Effects of microplastics and carbon nanotubes on soil geochemical properties and bacterial communities
- Q. Wang
- X. Feng
- Y. Liu
- W. Cui
- Y. Sun
- S. Zhang
- F. Wang
Resumo
Foi conduzido um experimento de incubação do solo por 100 dias para explorar os efeitos de microplásticos (MPs) convencionais (polietileno de alta densidade, HDPE) e biodegradáveis (ácido polilático, PLA) e nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTMWCs) nas propriedades geoquímicas do solo e nas comunidades bacterianas. Geralmente, o pH do solo foi aumentado por 10% de HDPE e 10% de PLA, mas diminuído pelo aumento de NTMWCs. O teor de carbono orgânico dissolvido do solo foi aumentado apenas por 10% de PLA. O teor de NO₃⁻-N foi significativamente diminuído pelos MPs, com um decréscimo de 99% com 10% de PLA. Similarmente, o teor de P disponível foi reduzido por 10% de MPs. As atividades da urease e da fosfatase alcalina foram estimuladas por 10% de PLA, mas geralmente inibidas pelo HDPE. Inversamente, a atividade da FDAse foi estimulada pelo HDPE, mas inibida por 10% de PLA, enquanto a atividade da invertase diminuiu com o aumento de NTMWCs. No geral, tanto os MPs quanto os NTMWCs alteraram a diversidade bacteriana do solo. A co-exposição a 10% de MPs e MWCNTMWCs de 1 e 10 mg/kg causou os menores índices de riqueza de espécies e de Shannon. MPs, especialmente na dose de 10%, alteraram a composição da comunidade bacteriana e as vias metabólicas associadas, causando o enriquecimento de táxons específicos e genes funcionais. Nossos achados mostram que MPs convencionais e biodegradáveis alteram de forma diferente as propriedades geoquímicas do solo e a estrutura e funções da comunidade microbiana, o que pode ser ainda mais modificado pela co-existência de NTMWCs.
Abstract
A 100-day soil incubation experiment was conducted to explore the effects of conventional (high-density polyethylene, HDPE) and biodegradable (polylactic acid, PLA) microplastics (MPs) and multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) on soil geochemical properties and bacterial communities. Generally, soil pH was increased by 10% HDPE and 10% PLA, but decreased by increasing MWCNTs. Soil dissolved organic carbon content was only increased by 10% PLA. NO3−-N content was significantly decreased by MPs, with a decrement of 99% by 10% PLA. Similarly, available P content was reduced by 10% MPs. The activities of urease and alkaline phosphatase were stimulated by 10% PLA, but generally inhibited by HDPE. Conversely, FDAse activity was stimulated by HDPE, but inhibited by 10% PLA, whereas invertase activity decreased with increasing MWCNTs. Overall, both MPs and MWCNTs changed soil bacterial diversity. Co-exposure to 10% MPs and MWCNTs of 1 and 10 mg/kg caused the lowest species richness and Shannon indexes. MPs especially at the 10% dose changed bacterial community composition and the associated metabolic pathways, causing the enrichment of specific taxa and functional genes. Our findings show that conventional and biodegradable MPs differently change soil geochemical properties and microbial community structure and functions, which can be further modified by co-existing MWCNTs.
