模拟湿地生态系统中纳米氧化铜的分布及其对柳树生长和土壤微生态的影响
纳米材料由于其组成单元尺度较小，具备特异性的光、电、磁、热等多种特性，被大量应用于生物医学、制药、农业、化妆品、纺织、汽车以及电子产品等领域，而其中的典型代表——纳米氧化铜（CuO NPs），由于其独特的抗菌特性，在日常使用的涂料、杀菌剂、杀虫剂以及抗菌剂中广泛应用，至2025年预计产能达1600吨。CuO NPs的大量使用，不可避免地会排放进入到环境中，对生态系统造成直接或间接影响。湿地作为陆地和水生系统的交错地带，是旱地和水生环境之间的过渡区，是地表水体及其携带的各种污染物如CuO NPs的重要汇集区域，然而，目前对CuO NPs在湿地系统的环境行为及生态影响尚不清楚。
近日，中国林科院亚林所生态修复研究团队，通过模拟淡水森林湿地中CuO NPs非均质排放暴露，探究了暴露90 d后CuONPs在湿地水体、土壤的溶解释放及植物的积累，分析了Cu颗粒对柳树（Salix integra）生长、土壤酶活以及微生物群落的影响。研究发现，与Ionic Cu（离子铜）和CuO BPs（微米氧化铜颗粒）相比，CuO NPs向深层土壤释放Cu离子的能力更强；100 mg/kg CuO NPs和500mg/kg CuO BPs处理促进了柳树生长，而500mg/kg的CuO NPs却抑制了柳树生长，因此，高浓度的CuO NPs显示出比CuO BPs更强的植物毒性。进一步对柳树根际土壤样品的土壤酶活性和微生物群落组成进行分析，发现CuO NPs、CuO BPs以及Ionic Cu对土壤酶活性和土壤微生物的群落组成产生了特异性的影响。其中CuO NPs显著降低过氧化物酶和多酚氧化酶活性，与之相反，Ionic Cu处理提高两者酶活，而CuO BPs仅对多酚氧化酶活性有一定的刺激作用；通过高通量测序分析了根际微生物群落结构变化，与对照相比，Cu处理显著降低了细菌群落α多样性，但值得注意的是，高剂量CuO（500 mg/kg Cu NPs、BPs）有助于提高真菌群落α多样性；RDA结果进一步表明，Cu浓度和pH是影响微生物群落组成的主要因素。该研究结果可为淡水森林湿地系统中CuO NPs的环境风险和生态影响评价提供依据。
相关研究成果以“Effects of copper oxide nanoparticles on Salix growth, soil enzyme activity and microbial community composition in a wetland mesocosm（纳米氧化铜对湿地生态系统中柳树生长、土壤酶活以及微生物群落组成的影响）”为题在环境生态领域著名期刊Journal of Hazardous Materials发表。中国林科院亚林所硕士毕业生曲豪杰（现在中山大学攻读博士学位）为论文第一作者，陈光才研究员为通讯作者。广东工业大学马传鑫教授、美国康涅狄格州农业实验站Jason C White博士、马萨诸塞大学AMHERST分校Baoshan Xing教授等参与了该项研究。该研究得到中央级公益性科研院所基金项目资助。（盖旭 曲豪杰/亚林所）
原文链接：DOI:10.1016/j.jhazmat.2021.127676