摘要：近日，武汉工程大学环境生态与生物工程学院姚槐应教授团队围绕微塑料生态环境效应开展了深入研究，相关成果以“Elevated salinity amplifies polyethylene microplastic-induced soil nitrous oxi

第一作者：林诗英

通讯作者：俞永祥，姚槐应

通讯单位：武汉工程大学环境生态与生物工程学院，长江中游生源要素微生物转化与调控湖北省重点实验室

论文DOI：10.1016/j.jhazmat.2025.139688

图文摘要

成果简介

近日，武汉工程大学环境生态与生物工程学院姚槐应教授团队围绕微塑料生态环境效应开展了深入研究，相关成果以“Elevated salinity amplifies polyethylene microplastic-induced soil nitrous oxide emissions”为题发表在环境领域期刊Journal of Hazardous Materials。该研究聚焦盐分与微塑料交互作用对不同耕作年限水稻土氧化亚氮释放量的影响，并分析了潜在的微生物驱动机制，提出盐分提升会加剧微塑料污染土壤氧化亚氮释放量，而且这一效应在开垦年限较低的土壤更为明显。该发现为微塑料生态环境效应评估提供了重要数据支撑，也为滨海盐渍化土壤温室气体减排提供了新思路。

引言

微塑料作为一种新型污染物，在陆地生态系统土壤中广泛分布。由于其比表面积大、吸附能力强，微塑料可通过改变土壤理化性质与微生物活性，进而对土壤生物地球化学循环过程产生重要影响。在滨海农田生态系统中，土壤盐渍化是一项突出的环境问题。与此同时，人类活动（如灌溉、农膜使用和膜肥施用）导致土壤中微塑料不断累积，使得微塑料与盐分可能产生显著的交互效应，共同影响土壤氮循环过程，尤其是氧化亚氮（N2O）的排放。此外，这种影响还可能受到耕作年限的调控：随着耕作年限增加，土壤盐分逐渐减轻，微生物群落结构也趋于稳定。然而，现有研究多集中于微塑料对N2O排放的单一影响，往往忽略了微塑料与盐分复合作用对土壤N2O排放的综合效应。本研究以我国滨海稻田土壤为对象，结合室内培养实验、高通量定量PCR和测序技术，系统揭示了盐分与微塑料交互作用对不同耕作年限土壤N2O排放的微生物驱动机制。

研究发现，微塑料显著提高了不同耕作年限土壤的N2O排放速率，其影响程度因耕作年限和土壤盐分含量而异（图1）。微塑料、盐分及其交互作用对耕作年限不超过15年的土壤N2O累积排放量具有显著影响。在0.2%和0.6%盐分条件下，微塑料使开垦3年土壤的N2O总排放量分别增加了9.0 μg N kg-1和46.9 μg N kg-1；而在耕作15年土壤中，相应增量分别达到150.3 μg N kg-1和422.9 μg N kg-1。对于长期开垦（40年）的土壤，微塑料使N2O总排放量增加了1194.9–1410.7 μg N kg-1；而且在0.6%盐分条件下，微塑料对N2O排放的促进作用随时间推移并未出现减弱趋势，其影响显著高于0.2%盐分条件。

所有土壤中均检测到与N2O转化相关的微生物功能基因，包括参与氮矿化（gdhA）、硝化（amoA1、amoA2、amoB）以及反硝化过程（nirS1、nirS2和nosZ2）的基因（图2）。盐分与微塑料对这些基因的单独及交互作用均受土壤耕作年限的调控，具体表现为：微塑料显著提高了大部分处理下氨氧化古菌功能基因（amoA1）和amoB的丰度，但其与盐分的交互作用未达到显著水平；在0.2%盐分水平下，微塑料显著提高了氨氧化细菌（amoA2）基因的相对丰度，但在0.6%盐分水平下该效应消失；微塑料对耕作3年土壤中nirS1和nirS2基因无显著影响，但在耕作≥15年的土壤中显著提高了这些基因的丰度；此外，在耕作≥15年土壤中，盐分与微塑料分别对nirS2和nirS1基因表现出显著的交互效应。

在土壤中检测到三种硝化微生物（Nitrospira、Nitrosospira和Nitrosomonas）、八种反硝化微生物（Thauera、Schlesneria、Rhodoplane、Opitutus、Methylosarcina、Jeotgalibacillus、Ensifer和Azoarcus）以及两个同时具有硝化和反硝化功能的细菌（Thermodesulfovibrio和Nitrobacter）（图3）。其中Azoarcus、Opitutus和Nitrospira在所有土壤中均占据主导地位，而且Azoarcus和Nitrospira的相对丰度呈现相反的耕作年限依赖模式：Azoarcus在耕作3年土壤中的丰度高于≥15年土壤，而Nitrospira则表现出相反的趋势。在耕作3年土壤中，微塑料使0.2%和0.6%盐分土壤中Azoarcus的相对丰度分别显著增加了48.1%和38.0%，但在≥15年土壤中未观察到该效应。

在所有处理中，N2O排放量的对数转换值与氨氧化古菌功能基因（amoA1）以及Nitrosomonas和Thermodesulfovibrio的相对丰度均呈正线性相关（图4）；但与其他参数，包括土壤化学性质（DOC、NH4+和NO3-含量）、编码氮矿化（gdhA）、硝化（amoA2和amoB）及反硝化（nirS1、nirS2和nosZ2）的微生物功能基因，以及大多数硝化和反硝化细菌没有显著相关性。

小结

本研究结果表明，聚乙烯微塑料会促进土壤N2O排放，而盐分的增加会使得该效应增强。在耕作年限≤15年的土壤中，微塑料与盐分对N2O累积排放量存在显著的交互作用；在耕作40年的土壤中该交互效应不显著，但在培养后期阶段盐分确实进一步提升了微塑料影响下的土壤N2O排放速率。值得注意的是，N2O排放量与硝化相关基因amoA、Nitrosomonas和Thermodesulfovibrio呈正相关，表明这些微生物可能在调控N2O产生的过程中发挥重要作用。总之，土壤盐渍化可能加剧微塑料污染土壤中N2O高排放的风险，尤其在刚开垦的农田。因此，建议采用微塑料截留技术或者在滨海农田开垦初期避免使用聚合物包膜肥料，从而减少塑料颗粒的输入。此外，在同时面临盐度胁迫与微塑料污染的农田，应采取施用硝化抑制剂或反硝化抑制剂等措施以降低N2O排放。

作者介绍

第一作者：林诗英，武汉工程大学环境生态与生物工程学院在读硕士研究生。主要研究方向为微塑料介导下的土壤碳氮循环过程。目前以第一/共同作者身份在Journal of Hazardous Materials发表SCI论文2篇。

通讯作者：俞永祥，武汉工程大学环境生态与生物工程学院副教授，联系方式：yxyu@wit.edu.cn

通讯作者：姚槐应，武汉工程大学环境生态与生物工程学院教授，联系方式：hyyao@iue.ac.cn

来源：新浪财经