文章信息
第一作者：马小芳
通讯作者：单军 研究员，季荣 教授
通讯单位：南京大学，中国科学院南京土壤研究所
https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135758
亮点
• 研究了农膜源微塑料对旱地土壤呼吸和反硝化的影响和机制。• 阐明了农膜源微塑料中存在的增塑剂在影响土壤呼吸和反硝化中的作用。
• 纯PVC和PE聚合物微塑料对土壤呼吸和气态氮排放没有影响。
• 含有高浓度增塑剂的PVC棚膜微塑料刺激了土壤呼吸，提高了土壤的反硝化潜势。
研究进展
农用塑料薄膜是农业生态系统中微塑料的主要来源，进入土壤中的微塑料会通过改变土壤的物理性质（例如容重、孔隙度和团聚体稳定性）间接影响土壤反硝化过程。许多研究采用定量PCR和宏基因组学等分子技术来研究微塑料暴露下土壤的反硝化功能基因和微生物群落的变化，然而，反硝化微生物的丰度并不能准确反映实际反硝化速率。量化微塑料影响下土壤反硝化的气态产物（包括N2、N2O和NO）排放速率对深入了解微塑料的环境影响至关重要。此外，对农膜源微塑料中含有的增塑剂如何影响农田土壤氮循环的认识仍然有限，探究增塑剂在影响土壤反硝化中的作用有利于进一步明晰微塑料环境效应的控制因素。本研究通过自动连续流培养系统（RoFlow），将PE地膜和PVC棚膜微塑料暴露的菜地土壤培养了66天，直接量化了好氧条件下反硝化气体产物（N2、N2O和NO）排放量，以及缺氧条件下的反硝化潜势速率，并监测了土壤理化性质和微生物群落的变化。旨在探究：（i）农膜源微塑料对旱地土壤呼吸和反硝化的影响和机制；（ii）微塑料中存在的增塑剂在影响土壤呼吸和反硝化中的作用。
研究结果显示，微塑料对土壤呼吸和硝态氮还原的影响与微塑料中增塑剂的含量密切相关。含有高浓度增塑剂的PVC棚膜微塑料显著降低了土壤的硝态氮含量，其中微生物同化还原比反硝化异化还原在硝态氮损失中起更重要的作用。PVC棚膜微塑料中增塑剂的存在显著改变了土壤的细菌群落组成，增加了反硝化菌的丰度，提高了土壤的反硝化潜势。此外，PVC棚膜微塑料暴露通过增塑剂矿化以及刺激土壤有机质分解增加了土壤二氧化碳排放。本研究深化了对农用薄膜来源微塑料环境影响的认识，特别强调了增塑剂对旱地土壤氮转化过程的干扰。