聚苯乙烯微塑料污染引发温带森林树种根系性状与根际环境的特异性响应

本研究针对微塑料(MPs)污染对森林生态系统的潜在威胁，通过分析4种温带树种(厚根型：红松、黄檗；薄根型：紫椴、核桃楸)在MPs添加下的根系性状与根际土壤变化，发现MPs导致根际土壤C/N比升高、有效磷降低，薄根树种通过减少生物量但增加比根面积(SRA)适应胁迫，厚根树种则通过降低皮层厚度维持生长。该研究为森林生态系统应对MPs污染的机制提供了新见解。

　　

在全球塑料污染日益严重的背景下，微塑料(Microplastics, MPs)已渗透至森林生态系统。最新研究显示，中国长白山积雪中MPs浓度高达6.65×10⁴ MPs L^-1，而森林土壤作为"隐形塑料枢纽"的功能却被长期忽视。与农业生态系统相比，MPs对森林树木根系的影响机制尚不明确。尤其令人担忧的是，MPs可能通过改变土壤理化性质（如降低pH值、增加C/N比）和机械损伤根系，干扰树木养分吸收。更复杂的是，不同根系构型的树种（如厚根型与薄根型）可能采取截然不同的适应策略，这直接关系到森林生态系统的稳定性。

为解答这些问题，中国科学院相关团队在长白山原始红松林中选取4种典型温带树种（厚根型：红松Pinus koraiensis、黄檗Phellodendron amurense；薄根型：紫椴Tilia amurensis、核桃楸Juglans mandshurica），通过原位MPs添加实验，结合根系形态解剖（比根面积SRA、皮层厚度）与根际土壤分析（C/N/P化学计量、有效磷Olsen-P），系统评估了MPs污染下树种特异性响应机制。研究结果发表于环境领域顶级期刊《Journal of Hazardous Materials》。

关键技术方法
研究采用原位控制实验设计，在长白山原始林设置MPs添加组与对照组。通过根系扫描分析系统量化根长、直径等形态参数；利用元素分析仪测定土壤C/N/P化学计量；采用石蜡切片技术测量根系解剖结构（表皮/皮层厚度）；结合贝叶斯混合效应模型(Bayesian mixed-effects modeling)分析处理效应。

研究结果

根际土壤响应
MPs添加使所有树种根际土壤C/N比显著提升（+18.6%），有效磷浓度降低（-22.3%），其中薄根树种紫椴的氮磷比(N/P)增幅达34.5%。这表明MPs通过改变微生物活动加剧了磷限制，尤其对薄根树种影响更显著。

根系性状分化
薄根树种展现出"精准投资"策略：核桃楸的根生物量降低23.7%，但比根面积(SRA)增加41.2%，通过"减量增效"提升单位资源获取效率；厚根树种红松则采取"结构优化"策略，根系生物量增加15.8%，但皮层厚度减少19.4%，降低构建维护成本。

讨论与意义
该研究首次揭示温带森林树种通过"经济谱系"策略应对MPs胁迫：薄根树种以牺牲生物量为代价提升吸收效率，而厚根树种通过结构简化维持生长优势。这种分化可能改变森林群落组成——在长期MPs污染下，厚根型树种（如红松）或更具竞争优势。研究为预测全球变化背景下森林生态系统功能演变提供了关键参数，同时警示MPs污染可能通过改变根际磷循环威胁森林生产力。值得注意的是，MPs诱导的根际C/N比升高可能加速土壤碳封存，这一"意外效应"值得后续研究关注。