生物炭通过增强分子的抗性以及调控微生物过程，减轻了微塑料对土壤有机碳稳定性的破坏作用

《Functional Ecology》：Biochar mitigates microplastic-induced destabilization of soil organic carbon via molecular recalcitrance and microbial process regulation

本研究通过温室培养实验，探讨生物炭（BC）与聚丙烯微塑料（PP）共同作用对土壤有机碳（SOC）分子结构及微生物群落的影响。结果表明，单独PP处理降低了SOC稳定性，但BC的添加通过化学稳定化和抑制降解菌群有效维持了SOC的稳定性，即使在PP存在下仍显著提升SOC含量。该研究为缓解微塑料对土壤碳汇功能的负面影响提供了策略。

　　土壤有机碳（SOC）的稳定性对于气候缓解至关重要，但正面临微塑料（MP）污染带来的日益严重的威胁。生物炭（BC）作为一种负碳排放的土壤改良剂，通过化学稳定性和微生物调节机制增强了SOC的持久性。然而，目前对于在同时存在MP污染的情况下BC效果的研究仍不充分。为了探究这一问题，我们进行了一项为期30天的温室培养实验，向土壤中添加聚丙烯微塑料（PP，1%）和生物炭（2%），以探讨SOC分子结构和微生物群落的变化。

实验结果显示，单独添加PP并未改变SOC的总体含量，但其对SOC的稳定性产生了负面影响。PP减少了土壤腐殖质（HM）和富里酸（FA）中的芳香碳含量，同时增加了与芳香碳降解相关的细菌群落的丰度，以及发酵菌群的活跃度。这种变化最终导致SOC更容易被未来矿化过程所降解。相比之下，BC的添加则通过双重稳定机制提升了SOC的含量：一方面，BC直接向HM中引入芳香结构，使其芳香碳含量提高了23%；另一方面，BC抑制了与芳香碳降解相关的细菌群落。值得注意的是，BC的稳定作用在同时存在PP的情况下依然保持，说明其在维持SOC分子结构稳定性和微生物功能方面具有显著的积极作用。

研究还发现，MP污染可能通过改变SOC的分子结构和微生物动态，影响长期的碳-气候反馈机制。尽管MP可能不会立即改变SOC的总量，但其对SOC稳定性的影响可能削弱土壤作为碳汇的能力，增加未来碳库的流失风险。因此，理解MP对SOC动态的影响及其可能的反馈机制对于预测气候变化和制定有效的土壤管理策略具有重要意义。

另一方面，BC作为一种碳汇材料，不仅能增加SOC的储量，还能在一定程度上缓解MP污染带来的负面影响。BC通过提升土壤pH值、电导率和交换性阳离子含量，改善了土壤环境，从而抑制了MP对SOC的破坏作用。此外，BC能够恢复和增强微生物的共生网络，提高土壤系统的代谢冗余能力，使其更具韧性。例如，BC的添加显著提高了HM中芳香碳的含量，同时降低了降解芳香碳的微生物群落的丰度。这种微生物群落的结构变化有助于维持SOC的分子稳定性，进而增强其在环境中的持久性。

实验进一步揭示了BC对微生物功能的影响。在BC和BCPP处理下，与芳香碳降解相关的细菌群落丰度显著降低，而发酵菌群的丰度则有所增加。这表明BC能够通过改变微生物代谢偏好，促进SOC的稳定化。相比之下，PP的添加不仅促进了芳香碳的降解，还增加了氮化合物的含量，这可能与微生物对氮的开采有关，从而加剧了SOC的矿化过程。同时，PP的添加使得HA中的芳香碳含量减少，而FA中的芳香碳含量则有所增加，这种变化反映了SOC分子结构的不稳定。

为了更深入地理解SOC分子结构的变化，我们使用了多种分析技术，包括元素分析、固态¹³C核磁共振（¹³C-NMR）和傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）。这些技术帮助我们识别了SOC的不同组分，并分析了它们的化学结构变化。结果表明，BC的添加显著增加了HM和HA中的芳香碳含量，同时降低了H/C比值，这表明SOC分子结构变得更加稳定。而PP的添加则导致HM中芳香碳含量的下降和羧基/羰基碳含量的上升，表明其对SOC的稳定性具有不利影响。

此外，我们还通过db-RDA分析了土壤碳组成、土壤理化性质与微生物群落结构之间的关系。结果发现，FA的芳香性是影响细菌群落结构的主要因素，而FA的芳香性和HA、HM的比例则是影响真菌群落结构的关键参数。这些发现强调了SOC分子结构稳定性在评估土壤碳动态中的重要性，并表明仅依赖于SOC总量的测量可能无法准确反映其稳定性。

从功能角度来看，BC的添加不仅改变了SOC的分子结构，还影响了微生物的功能。通过FAPROTAX和FUNGuild的功能预测分析，我们发现BC能够减少芳香碳降解相关功能群的丰度，同时促进木质素类化合物和半纤维素的降解，这可能与微生物对BC的利用有关。这些功能变化进一步支持了BC在维持SOC稳定性方面的双重作用。

综上所述，本研究揭示了MP对SOC稳定性的影响，以及BC在缓解这种影响方面的作用。尽管MP可能不会显著改变SOC的总量，但其对SOC分子结构的破坏可能导致未来碳库的加速流失。而BC则通过直接贡献芳香结构和调节微生物群落，增强了SOC的稳定性。这些发现不仅加深了我们对SOC动态和MP污染之间关系的理解，还为应对MP污染和提升土壤碳汇能力提供了新的思路。未来的研究需要进一步探讨不同来源和处理方式的BC对土壤碳稳定性及MP影响的调节作用，同时进行长期的实地观测和实验，以更全面地评估BC在复杂土壤环境中的应用潜力。