東北地理所在微塑料對(duì)長(zhǎng)白山不同海拔土壤生態(tài)系統(tǒng)多功能性影響方面取得進(jìn)展
微塑料污染已延伸至偏遠(yuǎn)山地生態(tài)系統(tǒng)，但其對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)功能潛在影響的研究仍較為有限。鑒于此，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所濕地生物與環(huán)境研究團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)白山針闊混交林（MF）、岳樺林（BF）和苔原帶（AT）三個(gè)典型海拔帶開展原位實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)揭示了聚乙烯（PE）微塑料對(duì)土壤養(yǎng)分循環(huán)、微生物多樣性及碳代謝功能基因的影響，并定量解析了其對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)多功能性的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。
圖1 長(zhǎng)白山試驗(yàn)點(diǎn)地理位置及植被類型
結(jié)果表明，PE微塑料對(duì)長(zhǎng)白山不同海拔帶土壤養(yǎng)分的影響存在顯著差異，但均導(dǎo)致土壤pH值升高。在低海拔地區(qū)（MF），微塑料顯著提升了土壤溶解有機(jī)質(zhì)（DOM）的腐殖化程度和細(xì)菌群落的α多樣性，而對(duì)中、高海拔（BF和AT）區(qū)域的類似效應(yīng)較弱。此外，微塑料促進(jìn)了中、低海拔（BF和MF）區(qū)域土壤中碳水化合物活性酶（CAZy）功能基因的富集，表明其對(duì)微塑料對(duì)不同海拔土壤碳代謝途徑存在差異化調(diào)控。
圖2 不同海拔帶土壤碳水化合物活性酶（CAZy）基因
研究發(fā)現(xiàn)，微塑料對(duì)不同海拔帶土壤生態(tài)系統(tǒng)多功能性具有差異性影響。進(jìn)一步分析表明，土壤細(xì)菌多樣性、pH值、有機(jī)碳、DOM化學(xué)多樣性及年平均溫度等因子共同構(gòu)成土壤生態(tài)系統(tǒng)多功能性的核心驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。
圖3 不同海拔帶土壤生態(tài)系統(tǒng)多功能性
圖4 微塑料對(duì)不同海拔帶土壤生態(tài)系統(tǒng)多功能性的影響路徑與關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子
研究揭示了微塑料對(duì)山地垂直帶土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的梯度效應(yīng)，為評(píng)估微塑料污染的山地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)提供了原始數(shù)據(jù)。然而，本研究忽略了土壤真菌、古菌、酶活性、土壤物理屬性及地上植被等變量，可能低估微塑料調(diào)控微生物網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性及生態(tài)功能的潛在效應(yīng)。此外，單季樣品采集和分析難以反映長(zhǎng)期生態(tài)過程及季節(jié)波動(dòng)。因此，未來(lái)需開展長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)，結(jié)合動(dòng)態(tài)追蹤與多季節(jié)采樣，構(gòu)建多維生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估體系，以精準(zhǔn)預(yù)測(cè)高海拔山地土壤微塑料污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。
相關(guān)論文發(fā)表于生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威SCI期刊Journal of Hazardous Materials（IF：12.2）。研究工作主要由濕地生物與環(huán)境學(xué)科組博士研究生張之鈺、王文鋒研究員和武海濤研究員等共同完成。該研究得到了吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（20230101348JC）、國(guó)家自然科學(xué)基金（42430511）和中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所青年科學(xué)家小組項(xiàng)目（2023QNXZ05）等項(xiàng)目的共同資助。
論文信息：Zhang,Z.Y.,Gao,J.,Guan,E.,Yao,X.C.,Wang,W.F.*,Zhang,Z.S.,Wu,H.T.*. Effects of polyethylene microplastics on soil microbial assembly and ecosystem multifunctionality in the remote mountain: Altitude matters. Journal of Hazardous Materials 493 (2025) 138327.
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