微塑料在陆地土壤生态系统中的不断积累已引发广泛关注，然而关于微塑料对土壤生物地球化学循环过程和生态系统功能潜在影响的研究仍较为有限。基于此，中国科学院东北地理与农业生态研究所湿地生物与环境研究团队利用土壤微宇宙培养实验，考察了3种不同聚合物类型(低密度聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸)微塑料添加条件下土壤化学性质、DOM分子特征、温室气体排放动态和微生物群落结构的变化特征，并评估了不同微塑料对土壤生态系统多功能性的差异性影响。 结果表明，不同类型的微塑料添加均显著提高了土壤的碳养分与pH，但对土壤氮养分与DOM的化学多样性的影响存在差异。三种微塑料添加均有效抑制了土壤CO2的累计排放量，其中低密度聚乙烯与聚丙烯添加能够显著抑制土壤N2O排放，降低全球增温潜势。DOM荧光特性、土壤化学性质和微生物多样性指数是解释温室气体排放的关键指标。
图1 不同处理下土壤CO2、CH4和N2O的累积排放量及全球变暖潜势
图2 土壤CO2、CH4和N2O排放的潜在驱动因素分析
微塑料对土壤生态系统多功能性的影响取决于其聚合物类型和添加剂量，而土壤TOC、pH、DOM的A240/A420和A250/A365指数以及CO2排放是评估微塑料对土壤生态系统多功能性影响的重要指标。
图3 不同微塑料对土壤生态系统多功能性的影响
图4 不同微塑料对土壤生态系统多功能性影响的结构方程模型
研究结果揭示了微塑料对土壤碳氮循环、微生物群落结构和生态系统多功能性的深远影响。相关论文发表于生态环境领域国际重要SCI期刊Journal of Hazardous Materials。本研究主要由湿地生物与环境学科组博士研究生张之钰、王文锋研究员和武海涛研究员等共同完成。研究得到了吉林省科技发展计划项目(20230101348JC)、国家自然科学基金(42371090)、中国科学院战略先导项目(XDA28100304.28020201)以及中国科学院东北地理与农业生态研究所青年科学家小组项目(2023QNXZ05)等项目的共同资助。
论文信息：
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.
