東北地理所在微塑料對(duì)土壤碳氮循環(huán)及生態(tài)系統(tǒng)多功能性影響方面取得進(jìn)展
微塑料在陸地土壤生態(tài)系統(tǒng)中的不斷積累已引發(fā)廣泛關(guān)注，然而關(guān)于微塑料對(duì)土壤生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程和生態(tài)系統(tǒng)功能潛在影響的研究仍較為有限。基于此，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所濕地生物與環(huán)境研究團(tuán)隊(duì)利用土壤微宇宙培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，考察了3種不同聚合物類型（低密度聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸）微塑料添加條件下土壤化學(xué)性質(zhì)、DOM分子特征、溫室氣體排放動(dòng)態(tài)和微生物群落結(jié)構(gòu)的變化特征，并評(píng)估了不同微塑料對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)多功能性的差異性影響。
結(jié)果表明，不同類型的微塑料添加均顯著提高了土壤的碳養(yǎng)分與pH，但對(duì)土壤氮養(yǎng)分與DOM的化學(xué)多樣性的影響存在差異。三種微塑料添加均有效抑制了土壤CO2的累計(jì)排放量，其中低密度聚乙烯與聚丙烯添加能夠顯著抑制土壤N2O排放，降低全球增溫潛勢(shì)。DOM熒光特性、土壤化學(xué)性質(zhì)和微生物多樣性指數(shù)是解釋溫室氣體排放的關(guān)鍵指標(biāo)。
圖1 不同處理下土壤CO2、CH4和N2O的累積排放量及全球變暖潛勢(shì)
圖2 土壤CO2、CH4和N2O排放的潛在驅(qū)動(dòng)因素分析
微塑料對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)多功能性的影響取決于其聚合物類型和添加劑量，而土壤TOC、pH、DOM的A240/A420和A250/A365指數(shù)以及CO2排放是評(píng)估微塑料對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)多功能性影響的重要指標(biāo)。
圖3 不同微塑料對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)多功能性的影響
圖4 不同微塑料對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)多功能性影響的結(jié)構(gòu)方程模型
研究結(jié)果揭示了微塑料對(duì)土壤碳氮循環(huán)、微生物群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)多功能性的深遠(yuǎn)影響。相關(guān)論文發(fā)表于生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域國(guó)際重要SCI期刊Journal of Hazardous Materials。本研究主要由濕地生物與環(huán)境學(xué)科組博士研究生張之鈺、王文鋒研究員和武海濤研究員等共同完成。研究得到了吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(20230101348JC)、國(guó)家自然科學(xué)基金（42371090）、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)項(xiàng)目（XDA28100304，28020201）以及中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所青年科學(xué)家小組項(xiàng)目（2023QNXZ05）等項(xiàng)目的共同資助。
論文信息：
Zhang,Z.,Shi,J.,Yao,X.,Wang,W*.,Zhang,Z.,Wu,H*.,2024. Comparative evaluation of the impacts of different microplastics on greenhouse gas emissions,microbial community structure,and ecosystem multifunctionality in paddy soil. Journal of Hazardous Materials,135958.
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