微塑料通过提高反硝化和Anammox增加黑土稻田氮素损失
编号:741
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更新:2023-04-10 20:17:59
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特邀报告
摘要
微塑料(Microplastics,MPs)作为一类新污染物近年来在稻田土壤中不断被检出,对农田生态系统服务具有潜在的风险。我国水稻田氮肥投入量高但利用率低(28.3%−41%),反硝化、厌氧氨氧化(Anammox)和硝酸根异化还原成铵(DNRA)三个过程主导的硝酸根还原途径是稻田土壤氮素转化的核心途径之一,决定了稻田生态系统约50%的氮肥去向。然而,目前有关MPs对稻田土壤中硝酸盐还原过程的影响及其对土壤氮素固持和损失的效应还不清楚。为此,本研究采用15N示踪和分子生物学技术,研究了三种不同的MPs(200–400 μm)[聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、聚乙烯(Polyethylene,PE)和聚氯乙烯 (Polyvinyl chloride,PVC)]对黑土稻田中反硝化、Anammox和DNRA的速率及相关微生物群落的影响。结果表明,PS和PE显著增加了反硝化速率,增幅分别为79.3%–102.3%和34.8%–62.1%。三种MPs也都增加了Anammox速率(增幅为6.6%–745%),但降低了DNRA速率(降幅为15.1%–74.2%)。整体上MPs提高了黑土稻田中NO3−向反硝化和Anammox的分配比例,但降低了向DNRA的分配比例。MPs导致的反硝化菌的富集,DNRA过程的被抑制和DNRA功能基因的降低是反硝化和Anammox速率升高的主要原因。综上,我们的研究结果表明MPs会通过提高反硝化和Anammox速率,增加黑土稻田中的氮素损失,进而影响水稻氮肥利用率和产量,因此,未来在评估MPs对农田生态系统服务潜在风险时需考虑其对稻田生态系统氮素损失的影响。
关键词
微塑料;水稻土;反硝化;厌氧氨氧化;硝酸根铵化
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