東北地理所在可降解微塑料誘導(dǎo)激發(fā)效應(yīng)研究中取得進(jìn)展
土壤微塑料(MPs)污染是一個(gè)全球性的生態(tài)環(huán)境威脅。雖然生物可降解塑料是不可降解塑料良好的替代品，但土壤中的生物可降解MPs是一種碳源，可能增加或減少土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)礦化，即激發(fā)效應(yīng)。土壤氮的有效性是調(diào)控土壤有機(jī)質(zhì)激發(fā)效應(yīng)的重要因子，由于大多數(shù)生物可降解MPs不含氮素，其輸入到土壤后微生物生長和代謝所需氮素主要來自土壤。但土壤氮素有效性對可降解MPs誘導(dǎo)礦化作用的研究鮮見報(bào)道。
近日，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)在European Journal of Soil Science雜志在線發(fā)表題為“Nitrogen availability governs priming effect induced by biodegradable microplastics through microbial life-strategies”的研究論文，解析了土壤氮的有效性如何通過調(diào)控微生物生活策略影響MPs誘導(dǎo)的激發(fā)效應(yīng)。
研究表明，具有較高降解性的聚羥基脂肪酸酯(PHA)誘導(dǎo)激發(fā)效應(yīng)的范圍為200 %~250 %,?而降解性較低的聚乳酸(PLA)誘導(dǎo)激發(fā)效應(yīng)范圍為-22 %~-5 %（圖1），這種差異源于PHA更易降解為小分子有機(jī)化合物，為微生物提供充足碳和能量。相反，PLA的緩慢降解可以通過形成“plastisphere”抑制SOM分解，有助于提升SOM穩(wěn)定性。
圖1 可降解微塑料(MPs)在土壤中的累積激發(fā)效應(yīng)
另外，相比于沒有氮輸入土壤，礦質(zhì)氮輸入(1.50,0.75,0.50,0.30 mg N g-1 soil)普遍降低了MPs誘導(dǎo)的激發(fā)效應(yīng)(圖2)，主要是由于礦質(zhì)氮輸入限制了K-策略微生物(酸桿菌門和擔(dān)子菌門)對礦質(zhì)氮的挖掘。礦質(zhì)氮對MPs誘導(dǎo)激發(fā)效應(yīng)的抑制作用隨MPs碳和礦質(zhì)氮的C/N比的增加而增加，主要是由于適宜的添加物C/N（C/N=10）滿足了r-策略微生物(變形菌門和子囊菌門)對碳和氮的需求。r-策略微生物的快速生長同時(shí)增加了SOM和MPs的礦化。同時(shí)r-策略微生物的代謝產(chǎn)物和殘?bào)w也可以通過交互喂養(yǎng)，促進(jìn)K-策略微生物的生長，從而緩解氮輸入對其的限制。
圖2 添加物不同C/N (MPs/礦質(zhì)氮)條件下，MPs誘導(dǎo)土壤有機(jī)質(zhì)分解對礦質(zhì)氮輸入響應(yīng)的平均效應(yīng)(RR + +)
研究認(rèn)為，r-和K-策略微生物共同驅(qū)動了MPs誘導(dǎo)激發(fā)效應(yīng)的強(qiáng)度和方向(圖3)，該影響取決于土壤氮素有效性。總之，土壤養(yǎng)分狀況對SOM礦化的調(diào)控作用在預(yù)測MPs影響土壤碳循環(huán)時(shí)應(yīng)加以考慮。
圖3 氮素有效性調(diào)控微塑料誘導(dǎo)土壤有機(jī)質(zhì)激發(fā)效應(yīng)的概念圖
東北地理所在讀博士生董宏鑫為論文第一作者，李祿軍研究員為論文通訊作者，其他合作者還包括特別研究助理何朋、劉明慧（已出站），德國哥廷根大學(xué)Yakov Kuzyakov教授。本研究受到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(U23A6001和 42277350)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2022YFD1500305)、中國科學(xué)院國際合作項(xiàng)目(131323KYSB20210004)、黑龍江省杰出青年科學(xué)基金(JQ2021C004)等項(xiàng)目的資助。
論文信息：Dong,H.,He,P.,Liu,M.,Kuzyakov,Y.,Li,L.J.,2025. Nitrogen availability governs priming effect induced by biodegradable microplastics through microbial life-strategies. European Journal of Soil Science 76(4),e70170.
論文鏈接：https://doi.org/10.1111/ejss.70170.
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