中科院南京土壤所蒋新团队ES&T内封面：土壤代谢组影响微塑料表面生态冠的形成和吸附过程

内封面

成果简介

近日，中国科学院南京土壤研究所蒋新研究员团队与江南大学、中国科学院成都山地灾害与环境研究所和挪威科技大学团队合作在环境领域著名期刊 Environmental Science & Technology 上发表了题为“ Soil Metabolome Impacts the Formation of the Eco-corona and Adsorption Processes on Microplastic Surfaces ”的内封面论文 。文中 全面描述了基于我国三种地带性土壤代谢组的聚乙烯地膜源微塑料表面生态冠的形成机制、分子组成与环境效应，揭示了微塑料在土壤环境中的“伪装”过程，强调了生态冠在陆地环境微塑料风险评估中的重要性 。

引言

图文导读

PE 微塑料表面的生态冠的形成

PE 微塑料与土壤代谢物相互作用后其表面脂肪酸的 C-C 键、碳水化合物的 C-O-C 键、脂类或蛋白质的 C-N 键、氨基化合物的酰胺 Ⅲ 键的 C-N 以及脂质的 CH 和 CH ₂ 键产生了显著性差异（图 1a ）。利用显微拉曼成像技术观察到 PE 微塑料表面生态冠的形成（图 1b ）。同时，基于傅里叶红外光谱、 X 射线能谱、扫描电镜等测定与拉曼结果相互验证，证实了 PE 微塑料接触土壤代谢物 72 小时后其表面可形成生态冠 。

生态冠来源于土壤代谢物，而非 PE 微塑料内源性释放物

PE 微塑料导致土壤代谢物中的脂类和类脂分子、苯类、生物碱和衍生物、核苷、核苷酸和类似物、苯丙类和聚酮类、有机杂环化合物和其他化合物浓度显著性降低（ p ≤ 0.05 ）（图 2 ）。这些化合物主要官能团包括 C-C 、 C-O-C 、 C-N 、酰胺键、脂质 CH 和 CH ₂ 等，与光谱结果一致。对 PE 微塑料释放的内源性化合物的分析表明，尽管微塑料可以释放多种内源物，但没有一种内源物属于浓度显著降低的前 50 种代谢物，但有 9 种释放的内源物属于浓度显著增加的前 50 种代谢物。与 PE 微塑料互作后，在三种土壤类型中丰度显著下降（ p ≤ 0.05 ）的共有代谢物的数量多于各自土壤特有差异代谢物，表明微塑料在不同土壤中生态冠的组成具有相似性 。

PE 微塑料对土壤代谢物的吸附机制

全反式维甲酸、氨基己酸、甜菜碱、脱氧腺苷和胸腺嘧啶在 PE 微塑料上可发生直接吸附，且在 24 小时内迅速达到平衡（图 3a ）。同时，利用牛血清蛋白构建负载蛋白的微塑料进一步研究了微塑料生态冠的形成途径。牛血清蛋白对土壤代谢物在 PE 微塑料上的吸附行为有双重影响。一方面，牛血清蛋白促进了胸腺嘧啶在白色地膜 PE 微塑料上的吸附，提高了氨基己酸在地膜微塑料上的吸附率（图 3b ），表明牛血清蛋白可充当部分土壤代谢物和 PE 微塑料之间吸附的“桥梁”，使部分代谢物间接吸附在 PE 微塑料表面。此外，牛血清蛋白在 PE 微塑料表面可占据吸附位点抑制了全反式维甲酸、甜菜碱和脱氧腺苷在微塑料上的吸附（图 3b ）。因此，土壤代谢物可以通过直接与间接两种途径吸附到 PE 微塑料表面 。

生态冠和土壤代谢物抑制 PE 微塑料对有机污染物的吸附

土壤代谢物的存在显著降低了微塑料对邻苯二甲酸二丁酯（ DBP ）的吸附量（ p ≤ 0.05 ）。相对于初始微塑料， DBP 在已形成生态冠的微塑料上的吸附率下降了 14.4% （图 4a ）。土壤代谢物可以 1 ）在 PE 微塑料表面形成生态冠，占据吸附位点； 2 ）增强疏水性有机污染物在溶液相中的溶解两种途径抑制污染物在微塑料上的吸附，且生态冠的屏障作用对抑制吸附的贡献（ 47% ）略低于增溶机制（ 53% ）（图 4b ）。