東北地理所在植物調控微塑料生態(tài)效應研究中取得新進展
微塑料在土壤中持續(xù)積累，對養(yǎng)分循環(huán)、植物生長和微生物代謝產生重要影響。植物作為連接土壤養(yǎng)分轉化與微生物活動的重要紐帶，可以通過調控根際資源分配和微環(huán)境條件參與土壤過程，影響微塑料的生態(tài)效應。東北地理所濕地生物與環(huán)境學科組圍繞植物調控微塑料生態(tài)效應開展系統(tǒng)研究，揭示了不同生態(tài)系統(tǒng)中植物對微塑料污染條件下土壤碳氮循環(huán)的調節(jié)作用。
研究人員基于室內微宇宙培養(yǎng)實驗，系統(tǒng)比較了有蘆葦與無蘆葦條件下聚丙烯微塑料（PP MPs）對濕地土壤生態(tài)系統(tǒng)碳氮周轉過程的差異性影響。結果發(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。在蘆葦存在條件下，PP MPs對土壤細菌群落結構的擾動相對較弱，但顯著影響碳固定和氮轉化等關鍵功能途徑；而在無蘆葦條件下，PP MPs則對土壤養(yǎng)分、酶活性及微生物群落結構產生更為明顯的影響，且響應模式存在顯著差異。進一步分析表明，濕地植物能夠通過調節(jié)根際微環(huán)境并增強微生物群落穩(wěn)定性，提高土壤對微塑料擾動的緩沖能力。
圖1 PP MPs對濕地土壤碳代謝的影響
此外，研究人員比較了有無玉米種植條件下可降解聚乳酸微塑料（PLA MPs）對農田土壤生態(tài)過程的擾動效應。結果發(fā)現(xiàn)，PLA MPs顯著影響土壤碳氮養(yǎng)分供給格局、土壤團聚體組成及微生物功能過程，但其生態(tài)效應在不同種植條件下表現(xiàn)出明顯差異。在無植物條件下，PLA MPs整體上促進了土壤微生物碳氮代謝；而在玉米種植條件下，這種促進效應明顯減弱，部分指標甚至呈現(xiàn)相反變化。進一步分析表明，作物根際過程以及植物與微生物之間的養(yǎng)分競爭，是調控PLA MPs生態(tài)效應的重要機制。
圖2 結構方程模型解釋PLA MPs對農田土壤碳氮代謝影響的關鍵路徑
綜合上述研究結果表明，植物是調控微塑料生態(tài)效應的重要生物因子，在不同生態(tài)系統(tǒng)中通過影響根際環(huán)境和微生物過程，顯著改變微塑料對土壤碳氮循環(huán)及生態(tài)功能的作用路徑。這些研究成果加深了對微塑料在濕地與農田等不同生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)效應差異的認識，為科學評估微塑料生態(tài)風險、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依據(jù)。
相關研究成果發(fā)表在國際期刊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。研究得到國家重點研發(fā)計劃（2024YFD1501400）、國家自然科學基金（42371090）、吉林省自然科學基金（20250101048JJ）和研究所青年科學家小組項目（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.
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