東北地理所在復(fù)合污染對農(nóng)田溝渠碳氮氣體排放的影響及微生物機制方面取得進(jìn)展
農(nóng)田排水溝渠既是農(nóng)業(yè)徑流的匯，又是鄰近下游水體的源，其沉積物在有機質(zhì)礦化和碳氮生物地球化學(xué)循環(huán)中起著關(guān)鍵作用，被認(rèn)為是溫室氣體排放的熱點區(qū)域。此外，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)用塑料產(chǎn)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(nóng)田溝渠，因此除了接收碳氮等污染物以外，農(nóng)田排水溝渠沉積物還是微塑料和抗生素的潛在富集區(qū)。然而，在多種污染物聯(lián)合作用下，農(nóng)業(yè)溝渠沉積物的溫室氣體排放規(guī)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(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所水環(huán)境污染與防治研究團(tuán)隊通過微宇宙模擬實驗，探究了不同微塑料（傳統(tǒng)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(fù)合暴露條件下，對農(nóng)業(yè)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(xué)機制。研究結(jié)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(jié)果證明SA與PLA的復(fù)合污染將導(dǎo)致溝渠沉積物溫室效應(yīng)加劇。微生物組裝和分子生態(tài)網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)的魯棒性。由于SA和PLA的復(fù)合污染促進(jìn)了稀有物種的定殖，其對微生物網(wǎng)絡(luò)和組裝過程的影響與SA和PE復(fù)合污染的結(jié)果相反。
該研究在揭示微塑料和抗生素復(fù)合污染對溝渠沉積物中碳氮氣體排放影響的基礎(chǔ)上，結(jié)合生物信息學(xué)方法探索了微生物群落在應(yīng)對復(fù)合污染時的動態(tài)演替和功能適應(yīng)性，研究結(jié)果可為評估農(nóng)業(yè)溝渠等生態(tài)系統(tǒng)中新型污染物的潛在生態(tài)風(fēng)險提供科學(xué)參考。
圖1 微塑料與抗生素復(fù)合污染調(diào)節(jié)沉積物微生物功能潛力的機理框架
相關(guān)成果發(fā)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(fā)計劃項目、吉林省自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)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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