Effects of microplastics on nitrogen and phosphorus cycles and microbial communities in sediments

硝化作用 环境化学 氮气循环 营养物 微塑料 化学 矿化(土壤科学) 反硝化 微生物种群生物学 氮气 生态学 生物 细菌 遗传学 有机化学
作者
Maoyun Yin,Bin Yan,Huan Wang,Yan Wu,Xiang Wang,Jueqiao Wang,Zhihao Zhu,Xixi Yan,Yuting Liu,Meijun Liu,Chuan Fu
出处
期刊:Environmental Pollution [Elsevier BV]
卷期号:318: 120852-120852 被引量:65
标识
DOI:10.1016/j.envpol.2022.120852
摘要

Sediments are the long-term sinks of microplastics (MPs) and nutrients in freshwater ecosystems. Therefore, understanding the effect of MPs on sediment nutrients is crucial. However, few studies have discussed the effects of MPs on nitrogen and phosphorus cycles in freshwater sediments. Herein, 0.5% (w/w) polyvinyl chloride (PVC), polylactic acid (PLA), and polypropylene (PP) MPs were added to freshwater sediments to evaluate their effects on microbial communities and nitrogen and phosphorus release. The potential biochemical functions of the bacterial communities in the sediments were predicted and assessed via 16S rRNA gene sequencing. The results showed that MPs significantly affected the microbial community composition and nutrient cycling in the sediments. PVC and PP MPs can promote microbial nitrification and nitrite oxidation, while PP can significantly promote alkaline phosphatase (ALP) activity and the abundance of the phosphorus-regulation (phoR) gene. PLA MPs had the potential to promote the abundance of microbial phosphorus transporter (ugpB), nitrogen fixation (nifD, nifH, and nifX), and denitrification (nirS, napA, and norB) genes and inhibit nitrification, resulting in massive accumulation and release of ammonia nitrogen. Although PLA MPs inhibited the activity of ALP and the abundance of the organophosphorus mineralization (phoD) gene, it could enhance dissimilatory iron and sulfite reduction, which may promote the release of sedimentary phosphorus. Our findings may help understand the mechanisms of nitrogen and phosphorus cycles and microbial communities driven by MPs in sediments and provide a basis for future assessments of the environmental behavior of MPs in freshwater ecosystems.
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