東北地理所在植物調(diào)控微塑料生態(tài)效應(yīng)研究中取得新進(jìn)展
微塑料在土壤中持續(xù)積累，對(duì)養(yǎng)分循環(huán)、植物生長(zhǎng)和微生物代謝產(chǎn)生重要影響。植物作為連接土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與微生物活動(dòng)的重要紐帶，可以通過(guò)調(diào)控根際資源分配和微環(huán)境條件參與土壤過(guò)程，影響微塑料的生態(tài)效應(yīng)。東北地理所濕地生物與環(huán)境學(xué)科組圍繞植物調(diào)控微塑料生態(tài)效應(yīng)開(kāi)展系統(tǒng)研究，揭示了不同生態(tài)系統(tǒng)中植物對(duì)微塑料污染條件下土壤碳氮循環(huán)的調(diào)節(jié)作用。
研究人員基于室內(nèi)微宇宙培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)比較了有蘆葦與無(wú)蘆葦條件下聚丙烯微塑料（PP MPs）對(duì)濕地土壤生態(tài)系統(tǒng)碳氮周轉(zhuǎn)過(guò)程的差異性影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PP MPs在不同植被條件下表現(xiàn)出顯著差異的生態(tài)效應(yīng)。在蘆葦存在條件下，PP MPs對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)相對(duì)較弱，但顯著影響碳固定和氮轉(zhuǎn)化等關(guān)鍵功能途徑；而在無(wú)蘆葦條件下，PP MPs則對(duì)土壤養(yǎng)分、酶活性及微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生更為明顯的影響，且響應(yīng)模式存在顯著差異。進(jìn)一步分析表明，濕地植物能夠通過(guò)調(diào)節(jié)根際微環(huán)境并增強(qiáng)微生物群落穩(wěn)定性，提高土壤對(duì)微塑料擾動(dòng)的緩沖能力。
圖1 PP MPs對(duì)濕地土壤碳代謝的影響
此外，研究人員比較了有無(wú)玉米種植條件下可降解聚乳酸微塑料（PLA MPs）對(duì)農(nóng)田土壤生態(tài)過(guò)程的擾動(dòng)效應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PLA MPs顯著影響土壤碳氮養(yǎng)分供給格局、土壤團(tuán)聚體組成及微生物功能過(guò)程，但其生態(tài)效應(yīng)在不同種植條件下表現(xiàn)出明顯差異。在無(wú)植物條件下，PLA MPs整體上促進(jìn)了土壤微生物碳氮代謝；而在玉米種植條件下，這種促進(jìn)效應(yīng)明顯減弱，部分指標(biāo)甚至呈現(xiàn)相反變化。進(jìn)一步分析表明，作物根際過(guò)程以及植物與微生物之間的養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)，是調(diào)控PLA MPs生態(tài)效應(yīng)的重要機(jī)制。
圖2 結(jié)構(gòu)方程模型解釋PLA MPs對(duì)農(nóng)田土壤碳氮代謝影響的關(guān)鍵路徑
綜合上述研究結(jié)果表明，植物是調(diào)控微塑料生態(tài)效應(yīng)的重要生物因子，在不同生態(tài)系統(tǒng)中通過(guò)影響根際環(huán)境和微生物過(guò)程，顯著改變微塑料對(duì)土壤碳氮循環(huán)及生態(tài)功能的作用路徑。這些研究成果加深了對(duì)微塑料在濕地與農(nóng)田等不同生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)效應(yīng)差異的認(rèn)識(shí)，為科學(xué)評(píng)估微塑料生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、制定合理管理策略以及保障土壤生態(tài)安全提供了重要的科學(xué)依據(jù)。
相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際期刊Journal of Hazardous Materials上。研究由博士研究生張之鈺（第一作者）、碩士研究生高潔（第一作者）和王文鋒研究員（通訊作者）等共同完成。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2024YFD1501400）、國(guó)家自然科學(xué)基金（42371090）、吉林省自然科學(xué)基金（20250101048JJ）和研究所青年科學(xué)家小組項(xiàng)目（2023QNXZ05）的共同資助。
論文信息如下：
Zhiyu Zhang, Jie Gao, En Guan, Xiaochen Yao, Wenfeng Wang*, Zhongsheng Zhang, Haitao Wu. Reeds (Phragmites australis) modulate the impacts of microplastics on carbon and nitrogen metabolisms in wetland soil. Journal of Hazardous Materials, 2026, 501: 140948. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.140948.
Jie Gao, En Guan, Zhiyu Zhang, Lichao Fan*, Jinxia Xia, Yuyi Yang, Wenfeng Wang*. Plant presence fundamentally alters soil microbial and biogeochemical responses to polylactic acid microplastics: Evidence from unplanted vs. maize-planted microcosms. Journal of Hazardous Materials, 2026, 508: 141958. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.141958.
附件下載：
吉公網(wǎng)安備22017302000214號(hào)
