研究发现微塑料粒径差异影响红树林碳硫耦合循环

　　中国科学院广州地球化学研究所研究员钟音、中国科学院院士彭平安等科研人员首次系统解析了不同粒径PLA微塑料对红树林沉积物碳-硫循环的影响机制，为理解蓝碳生态系统中微塑料的生物地球化学行为提供了重要科学依据。近日，相关成果发表于《水研究》（Water Research）。

　　不同粒径及浓度微塑料对硫酸盐还原速率、还原态硫物种生成和硫酸盐硫同位素分馏的影响。研究团队供图

　　红树林作为重要的蓝碳生态系统，在缓解气候变化中发挥着不可替代的作用。然而，随着粒径小于5毫米的微塑料等新污染物在环境中的持续累积，红树林湿地生态系统的稳定性正面临严峻挑战，其碳汇功能和生态服务价值均受到显著影响。

　　在红树林厌氧沉积物中，硫酸盐还原菌作为关键的功能微生物群落，承担着超过50%的碳通量转化过程。这些微生物通过将硫酸盐还原为硫化氢等中间产物，并与溶解性有机碳发生耦合反应，从而影响红树林生态系统的碳汇效率和稳定性。然而，目前关于微塑料污染对红树林沉积物中硫酸盐还原菌代谢活性及其介导的碳-硫耦合循环过程的影响机制尚不清楚，尤其是不同粒径微塑料的生态效应及其与硫酸盐还原菌群落的相互作用仍需深入研究。

　　科研人员在国家自然科学基金等项目的资助下，以生物可降解的聚乳酸（PLA）微塑料为研究对象，设计了长达70天的厌氧微宇宙实验，系统探究了不同浓度的毫米级（mm-PLA）和微米级（μm-PLA）两种PLA微塑料对红树林沉积物硫酸盐还原及溶解性有机碳降解的影响，结合稳定硫同位素分析、三维荧光-平行因子分析、16S rRNA基因扩增子测序和宏基因组分析等多种技术手段，深入解析了碳-硫耦合循环微生物群落结构、功能基因及代谢网络对不同粒径微塑料的响应机制。

　　研究发现，mm-PLA比μm-PLA更显著增强了红树林沉积物中硫酸盐还原菌的代谢活性，主要表现为更显著地促进了硫酸盐的还原以及还原态硫物种的生成，包括酸挥发性硫化物、元素硫及铬还原硫。含1%毫米级微塑料处理组的硫酸盐还原速率最高，但硫酸盐中硫同位素分馏系数却最低（16.85‰），这可能与mm-PLA释放了更多的溶解性有机碳，为硫酸盐还原菌提供了充足电子供体从而加速硫酸盐还原过程而抑制分馏效应有关。

　　PLA微塑料释放的溶解性有机碳可能被微生物直接利用进一步转化成二氧化碳，其中，mm-1%处理组二氧化碳排放量最大，较空白组增加了194%。三维荧光-平行因子分析分析表明，微塑料添加改变了沉积物碳组成，沉积物源溶解性有机碳以类蛋白物质为主，其荧光强度较对照组显著提升，生物指数高于对照组，表明微塑料的存在增强了微生物的代谢活性。这一发现揭示了生物可降解微塑料通过“碳释放-微生物代谢”调控红树林沉积物固碳功能的重要机制。

　　16S rRNA基因扩增子测序分析显示PLA微塑料显著影响微生物多样性，微塑料粒径大小依赖效应比浓度依赖效应更为显著。研究发现，mm-PLA微塑料可能由于较大的表面积提高了硫酸盐还原微生物在其表面附着能力，促进了PLA微塑料表面降解和有机碳的释放，增强了碳-硫耦合循环微生物活性，促进了红树林沉积物复杂有机质的降解和二氧化碳的排放。

　　相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123414