顆粒在線訊：微塑料通常指粒徑小于5mm的塑料纖維、碎片或顆粒等，其廣泛分布與急劇增加已成為全球性環(huán)境污染熱點(diǎn)問(wèn)題。農(nóng)用地膜是陸地生態(tài)系統(tǒng)微塑料污染的重要來(lái)源之一，微塑料長(zhǎng)期殘留累積于土壤中，必然擾動(dòng)微生物介導(dǎo)的土壤養(yǎng)分循環(huán)過(guò)程，進(jìn)而影響土壤質(zhì)量與作物健康。然而，黑土氮循環(huán)關(guān)鍵功能微生物對(duì)微塑料殘留的響應(yīng)機(jī)制尚不清晰。

　　為此，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究人員基于室內(nèi)微宇宙模擬培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)體系，將傳統(tǒng)（聚乙烯，PE-MP）和生物可降解（聚乳酸-己二酸對(duì)苯二甲酸丁二醇酯，BMP）微塑料添加至黑土樣品中，于培養(yǎng)結(jié)束時(shí)（90天）開(kāi)展微生物組宏基因組測(cè)序，研究土壤與微塑料圈中氮循環(huán)相關(guān)功能微生物對(duì)微塑料殘留的響應(yīng)特征。

　　研究表明，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)BMP的比表面積、孔容孔徑均明顯大于PE-MP，同時(shí)BMP表面可發(fā)現(xiàn)大量微生物附著。BMP殘留而不是PE-MP顯著改變土壤氮循環(huán)相關(guān)功能微生物群落。微塑料圈中氮代謝功能類群與土壤中也存在顯著分異，微塑料圈促進(jìn)了氮降解、氮固定和同化硝酸鹽還原過(guò)程，但抑制了硝化和反硝化過(guò)程，其中BMP微塑料圈引起更為顯著的改變（圖1）。

　　BMP與PE-MP微塑料圈中氮代謝關(guān)鍵微生物組成也存在明顯差異，變形菌在BMP上顯著富集而PE-MP微塑料圈增加了放線菌豐度，其中Ramlibacter主導(dǎo)了BMP與PE-MP微塑料圈中多條氮代謝差異途徑，BMP殘留增加土壤中Ramlibacter豐度的同時(shí)刺激該菌在微塑料圈中的進(jìn)一步富集。該研究利用宏基因組binning技術(shù)拼接獲得29個(gè)高質(zhì)量基因組，均分類為變形菌和放線菌，其中bin115.bin53和bin26都分類為Ramlibacter，這3個(gè)新型物種基因組（ANI<95%）含有調(diào)控氮降解、氮固定和同化硝酸鹽還原代謝路徑的多個(gè)拷貝基因，這些代謝路徑共同指向于銨態(tài)氮的生成。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，BMP微塑料圈中的微生物物種調(diào)控氮代謝合成自身所需氮素的同時(shí)，通過(guò)攜帶的氨轉(zhuǎn)移基因，可將微塑料圈中的有效氮素轉(zhuǎn)運(yùn)到土壤中，通過(guò)測(cè)定土壤中銨態(tài)氮的含量發(fā)現(xiàn)，BMP殘留土壤中的銨態(tài)氮含量的確高于CK和PE-MP土壤，進(jìn)而驗(yàn)證了微生物基因組氮代謝機(jī)制（圖2）。該研究揭示出生物可降解地膜源微塑料較傳統(tǒng)地膜促進(jìn)土壤有效氮素累積，為推進(jìn)傳統(tǒng)地膜的減量與替代提供了微生物學(xué)理論依據(jù)。

　　研究成果近期發(fā)表在Journal of Hazardous materials上。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)和黑龍江省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。

圖1 微塑料殘留改變土壤和微塑料圈中微塑料氮循環(huán)代謝過(guò)程

圖2 BMP微塑料圈中氮代謝關(guān)鍵微生物調(diào)控路徑