiàn)突顯了土壤碳的有效性(尤其是可溶性有機(jī)碳)在調(diào)控微塑料誘導(dǎo)激發(fā)效應(yīng)中的關(guān)鍵作用，為應(yīng)對(duì)微塑料污染威脅提供了重要見解。深入理解這一調(diào)控機(jī)制，有助于更準(zhǔn)確地預(yù)測微塑料影響下土壤碳庫的動(dòng)態(tài)變化，并為制定針對(duì)性的土壤健康管理與微塑料污染防控策略奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。
該研究首次揭示了可降解微塑料來源的可溶性有機(jī)碳如何通過調(diào)控微生物群落結(jié)構(gòu)，對(duì)不同土層的土壤有機(jī)碳礦化產(chǎn)生差異化影響，為評(píng)估可降解微塑料污染的土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)提供了全新視角。以上成果來自中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所李祿軍研究員團(tuán)隊(duì)。相關(guān)論文以"Microplastic-derived dissolved organic carbon affects soil organic carbon mineralization through shifts in microbial community composition"為題，發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Soil Biology and Biochemistry上。論文第一作者為中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所在讀博士生董宏鑫，通訊作者為李祿軍研究員。合作者還包括中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所張士秀研究員，付巖梅、何朋助理研究員，以及北京大學(xué)朱彪教授。該研究得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院國際伙伴計(jì)劃以及吉林省自然科學(xué)基金的聯(lián)合資助。
論文信息：Dong, H., Zhang, S., Fu, Y., He, P., Zhu, B., Li, L.J., 2026. Microplastic-derived dissolved organic carbon affects soil organic carbon mineralization through shifts in microbial community composition. Soil Biology and Biochemistry, 219, 110185.
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2026.110185
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