廣州地化所揭示微塑料對紅樹林沉積物硫循環的影響

　　微塑料（粒徑小于5mm的塑料）是一類在海岸帶環境中廣泛分布的新污染物，對海岸帶生態系統的健康構成嚴重威脅。紅樹林濕地是海岸帶最重要的生態系統之一，約占全球海岸線的60-75%。受陸地和海洋活動的影響，紅樹林濕地已成為微塑料重要的匯。紅樹林濕地微生物豐富多樣，驅動著濕地生態系統的營養物質循環和能量流動，在提高濕地固碳儲碳、凈化環境污染和維護生物多樣性等方面發揮重要作用。濕地沉積物環境富含有機質、硫酸鹽和硫化物，硫循環微生物十分活躍，是濕地生物地球化學過程的主要驅動者。然而，微塑料污染對紅樹林濕地微生物驅動的硫元素遷移和轉化、硫循環微生物群落結構和功能的影響并不清楚。此外，在氧化-還原條件快速波動的紅樹林濕地環境中，硫還原和氧化過程同時發生，給硫循環過程和機制研究帶來了巨大的困難和挑戰。

　　針對上述問題，中國科學院廣州地球化學研究所研究人員開展了微宇宙實驗，利用硫穩定同位素分析和宏基因組測序技術，研究了傳統石油基微塑料和生物可降解微塑料對紅樹林濕地沉積物硫循環的影響。研究結果表明，經過20天培養，與不添加微塑料的空白組對比，石油基微塑料聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚氯乙烯（PVC）處理沒有顯著影響硫酸鹽的還原和硫酸根硫同位素組成（δ³⁴S_SO4^2-），而可生物降解微塑料聚乳酸（PLA）處理雖然沒有顯著降低硫酸鹽的濃度，但是顯著增加了硫酸根硫同位素分餾，表明PLA微塑料處理加速了硫酸鹽還原過程（圖1），而硫酸鹽的濃度變化較小可能與硫氧化進一步生成硫酸鹽相關。

　　此外，研究發現PLA微塑料不僅促進了硫酸鹽的還原，還促進了酸可揮發性硫（AVS）的生成，AVS會進一步快速轉化為單質硫（S⁰）和鉻還原態硫（CRS）（圖2）。S⁰的濃度在第10天后開始降低，這可能與S⁰進一步發生歧化反應有關。硫元素質量平衡分析顯示，CRS是主要的硫化物，CRS的濃度隨反應時間的增加而增加。PLA微塑料處理導致硫酸鹽-CRS之間硫同位素組成差異最大，表明PLA微塑料促進了硫酸鹽還原生成CRS。

　　研究團隊通過宏基因測序分析發現PLA微塑料處理導致硫酸鹽還原菌Desulfovibrio的豐度增加，而且Desulfovibrio的硫酸鹽還原基因（dsrAB、aprAB和sat）豐度比其他參與硫酸鹽還原微生物的要高，表明PLA微塑料處理促進硫酸鹽還原和硫同位素分餾過程中Desulfovibrio可能發揮了重要作用（圖3），這可能與PLA微塑料能被降解為可利用碳源，從而促進了Desulfovibrio的生長有關。該研究揭示了在較短的反應時間（20天）里，可降解微塑料PLA會顯著促進硫酸鹽還原生成AVS、S⁰和CRS，影響紅樹林表層沉積物中硫循環的過程以及紅樹林沉積物中有機質的分解和碳儲存。該研究成果為微塑料污染影響紅樹林濕地生物地球化學過程研究提供了啟示，也為微塑料污染海岸帶環境的生態風險評估提供了重要的信息。

　　相關研究成果于1月5日在線發表在《環境科學與技術》（Environmental Science & Technology）上。

圖1 不同微塑料對上覆水硫酸鹽濃度(A)和硫同位素組成(B)的影響

圖2 微塑料對沉積物硫物種和硫酸鹽-CRS之間硫同位素組成差異影響

圖3 不同微塑料處理對參與異化硫酸鹽還原過程的功能基因和微生物的影響