全球变暖下塑料球与原始微塑料对沉积物微生物及氮循环影响差异被揭示

近日，南京大学与中国科学院南京地理与湖泊研究所联合团队在Journal of Hazardous Materials发表最新研究，首次系统对比自然环境中带生物膜的 ** 塑料球（plastispheres）与实验室原始微塑料（pristine microplastics）** 在升温条件下对淡水沉积物微生物群落结构、互作网络及氮循环过程的差异化影响，为气候变暖背景下水环境微塑料生态风险评估提供关键新依据。

微塑料已成为全球淡水生态系统广泛存在的新型污染物，其在水体中易吸附微生物形成独特 “塑料球” 微生境，随沉降进入沉积物后可改变底栖微生物群落与氮、碳等关键生物地球化学循环过程。以往研究多采用原始微塑料开展模拟实验，难以反映真实环境中塑料球的实际生态效应；同时，气候变暖如何调控微塑料与塑料球的环境行为仍不明确。

该研究以聚乙烯（PE）与聚乳酸（PLA）为对象，先在南京九乡河原位培养 30 天获得成熟塑料球，再在室内设置 25℃、29℃、35℃三组温度开展 60 天沉积物培养，结合高通量测序、¹⁵N 同位素配对技术与定量 PCR 等手段，量化分析微生物群落组装、反硝化速率与 N₂O 排放差异。

研究核心发现：

1. 微生物群落扰动强度不同
   塑料球与原始微塑料均提升沉积物微生物多样性、增加网络复杂度，但塑料球干扰更强，形成更复杂但稳定性更低的共现网络；PLA 对群落的影响显著大于 PE，升温促使不同处理群落趋于收敛，削弱材料类型带来的差异。
3. 氮循环效应完全相反
   常温下，塑料球显著抑制反硝化速率（降幅 21.75%）与 N₂O 排放（降幅 39.45%），而原始微塑料显著促进反硝化速率（增幅 31.42%）与 N₂O 排放（增幅 23.81%），差异源于反硝化功能菌群与关键基因（nirS/nirK/nosZ）丰度的相反调控。
5. 升温主导效应并抹平差异
   温度成为调控微生物与氮循环的主导因子，高温下塑料球的抑制作用减弱，两类处理对反硝化与 N₂O 排放的影响趋于一致；群落组装由确定性过程主导转向随机性过程占优，生态系统可预测性下降。

机制分析显示，塑料球携带外源微生物加剧种间竞争、降低功能冗余，而原始微塑料通过释放碳源与改变微生境促进反硝化；升温通过筛选耐热功能类群、加速代谢与碳源释放，掩盖塑料球与原始微塑料的固有差异。

团队指出，自然环境中微塑料以塑料球形式存在，其生态效应不能简单用原始微塑料替代，应将其视为 **“活性污染物复合体”** 纳入水环境风险评估；未来气候变暖将进一步改变微塑料污染的生态结局，需在流域氮管理与温室气体减排中综合考量塑料球与升温的叠加效应。

该研究得到国家自然科学基金资助，成果为淡水沉积物微塑料污染防控、氮循环健康维持及气候适应性管理提供重要科学支撑。

APA 引用格式

Chang, M., Wu, B., Yang, H., Sun, P., Wang, H., Chen, L., & Ren, H. (2026). Effects of plastispheres and pristine microplastics on sediment microbial communities and nitrogen cycling under global warming. Journal of Hazardous Materials, 508, 141829. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.141829