塑料光降解衍生的溶解有机质调控红树林沉积物微生物甲烷转化的机制研究

为探究塑料污染对红树林碳汇功能的影响，研究人员通过微宇宙实验揭示了塑料光降解衍生的溶解有机质（PDOM）对沉积物CH4排放的抑制作用。研究发现PDOM通过改变沉积物性质、细菌群落及CO2还原通路功能基因丰度，使CH4排放降低0.03–0.11?ppm，为评估塑料污染对滨海湿地碳循环的影响提供了新依据。

　　

红树林作为"蓝色碳汇"的核心生态系统，其沉积物中碳封存效率高达18–22%，但日益严重的塑料污染正通过溶解有机质（PDOM）的释放威胁这一生态功能。全球每年约2.36万吨塑料源溶解有机碳进入海洋，而红树林沉积物中微塑料丰度可达372.47 items/kg，其中聚丙烯（PP）占比5.6%。更严峻的是，随着禁塑令推行，生物可降解塑料聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯（PBAT）的广泛使用带来了新的环境风险。这些塑料经500天自然光降解产生的PDOM具有低分子量、高芳香性特征，其生物可利用性较天然有机质高60%，可能通过改变微生物代谢途径影响温室气体CH₄的排放——这种气体的增温潜势是CO₂的34–86倍。

为阐明PDOM对红树林碳循环的影响机制，海南大学的研究团队在《Bioresource Technology》发表研究，通过30天微宇宙培养实验，结合紫外-可见光谱（UV-Vis）、三维荧光（3D-EEM）和傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）技术，解析了PP与PBAT两种PDOM的分子特征；采用16S rRNA基因测序和宏基因组学手段，揭示了PDOM对微生物群落及功能基因的影响。研究采集海南岛红树林沉积物样本，设置PPD（聚丙烯降解物）、PBATD（生物可降解塑料降解物）和对照组进行对比分析。

PDOM制备与沉积物采集
研究选取红树林中广泛存在的PP和新兴PBAT塑料，经500天自然光模拟降解制备PDOM。沉积物采自海南岛典型红树林区，预处理后分为三组：添加10 mg/L PPD、10 mg/L PBATD及无添加对照。

PDOM对CH₄排放与理化性质的影响
数据显示，PDOM处理使CH₄排放量较对照组降低0.03–0.11?ppm，其中PBATD组峰值排放（2.17?±?0.01?ppm）低于PPD组（2.19?±?0.01?ppm）。沉积物pH值在PDOM作用下升高0.15–0.35单位，氧化还原电位（Eh）下降12.4–15.6 mV，溶解有机碳（DOC）浓度增加1.72–2.29倍。这些变化与含磷木质素和蛋白质类物质的输入直接相关。

微生物群落响应机制
PDOM显著改变了细菌群落结构：变形菌门（Proteobacteria）相对丰度提升8.7%，而产甲烷古菌（Methanomicrobia）降低3.2%。宏基因组分析显示，PDOM抑制了CO₂还原产甲烷途径的甲基辅酶M还原酶（mcrA）基因表达，同时激活了芳香化合物降解通路。这种双重效应通过细菌发酵过程消耗产甲烷前体，最终导致CH₄排放减少。

结论与意义
该研究首次证实PDOM可通过"沉积物性质-微生物群落-功能基因"三级调控网络抑制红树林CH₄排放。其中PBATD因含更多含氧官能团，其抑制效果优于传统PPD。这一发现为评估生物可降解塑料的环境风险提供了科学依据，提示在碳中和背景下需重新审视塑料污染对滨海湿地碳汇功能的复杂影响。研究获得国家自然科学基金（42306243）和海南省自然科学基金（425RC696）支持，为红树林生态系统的塑料污染治理与碳汇能力维护提供了理论支撑。