【摘要】 本研究探讨了微塑料（MPs）对土壤有机碳矿化、溶解性有机物（DOM）组成及微生物群落的影响，揭示植被土壤通过根际效应缓解MPs诱导的碳排放和DOM降解，为农业污染修复提供理论依据；DOM分析由科学指南针提供FT-ICR-MS技术支持。​

概述

本研究发表于Environmental Science & Technology（环境科学与技术，一区TOP期刊，影响因子10.8），系统探讨了微塑料（MPs）对土壤有机碳矿化、溶解性有机质（DOM）组成及微生物群落结构的影响。通过分析CO₂排放、酶活性、DOM分子特性及微生物网络，研究揭示了植物在缓解微塑料对土壤碳循环负面效应中的关键作用。本研究DOM分析由科学指南针提供技术支持，采用傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR-MS）方法。

 

研究背景与目的

微塑料污染已成为全球性环境问题，其对土壤生态系统功能的影响尚不明确。本研究旨在揭示：

  • 微塑料对土壤碳矿化及CO₂排放的影响机制；
  • 微塑料对DOM化学多样性及稳定性的作用；
  • 植物根际效应对微塑料胁迫的缓解机制；
  • 微生物群落结构及代谢功能对微塑料污染的响应。

 

研究方法

研究设置植被与非植被土壤对照组，分别添加聚苯乙烯（PSMPs）、聚乙烯（PEMPs）和聚丙烯（PPMPs）微塑料，进行以下分析：

  • ​CO₂排放检测​：采用气相色谱（GC）测量土壤碳矿化速率；
  • ​DOM组成分析​：由科学指南针提供FT-ICR-MS超高分辨率质谱服务，解析DOM分子组成与化学多样性；
  • ​土壤代谢物检测​：通过GC-MS技术分析代谢产物；
  • ​微生物生物量碳（MBC）及酶活性检测​：包括水解酶和氧化酶活性测定；
  • ​微生物共现网络分析​：评估微生物群落结构及互作关系。

 

主要发现

微塑料显著提升土壤CO₂排放

  • 所有微塑料处理均显著增加土壤CO₂排放，其中PPMPs处理效应最强；
  • 植被土壤碳矿化水平高于非植被土壤，但对微塑料的敏感性较低；
  • 植物根际效应可有效抑制微塑料诱导的碳排放增幅。

 

微塑料降低DOM化学多样性及稳定性

  • MPs处理导致土壤DOM分子总数下降，加速稳定组分的降解；
  • 木质素类化合物（VK图中B区分子）显著减少，表明MPs促进植物源聚合物的降解；
  • 紫外光谱与荧光特性分析表明，MPs降低DOM复杂性与腐殖化程度；
  • ​科学指南针提供的分析明确显示MPs对DOM分子转化路径的影响。

 

植物根际效应缓解微塑料胁迫

  • 植被土壤中微生物多样性保持较高水平，微生物网络结构更稳定；
  • 根际效应招募功能微生物（如变形菌门），调控碳代谢路径，抑制CO₂排放；
  • 植物–微生物互作维持DOM分子复杂性，增强土壤抗降解能力。

 

微塑料改变微生物网络结构

  • 在非植被土壤中，MPs提供微生物附着点，增强微生物间连接性；
  • 在植被土壤中，MPs加剧微生物竞争，降低网络密度但增强功能稳定性；
  • 微生物共现网络分析揭示MPs对生态网络模块化结构的显著影响。

 

环境因子主导碳循环响应

  • MPs浓度、pH、水分等环境因子通过调控DOM–微生物–代谢物三元互作，影响碳循环稳定性；
  • 曼特尔检验表明环境因素与DOM组成、微生物群落及代谢网络显著相关。

 

研究结论

微塑料通过促进DOM降解、改变微生物群落结构及代谢功能，显著增强土壤碳排放。植被土壤通过根际效应缓解MPs的负面效应，具体机制包括：

  • 维持DOM化学多样性与分子稳定性；
  • 调控微生物功能代谢，抑制CO₂生成；
  • 增强微生物网络韧性与系统抗逆性。

本研究为理解植物–微生物–污染物互作机制提供了新视角，强调根际过程在农业污染土壤修复中的关键价值。

 

科学指南针服务支持

本研究中DOM分子组成分析由科学指南针提供FT-ICR-MS技术服务。该技术具备超高分辨率与精确分子结构解析能力，适用于复杂环境样品中DOM的定性及定量研究，为揭示微塑料对土壤有机质转化机制提供关键数据支持。【科学指南针·环境检测·2025】

 

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