微塑料对农田土壤微生物群落及功能的影响

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微塑料普遍存在于农田土壤中,尽管人们对微塑料在环境中的研究越来越多,但是有关微塑料对农田土壤微生物群落和微生物碳氮循环的报道还很少。为了评估微塑料对农田土壤微生物群落组成和功能的影响,本研究向稻田土壤中添加了0.3%(质量百分比)和1%两种浓度的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)和聚乳酸(PLA)微塑料(MPs),模拟微塑料对水稻土壤微环境的影响,分别在处理的0天、10天、20天取上覆水和沉积泥,上覆水检测氮代谢过程,沉积泥用来分析微塑料对微生物群落结构及相关的影响。微塑料对土壤微生物群落的影响:在物种群落分析中PET、PVC、PLA三种微塑料与对照组之间的物种分布显著不同,不同种类微塑料对物种的影响表现不一致。Alpha指数显示PLA MPs处理组与对照组相比有显著性差异(p-value<0.05),而PET和PVC MPs处理组与对照组无显著性差异(p-value>0.05);在三种微塑料处理组之间,PLA MPs处理组与PET、PVC MPs处理组有显著差异(p-value<0.01、p-value<0.05)。Beta分析同样表明PLA与其他塑料处理组间存在差异,且不同浓度组及处理时间对微生物影响也较大。微塑料对土壤微生物碳循环的影响:与有机碳降解相关的功能基因mnp、chi A及Bacillus属微生物丰度变化研究结果表明,PET MPs、PVC MPs和PLA MPs处理在短时间内会加速有机碳降解,长时间处理会抑制有机碳降解;三种MPs通过影响碳固定功能基因(acc A和pcc A)拷贝数及泉古菌门的丰度对土壤碳固定作用会产生较复杂的影响;对甲烷代谢功能基因Mcr A、pmo A和mmo X丰度变化研究表明,三种MPs处理在短时间内会加速甲烷的生成和甲烷氧化,随着实验时间的延长而抑制甲烷的生成和甲烷氧化。微塑料对土壤微生物氮循环的影响:在NH4+的代谢过程中,三种塑料通过影响NH2OH形成基因amo A、有机氮形成基因gdh的丰度及Thiobacillus、Bradyrhizobium、Anaeromyxobacter、Geobacter and Desulfobacca属的微生物丰度影响代谢过程;在NO3-代谢中,微塑料通过影响nir S和nir K基因丰度及Nitrospirae属丰度影响代谢;由于NO2-在样品中含量低且样品中nir S和nir K基因丰度高,因此NO2-代谢受微塑料影响不大。本研究结果表明,添加微塑料可能对农田土壤中的氮循环具有抑制作用,并且可降解微塑料的影响可能大于其不可降解的对应物。而现今微塑料污染日益严重,其对全球生态系统和生物地球化学循环的影响值得进行更深入的研究。
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