東北地理所在可降解微塑料誘導激發效應研究中取得新進展
土壤是陸地生態系統最大碳庫，其微小波動會顯著影響大氣CO?濃度。微塑料污染已成為全球性環境問題，微塑料主要通過污水灌溉、農膜殘留、有機肥施用等途徑不斷進入深層土壤。可降解微塑料在農田大量使用，與不可降解微塑料在土壤中長期持久不同，可降解微塑料是一種碳源，在土壤中可通過激發效應增加或減少土壤有機碳礦化。然而，可降解微塑料及其降解產物對土壤有機碳的影響，此前尚不完全清楚。因此，揭示可降解微塑料在土壤中的轉化過程及其對有機碳礦化的調控機制，已成為準確評估微塑料污染下土壤有機碳動態的關鍵科學問題。
研究發現，相比于未添加微塑料的土壤，高可降解性的聚羥基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoate; PHA)通過增加其分解釋放的可溶性有機碳來促進微生物生長，從而通過正激發效應顯著增加土壤有機碳的礦化，增幅為462–1198 mg CO?-C kg?1 soil(圖1)。相比之下，低可降解性的聚乳酸(polylactic acid; PLA)則通過吸附固持土壤中的可溶性有機碳，降低土壤碳的有效性，使土壤有機碳礦化量減少149–268 mg CO?-C kg?1 soil(圖1)。
圖1 可降解微塑料輸入土壤中的瞬時和累積激發效應
深層土壤中土壤有機碳、總氮、土壤碳氮比、可溶性有機碳和微生物生物量碳均低于表層土壤，而深層土壤的pH則高于表層土壤(圖2)。隨機森林模型進一步揭示，土壤可溶性有機碳是調控激發效應的最關鍵因子，而總氮是次要調控因子(圖2)。
圖2 土壤理化性質對激發效應的關鍵變量（隨機森林模型）
研究還發現，真菌主要通過酶介導的養分挖掘過程，將微塑料來源的可溶性有機碳作為碳源和能量來源，這是驅動強烈正激發效應的主要機制；而細菌則通過對微塑料來源可溶性有機碳的優先吸收和同化，促進微生物殘體的積累，從而通過微生物和礦物碳泵減弱激發效應的強度(圖3)。
圖3 可降解微塑料輸入對土壤激發效應影響的概念機制
該研究發現突顯了土壤碳的有效性(尤其是可溶性有機碳)在調控微塑料誘導激發效應中的關鍵作用，為應對微塑料污染威脅提供了重要見解。深入理解這一調控機制，有助于更準確地預測微塑料影響下土壤碳庫的動態變化，并為制定針對性的土壤健康管理與微塑料污染防控策略奠定了科學基礎。
該研究首次揭示了可降解微塑料來源的可溶性有機碳如何通過調控微生物群落結構，對不同土層的土壤有機碳礦化產生差異化影響，為評估可降解微塑料污染的土壤生態風險提供了全新視角。以上成果來自中國科學院東北地理與農業生態研究所李祿軍研究員團隊。相關論文以"Microplastic-derived dissolved organic carbon affects soil organic carbon mineralization through shifts in microbial community composition"為題，發表在國際學術期刊Soil Biology and Biochemistry上。論文第一作者為中國科學院東北地理與農業生態研究所在讀博士生董宏鑫，通訊作者為李祿軍研究員。合作者還包括中國科學院東北地理與農業生態研究所張士秀研究員，付巖梅、何朋助理研究員，以及北京大學朱彪教授。該研究得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中國科學院國際伙伴計劃以及吉林省自然科學基金的聯合資助。
論文信息：Dong, H., Zhang, S., Fu, Y., He, P., Zhu, B., Li, L.J., 2026. Microplastic-derived dissolved organic carbon affects soil organic carbon mineralization through shifts in microbial community composition. Soil Biology and Biochemistry, 219, 110185.
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2026.110185
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