東北地理所在植物調控微塑料生態效應研究中取得新進展
微塑料在土壤中持續積累，對養分循環、植物生長和微生物代謝產生重要影響。植物作為連接土壤養分轉化與微生物活動的重要紐帶，可以通過調控根際資源分配和微環境條件參與土壤過程，影響微塑料的生態效應。東北地理所濕地生物與環境學科組圍繞植物調控微塑料生態效應開展系統研究，揭示了不同生態系統中植物對微塑料污染條件下土壤碳氮循環的調節作用。
研究人員基于室內微宇宙培養實驗，系統比較了有蘆葦與無蘆葦條件下聚丙烯微塑料（PP MPs）對濕地土壤生態系統碳氮周轉過程的差異性影響。結果發現，PP MPs在不同植被條件下表現出顯著差異的生態效應。在蘆葦存在條件下，PP MPs對土壤細菌群落結構的擾動相對較弱，但顯著影響碳固定和氮轉化等關鍵功能途徑；而在無蘆葦條件下，PP MPs則對土壤養分、酶活性及微生物群落結構產生更為明顯的影響，且響應模式存在顯著差異。進一步分析表明，濕地植物能夠通過調節根際微環境并增強微生物群落穩定性，提高土壤對微塑料擾動的緩沖能力。
圖1 PP MPs對濕地土壤碳代謝的影響
此外，研究人員比較了有無玉米種植條件下可降解聚乳酸微塑料（PLA MPs）對農田土壤生態過程的擾動效應。結果發現，PLA MPs顯著影響土壤碳氮養分供給格局、土壤團聚體組成及微生物功能過程，但其生態效應在不同種植條件下表現出明顯差異。在無植物條件下，PLA MPs整體上促進了土壤微生物碳氮代謝；而在玉米種植條件下，這種促進效應明顯減弱，部分指標甚至呈現相反變化。進一步分析表明，作物根際過程以及植物與微生物之間的養分競爭，是調控PLA MPs生態效應的重要機制。
圖2 結構方程模型解釋PLA MPs對農田土壤碳氮代謝影響的關鍵路徑
綜合上述研究結果表明，植物是調控微塑料生態效應的重要生物因子，在不同生態系統中通過影響根際環境和微生物過程，顯著改變微塑料對土壤碳氮循環及生態功能的作用路徑。這些研究成果加深了對微塑料在濕地與農田等不同生態系統中生態效應差異的認識，為科學評估微塑料生態風險、制定合理管理策略以及保障土壤生態安全提供了重要的科學依據。
相關研究成果發表在國際期刊Journal of Hazardous Materials上。研究由博士研究生張之鈺（第一作者）、碩士研究生高潔（第一作者）和王文鋒研究員（通訊作者）等共同完成。研究得到國家重點研發計劃（2024YFD1501400）、國家自然科學基金（42371090）、吉林省自然科學基金（20250101048JJ）和研究所青年科學家小組項目（2023QNXZ05）的共同資助。
論文信息如下：
Zhiyu Zhang, Jie Gao, En Guan, Xiaochen Yao, Wenfeng Wang*, Zhongsheng Zhang, Haitao Wu. Reeds (Phragmites australis) modulate the impacts of microplastics on carbon and nitrogen metabolisms in wetland soil. Journal of Hazardous Materials, 2026, 501: 140948. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.140948.
Jie Gao, En Guan, Zhiyu Zhang, Lichao Fan*, Jinxia Xia, Yuyi Yang, Wenfeng Wang*. Plant presence fundamentally alters soil microbial and biogeochemical responses to polylactic acid microplastics: Evidence from unplanted vs. maize-planted microcosms. Journal of Hazardous Materials, 2026, 508: 141958. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.141958.
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