東北地理所在復合污染對農田溝渠碳氮氣體排放的影響及微生物機制方面取得進展
農田排水溝渠既是農業徑流的匯，又是鄰近下游水體的源，其沉積物在有機質礦化和碳氮生物地球化學循環中起著關鍵作用，被認為是溫室氣體排放的熱點區域。此外，由于農業生產中農用塑料產品和抗生素類藥物的廣泛使用，部分污染物可能會隨著地表徑流排入農田溝渠，因此除了接收碳氮等污染物以外，農田排水溝渠沉積物還是微塑料和抗生素的潛在富集區。然而，在多種污染物聯合作用下，農業溝渠沉積物的溫室氣體排放規律及其潛在微生物機制尚不明確。
為解決上述問題，中國科學院東北地理與農業生態研究所水環境污染與防治研究團隊通過微宇宙模擬實驗，探究了不同微塑料（傳統微塑料聚乙烯（PE）、可生物降解微塑料聚乳酸（PLA））和磺胺類抗生素（SA）在單一暴露以及復合暴露條件下，對農業溝渠沉積物溫室氣體（CH4、CO2和N2O）排放特征的影響，并初步揭示了其潛在的微生物學機制。研究結果顯示，不同處理下溝渠沉積物全球增溫潛勢值（GWP）依次為：SA+PLA (162.96 mg/m2/h) > PLA (123.49 mg/m2/h) > SA (121.75 mg/m2/h) > SA+PE (102.33 mg/m2/h) > CK (84.67 mg/m2/h) > PE (78.29 mg/m2/h)。這一研究結果證明SA與PLA的復合污染將導致溝渠沉積物溫室效應加劇。微生物組裝和分子生態網絡分析表明，SA引起的選擇性壓力降低了沉積物中群落組分更替，而微塑料則增強了漂移過程的相對重要性，并降低了微生物網絡的魯棒性。由于SA和PLA的復合污染促進了稀有物種的定殖，其對微生物網絡和組裝過程的影響與SA和PE復合污染的結果相反。
該研究在揭示微塑料和抗生素復合污染對溝渠沉積物中碳氮氣體排放影響的基礎上，結合生物信息學方法探索了微生物群落在應對復合污染時的動態演替和功能適應性，研究結果可為評估農業溝渠等生態系統中新型污染物的潛在生態風險提供科學參考。
圖1 微塑料與抗生素復合污染調節沉積物微生物功能潛力的機理框架
相關成果發表在《Journal of Hazardous Materials》上，由科研助理沈昱廷（共同第一作者）、助理研究員侯勝男（共同第一作者）和祝惠研究員（通訊作者）等人共同完成。該研究得到國家重點研發計劃項目、吉林省自然科學基金優秀青年基金、中國科學院青年創新促進會等項目的資助。
論文信息及鏈接如下：
Shen,Y.T.,Hou,S.N.,Miao,Y.Q.,Wang,X.Y.,Cui,H.,Zhu,H.,2024. Synergistic effects of microplastics and sulfonamide on greenhouse gas emissions in agricultural ditch sediments: Insights into microbial interactions. Journal of Hazardous Materials,136378. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.136378
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