Journal of Hazardous Materials: 城市環境研究所在微塑膠對土壤溫室氣體排放的影響方面取得進展

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中國科學院城市環境研究所姚槐應研究組採用微宇宙培養試驗，評估了聚乙烯微塑膠對我國水稻土溫室氣體排放的影響，基於高通量定量PCR技術測定編碼碳氮轉化酶有關的微生物功能基因丰度，闡明瞭微塑膠影響土壤溫室氣體產生和排放的微生物驅動機制。相關成果發表於

Journal of Hazardous Materials

（

IF

=10。588）。

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。

doi： 10。1016/j。jhazmat。2022。128721

Highlights

Polyethylene （PE） microplastic （MP） did not affect CO

2

emissions from paddy soils。

PE MP addition substantially increased N

2

O emission from paddy soils。

PE MP increased the microbial functional genes involved in nitrite reductase （

nirS

）。

Abstract

The accumulation of microplastics （MPs） in

terrestrial ecosystems

can affect greenhouse gases （GHGs） production by changing

soil structure

and microbial functions。 In this study， microcosm experiments were conducted to investigate the impact of

polyethylene

（PE） MP addition on

soil carbon

dioxide （CO

2

） and

nitrous oxide

（N

2

O） emissions from

paddy soils

and their associated microbial functional genes。 Methane was not considered due to the negligible emissions throughout the incubation。 The amendment of both virgin and aged PE MPs did not significantly （

p

> 0。05） affect soil CO

2

emissions， but significantly （

p

< 0。05） increased the abundances of microbial functional genes encoding enzymes involved in hemicellulose （

abfA

） and lignin （

mnp

） decomposition， indicating plastic particle has potential to stimulate soil

organic carbon

decomposition。 The presence of PE MP significantly increased N

2

O emissions by 3。7-fold， which was probably due to PE MP increased the abundances of

nirS

gene involved in nitrite reductase。 In addition， compared with virgin PE MP treatment， artificially aged PE MP did not significantly （

p

> 0。05） influence soil CO

2

and N

2

O emissions。 Our results provide evidence that PE MP likely cause a high risk of N

2

O emission from paddy soils， this factor should be considered in future estimates of

GHGs emissions

from

rice fields

。

微塑膠是指粒徑小於5 mm的塑膠碎片或顆粒，其比表面積大，吸附有機汙染物和重金屬能力強，是環境生態學研究領域廣泛關注的新型環境汙染物。農田土壤可能是全球最大的微塑膠載體。地膜覆蓋、汙泥農用和再生水灌溉等管理方式向土壤環境中輸入大量塑膠源，經破碎和分解後轉化為微塑膠儲存在土壤環境中，對土壤生態系統健康的影響不容忽視。

微塑膠進入到土壤後易與團聚體結合，增加土壤透氣性，提升土壤微生物和酶活性，促使有機碳分解並向大氣釋放CO

2

，降低土壤的固碳潛力。與此同時，微塑膠性質相對穩定且不含氮素，與農田土壤N

2

O產生沒有直接關係。但微塑膠可改變土壤結構影響硝化和反硝化微生物活性，間接影響土壤N

2

O的產生和釋放。然而，微塑膠對土壤溫室氣體的影響研究較少，亟需闡明微塑膠對土壤溫室氣體產生的影響機制。此外，微塑膠通常是在自然環境中老化產生的次生微塑膠，其表面會產生裂縫和生成大量含氧官能團，對土壤理化性質及微生物的作用不同於原生微塑膠。但當前大部分研究針對原生微塑膠對土壤微生物及碳氮轉化的影響，不能代表微塑膠對土壤溫室氣體產生的實際影響。

微塑膠對土壤碳氮迴圈的影響尚不清楚，該研究發現了微塑膠對我國不同水稻土溫室氣體產生和排放影響的微生物驅動機制。研究發現：（1） 微塑膠在短時期內對土壤CO

2

排放沒有顯著影響，但增加了編碼半纖維素（

abfA

）和木質素（

mnp

）轉化酶的微生物功能基因丰度，具有促進土壤有機碳分解的潛力；（2） 微塑膠增加了編碼亞硝酸鹽還原酶（

nirS

）的功能基因丰度，可能是造成土壤N

2

O排放量顯著增加3。7倍的關鍵微生物驅動機制；（3） 相對於普通微塑膠，人工老化微塑膠未顯著影響土壤CO

2

和N

2

O排放量，未來需要從自然環境中提取自然老化的微塑膠，準確評估微塑膠對土壤溫室氣體產生和排放的“真實”影響。

本研究結果表明，聚乙烯微塑膠可能促進水稻土N

2

O產生和排放，未來評估稻田土壤溫室氣體排放過程中需要將該因素考慮進來。