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武汉植物园在入侵沉水植物多样性对含微塑料沉积物中硝酸盐异化还原过程影响研究中取得新进展

    去除过量的氮对于富营养化湖泊的生态恢复至关重要。湖泊中由微生物介导的硝酸盐异化还原过程是脱氮的重要机制。湖泊生态系统正面临日益复杂和严峻的外来沉水植物入侵风险和微塑料污染。入侵沉水植物在根系分泌有机物、氮同化效率等方面与本地沉水植物存在差异,会改变沉积物的硝酸盐异化还原过程。微塑料可以直接改变沉积物的物理化学性质,并通过影响沉水植物生长,间接地影响硝酸盐异化还原速率以及各过程的相互关系。但是在微塑料污染背景下,入侵沉水植物的多样性是否会影响沉积物硝酸盐异化还原过程尚不清晰。

武汉植物园水生植物与水生态系统健康学科组博士研究生高雪源在邢伟研究员的指导下,开展了聚苯乙烯微塑料(简称PS-MPs)的添加和入侵沉水植物多样性的交叉实验,并分析了其对沉积物理化性质、微生物群落结构和硝酸盐异化还原各过程潜在速率的影响。结果表明,反硝化过程对入侵沉水植物多样性的响应比DNRA和厌氧氨氧化更加敏感。然而,PS-MPs的添加干扰了入侵沉水植物多样性对硝酸盐异化还原过程的影响。PS-MPs的加入显著改变了沉积物的物理化学环境(例如显著降低了沉积物的pH值,提升了硝酸盐氮、氨氮的浓度等)。PS-MPs还引起了沉积物微生物群落的变化:随着PS-MPs浓度的上升,微生物群落的特有属增加,alpha多样性上升,并使微生物群落结构更加稳定。PS-MPs对沉积物的物理化学性质的改变,营造了更有利于反硝化过程进行的环境,进一步扩大了反硝化过程对DNRA过程的竞争优势。此外,PS-MPs的加入抑制了厌氧氨氧化过程。总体而言,硝酸盐异化还原对入侵沉水植物多样性的响应存在过程特异性。然而,PS-MPs的加入导致了非协同效应,削弱了入侵沉水植物多样性对硝酸盐异化还原的影响模式的表现。本研究结果有助于拓展对湖泊生态系统中沉水植物入侵的认识,以及微塑料积累对沉积物功能微生物群落和氮循环系统的影响。

研究成果以“Does invasive submerged macrophyte diversity affect dissimilatory nitrate reduction processes in sediments with varying microplastics?”为题在国际学术期刊Journal of Hazardous Materials上发表。本研究得到了国家自然科学基金项目(32170375,U204020117)的联合支持。

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水生植物与水生态系统健康学科组 高雪源
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