专栏名称: Carbon Research

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中科院南土所和南京大学发表JHM | 农膜源微塑料不影响土壤气态氮排放但提高了反硝化潜势

Carbon Research · 公众号 · · 2025-01-15 12:00

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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N 2 、 N 2 O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（ N 2 、 N 2 O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。

作者介绍

马小芳 ，南京大学环境学院博士生。研究方向为微塑料在土壤中的环境效应，以第一作者在 Journal of Hazardous Materials 、 Environment International 等期刊发表论文4篇。

单军，中国科学院南京土壤研究所研究员，博导，国家青年拔尖人才。现任 European Journal of Soil Science 和 Soil Use & Management 副主编、 Journal of Hazardous Materials 和 Soil &Tillage Research 编委。主持国家自然科学基金联合基金重点项目、面上项目和中科院仪器设备研制青年人才类项目等10余项科技项目。长期从事土壤碳氮循环和面源污染防控研究，已在 Global Change Biology 、 Environmental Science & Technology 等期刊发表论文60余篇，论文总被引2600余次，H因子29。

季荣，博士，南京大学环境学院教授，博士生导师，担任国家有机毒物污染控制与资源化工程技术研究中心副主任。在 Nature Nanotechnology 、 Environmental Science & Technology 、 Water Research 等期刊上发表学术论文200余篇；已获授权国家发明专利20余项。主持国家自然科学基金委重点项目、面上项目、科技部863项目（探索类）、重点研发计划项目课题、欧盟FP7和H2020项目课题等国际合作项目，共计30余项。研究方向为基于同位素示踪技术研究污染物在环境中降解和残留、在生物体内富集、转化和效应，以及污染环境修复原理与技术。

文稿来源：生态环境科学公众号

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