武漢植物園解析微塑料和入侵植物多樣性對硝酸鹽異化還原的影響

去除過量的氮，對于富營養化湖泊的生態恢復至關重要。湖泊中由微生物介導的硝酸鹽異化還原過程是脫氮的重要機制。湖泊生態系統面臨著復雜而嚴峻的外來沉水植物入侵風險和微塑料污染。入侵沉水植物在根系分泌有機物、氮同化效率等方面與本地沉水植物存在差異，會改變沉積物的硝酸鹽異化還原過程。微塑料可以直接改變沉積物的物理化學性質，并通過影響沉水植物生長間接地影響硝酸鹽異化還原速率以及各過程的相互關系。然而，在微塑料污染背景下，入侵沉水植物的多樣性是否影響沉積物硝酸鹽異化還原過程尚不清晰。

中國科學院武漢植物園水生植物與水生態系統健康學科組開展了聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）的添加和入侵沉水植物多樣性的交叉實驗，并分析了上述因素對沉積物理化性質、微生物群落結構和硝酸鹽異化還原各過程潛在速率的影響。結果表明，反硝化過程對入侵沉水植物多樣性的響應，比硝酸鹽異化還原成銨和厭氧氨氧化更加敏感。然而，PS-MPs的添加干擾了入侵沉水植物多樣性對硝酸鹽異化還原過程的影響。PS-MPs的加入改變了沉積物的物理化學環境，如降低了沉積物的pH值，提升了硝酸鹽氮和氨氮的濃度等。PS-MPs引起了沉積物微生物群落的變化：隨著PS-MPs濃度上升，微生物群落的特有屬增加，α多樣性上升，并使微生物群落結構更加穩定。PS-MPs對沉積物的物理化學性質的改變，營造了更利于反硝化過程進行的環境，進一步擴大了反硝化過程對硝酸鹽異化還原成銨過程的競爭優勢。此外，PS-MPs的加入抑制了厭氧氨氧化過程。總體而言，硝酸鹽異化還原對入侵沉水植物多樣性的響應存在過程特異性。然而，PS-MPs的加入導致非協同效應，削弱了入侵沉水植物多樣性對硝酸鹽異化還原的影響模式的作用。

上述成果拓展了關于湖泊生態系統中沉水植物入侵以及微塑料積累對沉積物功能微生物群落和氮循環系統的影響的認知。相關研究成果以Does invasive submerged macrophyte diversity affect dissimilatory nitrate reduction processes in sediments with varying microplastics?為題，發表在《危險材料雜志》（Journal of Hazardous Materials）上。研究工作得到國家自然科學基金的支持。

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