微塑料聚合物类型调控的土壤塑料圈：砷甲基化热点新机制

《Environmental Research》：The soil plastisphere: A hotspot for arsenic methylation regulated by microplastic polymer types

本研究发现土壤塑料圈是砷(As)甲基化的热点微环境。不同微塑料(MPs)聚合物类型（聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、聚乳酸PLA）对砷的富集和转化具有特异性调控作用：PVC塑料圈砷滞留能力最强，而PE塑料圈更显著富集含砷甲基转移酶基因(arsM)的微生物并促进甲基砷（如DMA(V)）生成。该研究为评估微塑料积累对农田土壤砷生物地球化学循环及环境风险提供了新视角。

　　

Highlight

土壤孔隙水和塑料圈中的总砷含量和砷形态

图1a和图2a展示了不同处理下土壤孔隙水和塑料圈中的总砷浓度。在土壤孔隙水中，低砷组的总砷浓度范围为101.60至195.54 μg L^-1，高砷组则为299.55至369.97 μg L^-1。相比之下，塑料圈中积累了显著更高的浓度，范围在0.10至0.55 mg kg^-1（低砷组）和0.35至1.72 mg kg^-1（高砷组）。在每个微塑料类型中，高砷土壤中的塑料圈始终含有更高的总砷、As(III)和As(V)浓度。在所有处理中，PVC塑料圈显示出最高的总砷、As(III)和As(V)积累量，其次是PE和PLA塑料圈（图2a-c）。值得注意的是，二甲基砷酸[DMA(V)]在大多数塑料圈样品中被检测到，并且在PE塑料圈中观察到最高的浓度（图2d）。相比之下，一甲基砷酸[MMA(V)]在所有样品中均未检测到。

污染水平和塑料类型对塑料圈中砷和arsM富集的影响

聚氯乙烯(PVC)塑料圈始终比聚乙烯(PE)或聚乳酸(PLA)塑料圈含有更高浓度的总砷、As(III)和As(V)（图2）。这很可能归因于PVC的表面特性，其形态更粗糙，比表面积大于其他聚合物。这些特性增加了其吸附金属的能力并促进了微生物定殖。PVC更大的比表面积意味着更多的吸附位点，并可能增强对砷的亲和力。此外，PVC通常含有添加剂，如用于提高柔韧性的增塑剂，这些添加剂可能浸出并改变局部环境，潜在地影响砷的吸附行为。然而，PE塑料圈显示出最高的DMA(V)浓度和arsM基因丰度（图2d, e）。PE表面可能为arsM携带微生物创造了更有利的微环境，例如通过提供更大的疏水表面面积，这已知会影响微生物的附着和生物膜形成。PE对砷甲基化微生物的优先富集可能解释了其塑料圈中甲基砷产量较高的原因。与高砷土壤相比，低砷土壤中塑料圈的arsM基因丰度更高（图2e），这表明在砷胁迫相对较低的环境中，塑料圈对砷甲基化微生物的招募效应可能更为明显。

Conclusion

本研究证明，塑料类型主导了塑料圈内砷的富集和功能微生物群落的招募。塑料圈中的砷积累随着土壤砷浓度的增加而增加，其中PVC表面显示出最大的富集能力。相比之下，PE塑料圈成为砷甲基化的独特热点，这反映了其对含arsM微生物的优先富集。与生物膜附着微塑料的物理吸附相比，我们的研究结果强调了塑料圈微环境在驱动砷生物转化方面的关键作用。