微塑料对稻田土壤CO2 排放的影响：耕作年限与微生物群落的调控机制

针对微塑料(MPs)污染如何影响不同耕作年限稻田土壤碳循环的关键问题，中国科学院团队通过微宇宙实验揭示了MPs浓度与CO2 排放的非线性关系。研究发现1% MPs使CO2 排放增加5-9%，40年耕作土壤对0.1% MPs即敏感，证实长期耕作会加剧土壤对MPs污染的脆弱性，为农业面源污染治理提供新依据。

　　

随着全球塑料污染加剧，直径小于5毫米的微塑料(MPs)已被称为"土壤中的PM2.5"。在农业领域，稻田因长期灌溉成为MPs污染的"重灾区"——中国杭州湾区的灌溉水中每立方米竟含1.7万颗塑料颗粒。这些"隐形入侵者"不仅直接改变土壤物理结构，更可能通过调控微生物代谢网络，打破历经数十年形成的土壤碳平衡。尤其令人担忧的是，中国稻田土壤有机碳(SOC)储量在过去30年增长60%，这种宝贵的碳汇是否会因MPs污染而转化为碳源？

为解答这一科学难题，武汉工程大学联合中国科学院团队在《Applied Soil Ecology》发表创新研究。团队选取3年、15年和40年耕作历史的稻田土壤，添加0-1%聚乙烯MPs进行36天培养实验，结合qPCR定量碳降解基因、高通量测序和共现网络分析，首次揭示耕作年限如何调控MPs对土壤碳循环的影响。

关键技术包括：1) 采集江苏盐城不同耕作年限稻田土壤建立微宇宙系统；2) 气相色谱法连续监测CO₂
排放；3) 定量abfA/sga等碳降解功能基因；4) 16S rRNA测序解析微生物群落；5) 分子生态网络识别关键功能菌群。

MPs对CO₂
排放的差异化影响
在≤15年耕作土壤中，仅1% MPs显著提升CO₂
排放5-8%，呈现"阈值效应"；而40年耕作土壤对MPs异常敏感，0.01%添加量即引发6-9%排放增长。特别值得注意的是，40年土壤单位SOC的CO₂
释放量随MPs浓度呈线性上升，暗示长期耕作可能重塑土壤微生物的MPs响应机制。

微生物群落的双维度调控
耕作年限比MPs更深刻塑造微生物群落：15年土壤中富营养型(copiotrophic)微生物占比显著高于3年和40年土壤。网络分析发现Herminiimonas等菌属可能是碳降解基因的潜在宿主，这些"关键物种"在40年土壤中与MPs存在显著互作，部分解释其高敏感性。

功能基因的时空异质性
在3年土壤中，易分解碳降解基因abfA与CO₂
排放正相关；15年土壤则转为sga基因主导。但40年土壤中这些基因与排放量脱钩，暗示长期耕作可能培育出全新的碳代谢通路。

该研究首次证实稻田土壤对MPs的敏感性随耕作年限呈指数增长，0.1% MPs即可触发40年耕作土壤的"碳泄漏"。这一发现为评估农业土壤碳汇稳定性提供预警指标：随着中国约40%稻田进入20年以上耕作期，MPs污染可能导致"碳汇变碳源"的生态转折。研究揭示的Pelagibacterium等关键功能菌群，为开发靶向微生物调控技术奠定基础。值得注意的是，15年耕作土壤表现出的微生物群落稳定性，暗示可能存在"耕作年限窗口期"，这对优化轮作制度具有重要指导价值。未来需重点关注MPs-微生物-土壤老化三者互作的长期效应，为全球气候变化背景下的农田碳管理提供科学依据。