微塑料成分依赖性效应：通过改变土壤氮循环过程及微生物群落调控N2O排放的机制研究

为解决农业微塑料（MPs）污染对土壤氮循环的影响，研究人员通过80天芫荽微宇宙实验，对比传统聚乙烯（PE）与可降解聚乳酸（PLA）、聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯（PBAT）MPs的作用。发现MPs通过抑制硝化（amoA基因）和反硝化（nirK/S基因）降低N2O排放（降幅16.5%-31.5%），且PBAT通过提升铵态氮促进植物生长。该研究为可降解塑料的生态风险评估提供关键依据。

　　

论文解读

背景与问题
全球塑料年产量预计2050年达11亿吨，农业土壤因农膜、污水污泥等输入成为微塑料（MPs）污染的"重灾区"。传统聚乙烯（PE）和新兴可降解塑料（如聚乳酸PLA、聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯PBAT）在土壤中降解行为差异显著，但其对氮循环关键过程——尤其是温室气体N₂O排放的影响机制尚不明确。此前研究多基于无植物体系，而实际农田中植物-微生物互作可能改变MPs效应，亟需系统研究。

研究设计与方法
南京农业大学团队在《Journal of Hazardous Materials》发表研究，通过80天芫荽（Coriandrum sativum L.）微宇宙实验，对比PE、PLA、PBAT三种MPs（0.05%和1% w/w剂量）对植物生长、N₂O排放及微生物群落的影响。结合高通量基因测序（靶向amoA、nirK/S、nosZ等功能基因）、土壤酶活性（NAGase等）测定及meta分析（整合14项植物-土壤体系研究），揭示MPs作用机制。

主要结果

1. MPs reduced N₂O emissions by inhibiting nitrification and denitrification
所有MPs均显著降低N₂O排放（PE:31.5%, PLA:19.1%, PBAT:16.5%），但机制各异：

• PE通过增加nosZ基因（编码N₂O还原酶）促进反硝化终产物N₂生成；
• PLA剂量依赖性抑制nirK基因（1%剂量降低39.7%），阻断N₂O产生途径；
• PBAT同步降低amoA（氨氧化基因）和nirK/S活性，抑制硝化与反硝化潜力。

2. PBAT-driven microbial shifts enhanced plant growth
PBAT使塑际圈（plastisphere）微生物α多样性变化最显著，其释放的活性碳刺激NAGase酶活性，提升铵态氮（NH₄⁺）27.1%，促进芫荽生物量增加。

3. Plant presence alters MP effects on N cycling
与无植物体系研究相反，本实验显示植物通过竞争氮源限制反硝化底物（NO₃^-），meta分析证实植物存在使MPs平均降低21.9% N₂O排放。

结论与意义
该研究首次阐明MPs成分依赖性调控N₂O排放的微生物机制：传统PE通过促进N₂O还原减排，而可降解PLA/PBAT通过干扰硝化-反硝化通路实现。PBAT虽促进植物生长，但其引发的微生物群落扰动可能长期影响土壤功能。研究为可降解塑料的农业应用提供关键风险评估框架，提示政策制定需权衡减排效益与生态风险。