塑料地膜和除草劑都是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用的農(nóng)資，長(zhǎng)期大量施用可導(dǎo)致農(nóng)田土壤中存在地膜微塑料和殘留除草劑的復(fù)合污染，影響土壤生態(tài)功能并威脅糧食安全，而關(guān)于二者復(fù)合污染下的土壤環(huán)境行為的研究仍然較為匱乏。
中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所“環(huán)境污染過(guò)程與效應(yīng)創(chuàng)新組群”徐明愷團(tuán)隊(duì)，近年來(lái)致力于環(huán)境微塑料生態(tài)效應(yīng)和農(nóng)田面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等領(lǐng)域的研究。近期，團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)土壤中低密度聚乙烯地膜微塑料和除草劑乙草胺復(fù)合污染過(guò)程中，二者的環(huán)境行為存在密切的交互影響。一方面，地膜微塑料表面可顯著吸附富集土壤中的乙草胺，且老化的地膜微塑料表面富集濃度更高；另一方面，乙草胺加速了老化地膜微塑料的表面生物膜的形成，促進(jìn)含氧官能團(tuán)的產(chǎn)生，進(jìn)而推動(dòng)了地膜微塑料的老化和碎裂進(jìn)程。采用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)“塑料際”微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)乙草胺強(qiáng)化了Pseudomonas（假單胞菌屬）在塑料際的長(zhǎng)期優(yōu)勢(shì)，Pseudomonas對(duì)低密度聚乙烯和乙草胺的降解能力可能是導(dǎo)致地膜微塑料老化的重要原因。乙草胺短期內(nèi)促進(jìn)塑料際微生物多樣性和物種間相互作用，但長(zhǎng)期導(dǎo)致多樣性下降，群落功能趨于專(zhuān)一化。塑料際獨(dú)特的棲息環(huán)境使其微生物多樣性顯著低于土壤環(huán)境，并導(dǎo)致抗性或病源微生物的選擇性富集，并通過(guò)微塑料介質(zhì)加速傳播，進(jìn)而引發(fā)新的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。研究成果有助于提高對(duì)農(nóng)田中地膜微塑料與除草劑復(fù)合污染生態(tài)效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，為農(nóng)業(yè)污染控制與可持續(xù)管理策略制定提供理論支持。
研究成果近日以“Acetochlor promotes the aging of mulch-derived microplastics in soil by altering the plastisphere microbial community”為題目發(fā)表于Journal of Hazardous Materials雜志(中國(guó)科學(xué)院一區(qū)TOP，即時(shí)IF = 12.2)。沈陽(yáng)生態(tài)研究所博士研究生關(guān)新宇為第一作者，徐明愷研究員與南開(kāi)大學(xué)汪磊教授為共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（42277435）、中國(guó)科學(xué)院A類(lèi)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（XDA28010500）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2024YFD1501304）和遼寧省興遼英才-領(lǐng)軍人才計(jì)劃（XLYC2402049）的資助。
圖1 乙草胺對(duì)地膜微塑料老化的影響 （A）場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡表征；（B）、（C）：60天紅外光譜表征
圖2 地膜微塑料表面生物膜結(jié)構(gòu)和相對(duì)定量 （A）地膜微塑料表面生物膜立體結(jié)構(gòu)；（B）地膜微塑料表面的微生物形態(tài)；（C）生物膜單位面積相對(duì)生物量。p < 0.05
