氮素有效性通过微生物生活史策略调控可降解微塑料引发的土壤有机质激发效应

这篇综述通过整合全球尺度meta分析和室内培养实验，揭示了氮(N)输入对可降解微塑料(MPs)诱导的土壤有机质(SOM)激发效应的影响机制。研究发现：1) 矿物氮(Nmin)输入降低了根系分泌物(RR++:-1.1)和MPs(RR++:-1.5)引发的激发效应，但提高了生物炭(RR++:3.1)的激发效应；2) 当添加MPs碳与Nmin的碳氮比(C/N)为10时，氮素对激发效应的影响最小；3) K-策略微生物(如酸杆菌门和担子菌门)通过"氮挖掘"驱动激发效应，而r-策略微生物(如变形菌门和子囊菌门)在低C/N条件下主导该过程。研究为理解MPs污染土壤的碳氮循环提供了新视角。

　　

ABSTRACT

微塑料(MPs)已成为日益严重的土壤污染物。尽管可降解塑料是农田中不可降解塑料的良好替代品，但它们可能通过激发效应影响土壤有机质(SOM)分解。本研究探讨了可降解MPs诱导的激发效应如何响应土壤氮(N)有效性。通过整合67篇文献的meta分析和¹³C同位素技术结合16S rRNA测序，发现矿物氮(Nmin)输入降低了根系分泌物(效应值:-1.1)和MPs(效应值:-1.5)诱导的激发效应，但增加了生物炭的激发效应(效应值:3.1)。

微生物生活史策略的调控作用

研究揭示了K-策略微生物(Acidobacteria和Basidiomycota)通过"N挖掘"机制驱动激发效应。当MPs碳与Nmin的C/N为10(高氮有效性)时，r-策略微生物(Proteobacteria和Ascomycota)丰度最大，此时氮素对激发效应的影响最小。两种生活史策略微生物共同决定了激发效应的强度和方向。

可降解MPs类型的差异影响

聚羟基脂肪酸酯(PHA)诱导的激发效应(200%-250%)显著高于聚乳酸(PLA)(-22%至-5%)。这种差异源于MPs降解特性的不同：PHA更易降解，增加溶解性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)；而PLA降解缓慢，通过形成塑料圈(plastisphere)保护SOM。

氮素有效性的关键作用

Nmin输入通过降低K-策略微生物丰度减少激发效应(降幅5%-35%)。当C/N=10时，r-策略微生物利用MPs-C和Nmin快速生长，其残体又成为K-策略微生物的底物，形成交叉喂养(cross-feeding)关系，从而维持激发效应。

研究意义与局限

该研究建立了"微生物N挖掘理论"与"微生物化学计量理论"的联系(图8)，为预测MPs污染土壤的碳动态提供了新框架。但需注意室内实验(MPs添加量3% w/w)与田间条件的差异，未来需结合分子生物学和显微技术深入探究plastisphere形成机制。

结论

氮素有效性通过调控r-和K-策略微生物的平衡来影响MPs诱导的激发效应。这一发现对理解土壤碳循环和预测全球变化背景下MPs的生态效应具有重要意义。