在持久性有机污染物压力下微生物生态系统的破坏：对土壤生物地球化学和环境可持续性的影响——综述

《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》：Microbial ecosystem disruption under persistent organic pollutant stress: Consequences for soil biogeochemistry and environmental sustainability – A review

本文综述了持久性有机污染物（POPs）对土壤微生物多样性和群落组成的影响，发现POPs通过改变膜结构、诱导氧化应激和代谢抑制等方式破坏微生物功能，并显著干扰碳、氮、磷循环，同时与其他污染物如微塑料和重金属产生协同或拮抗效应。然而，POPs对长期土壤肥力和生态系统稳定性的影响仍不明确，需结合多组学分析和长期监测研究。

　　持久性有机污染物（POPs）是环境中的顽固性污染物，它们对土壤微生物群落产生显著影响，并威胁生态系统的可持续性。这类污染物因其高毒性、持久性和低生物降解性而备受关注，它们在环境中长期存在，并通过多种途径对土壤生态系统造成影响。土壤微生物是维持土壤健康和生态平衡的关键因素，它们参与有机质分解、养分生物地球化学循环、植物生长促进、有害物质降解以及土壤肥力维持等重要过程。然而，POPs的存在可能对这些功能造成干扰，进而影响土壤的生态功能和长期稳定性。

POPs对土壤微生物多样性、群落结构和功能潜力的影响是复杂且多方面的。研究表明，不同类型的POPs对微生物群落产生不同的作用，从短期刺激到长期抑制。例如，短期或低浓度的污染可能促进某些耐受微生物的生长，从而导致微生物多样性的暂时性增加；而长期或高浓度的暴露则通常会减少微生物多样性，影响生态系统的稳定性。同时，某些污染物如多溴联苯醚（PBDEs）和全氟烷烃（PFASs）对微生物群落的抑制作用是剂量依赖性的，说明长期暴露对土壤微生物群落的影响更为显著。

在微生物群落结构方面，POPs可以引起特定微生物类群的丰度变化。例如，多环芳烃（PAHs）和氯苯（PCP）对氮固定、磷溶解等有益功能微生物有明显的抑制作用，而某些污染物如苯并[a]芘（BaP）则可能促进特定耐受菌的富集。这些变化不仅影响微生物的组成，还可能改变其生态功能，例如氮循环、碳循环和磷循环等。此外，一些研究指出，POPs与微塑料（MPs）和重金属（HMs）等共污染对微生物群落产生复杂的相互作用，这些作用可能是协同的、拮抗的或中性的，这表明在污染环境中，微生物群落的响应受到多种因素的综合影响。

微生物对POPs的响应不仅体现在其多样性变化上，还涉及到其适应机制。在长期POPs污染的条件下，微生物可能通过诱导特定的降解酶、基因水平转移以及群落演替等方式进行适应。例如，某些微生物在接触POPs后会激活降解相关基因，以增强其对污染物的代谢能力。同时，基因水平转移机制可以促进微生物在污染环境中获取新的代谢功能，提高其生存和适应能力。此外，微生物群落的结构变化也可能是其适应污染的一种表现，例如某些耐受菌种在长期暴露后会占据主导地位，从而影响整个生态系统的稳定性。

POPs对土壤生物地球化学循环的影响尤为显著。在碳循环方面，POPs可以改变溶解性有机碳（DOC）和溶解性有机质（DOM）的动态，从而影响碳的分解和矿化过程。某些污染物如PFASs可能通过抑制微生物分解途径，降低DOC的矿化速率，而其他污染物如PAHs则可能通过改变DOM的结构，影响微生物对碳源的利用。此外，POPs对甲烷（CH?）和二氧化碳（CO?）的排放也有影响，这表明它们可能通过改变微生物的代谢活动，间接影响土壤的气候调节功能。

在氮循环方面，POPs对氨氧化、硝化作用和氮固定等关键过程产生显著影响。例如，PBDEs和酞酸酯类污染物可能通过抑制氨氧化酶（如amoA）的活性，降低硝化作用的效率。同时，某些污染物如3,6-二氯咔唑（3,6-DCCZ）可能促进硝化作用的某些阶段，而抑制其他阶段。这种复杂的影响模式表明，POPs对氮循环的干扰可能因污染物类型、浓度和环境条件的不同而有所差异。此外，POPs还可能通过改变土壤中的氮代谢途径，影响土壤的氮素可用性，进而影响植物生长和土壤肥力。

在磷循环方面，POPs对磷酸酶活性和相关基因表达产生影响，从而改变磷的矿化和转化过程。某些污染物如PCP可能通过刺激酸性磷酸酶的活性，促进磷的释放；而其他污染物如PAHs则可能通过抑制碱性磷酸酶的活性，限制磷的生物有效性。这种对磷循环的影响可能进一步影响土壤的养分平衡，以及植物与微生物之间的相互作用。

此外，POPs与新兴污染物如微塑料和重金属的共污染对土壤微生物群落产生复杂的相互作用。这些污染物可能通过改变微生物的代谢活动、群落结构和酶活性，影响土壤的生态功能。例如，某些污染物与重金属的共污染可能促进微生物群落的多样性变化，同时抑制关键酶的活性，从而影响土壤的养分循环和生态稳定性。这些相互作用表明，污染物的综合影响可能比单一污染更为复杂，需要更深入的研究来理解其生态后果。

总体而言，POPs对土壤微生物的影响是多方面的，包括对微生物多样性、群落结构和功能潜力的改变，以及对生物地球化学循环的干扰。尽管已有大量研究探讨了POPs的生态影响，但关于其功能后果的长期影响仍存在知识空白。例如，POPs如何影响土壤的长期肥力、生态系统韧性以及污染物的周转率，目前尚不明确。因此，未来的研究需要更加系统地评估POPs对土壤微生物的影响，并结合多种研究方法，如多组学分析和长期监测，以更好地理解其生态后果，并指导污染土壤的可持续管理。