关键词： 微塑料   双壳贝类   丰度   生物特征参数   健康风险评估  

摘要： 微塑料污染现象已经成为全球环境关注的热点之一。我国作为塑料生产和消费大国,沿海地区微塑料污染问题尤为严重。微塑料在海洋环境中的广泛分布,对海洋生物造成了多方面的不利影响。微塑料因其体积小,容易被多种海洋动物误食。近年来,海洋动物体内微塑料富集及其潜在健康危害引起人们广泛关注。人类处于食物链顶端,可能通过食用多种海洋生物摄入微塑料。虽然有关微塑料在贝类中的富集情况已有较多研究,但在我国缺乏大空间尺度下多个贝类物种微塑料富集特征的研究。此外,关于贝类加工制品微塑料污染特征的研究更是鲜有报道。因此,亟待选取微塑料污染热点海域的经济贝类和干贝制品开展相关研究。本研究分别在环渤海11个站位、沿海9个城市和烟台海域采集了21种贝类活体、5种干贝以及10个常见贝类样本,对其体内微塑料富集特征进行了详细表征。本研究结果可为全面解析我国沿海贝类体内微塑料的污染特征提供重要数据支撑,也为人类通过食用贝类摄入微塑料的潜在健康风险评估提供重要参考。主要研究结果如下: (1)环渤海海域贝类微塑料的污染特征研究 在环渤海沿岸11个地点采集了21种不同栖息习性的贝类(n=2006),对其体内微塑料的富集特征进行了分析。应用傅里叶变换红外光谱(μ-FTIR)鉴定贝类样本内的微塑料颗粒,并对食用贝类摄入微塑料的健康风险进行了评价。在所有采集到的物种中,约有91.9%的个体摄入微塑料,平均丰度为3.30±2.04个/个体或1.04±0.74个/g湿重。微塑料颜色以黑色,透明和蓝色为主。微塑料形状以纤维状为主,共检测到8种聚合物,其中人造丝的检出率最高(58.3%),其次是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(27.3%)。爬行型贝类体内的微塑料丰度、摄入率和聚合物组成最高,表明它们可能通过食物摄入微塑料。贝类的壳高和壳长以及软组织湿重等生物特征参数与其体内微塑料丰度无明显的相关性。腹足类动物略胀管蛾螺的微塑料丰度最高,如果不切除消化腺而整个食用,可能会增加人类接触的风险。这些贝类体内微塑料的聚合物危险等级为III级(H=299)。通过食用环渤海贝类,人体摄入微塑料的平均数量为3399个/年。 (2)我国沿海干贝产品微塑料的污染特征研究 本章对我国沿岸9个地点5种常见贝类干制品(n=900)中微塑料的摄入量进行了分析,包括菲律宾蛤仔、栉孔扇贝、缢蛏、紫贻贝和虾夷扇贝。应用傅里叶变换红外光谱(μ-FTIR)鉴定贝类干制品中的微塑料,并对食用贝类干制品摄入微塑料的健康风险进行了评价。结果表明,我国沿海干贝产品体内普遍存在微塑料污染,共检测到微塑料1351个,微塑料平均丰度为1.75±1.09个/g(湿重)或1.6±0.76个/个体。菲律宾蛤仔的微塑料丰度最高。微塑料形状以纤维、碎片和薄膜为主,小于500μm的纤维状微塑料为常见。干贝制品中共检测到10种聚合物,人造丝(Rayon)、尼龙(PA)和PET是主要的聚合物类型。颜色以透明、黑色和蓝色为主。这些贝类干制品中微塑料的聚合物危险等级为III级(H=736)。通过食用贝类干制品,人体摄入微塑料的平均数量为5720个/年。 (3)烟台海域贝类微塑料的污染特征研究 本章探讨了烟台海域常见贝类体内的微塑料污染特征。在烟台采集了共10种常见贝类(n=100),包含长竹蛏、毛蚶、栉孔扇贝、中国蛤蜊、菲律宾蛤仔、紫贻贝、扁玉螺、海湾扇贝、文蛤和脉红螺。将样品进行消解和提取后,采用安捷伦激光红外成像系统(LDIR)对微塑料进行分析,其精准度相较于μ-FTIR更高,尤其是对20-100μm的微塑料。微塑料平均丰度为7.55±4.87个/g(湿重)或28±1.99个/个体。微塑料形状主要包括纤维、颗粒和薄膜,且小于50μm的纤维最为常见,颜色以透明和白色为主。共检测到8种聚合物,聚乙烯(PE)、尼龙(PA)和聚氯乙烯(PVC)是主要的聚合物类型。微塑料丰度与生物特征参数间的斯皮尔曼相关性分析结果为负相关,软组织湿重和微塑料丰度的相关性最大。烟台海域贝类中微塑料的聚合物危险等级为Ⅳ级(H=2115)。通过食用烟台海域贝类,人体摄入微塑料的平均数量为24680个/年。

关键词： 微塑料   雾霾天气   污水处理厂   微藻   代谢组学   健康风险  

摘要： 微塑料因其体积小、比表面积大在环境中广泛分布,由于微塑料难降解、易于吸附有毒物质,对生物及人类健康安全存在极大风险,近年来受到广泛关注。空气中微塑料通过自然沉降、降雨降雪等作用汇聚到城市道路,经雨水冲刷汇入水体。承接生活污水的污水处理厂既是城市环境中微塑料的汇,又是微塑料流向江河湖海等水体的源。目前对微塑料的赋存特征研究大多数集中在沿海城市,而对中国寒区内陆城市环境中微塑料污染特征的研究较少。特别是雾霾天气下空气中微塑料的污染情况尚未明晰。为了提高对微塑料在水环境中迁移规律的认识,加深对微塑料与空气微生物和人类活动相关性的理解,进一步探索微塑料对微藻的毒性效应机制,本文选取寒区城市哈尔滨市市内典型区域探究微塑料的时空分布特征,分析了微塑料的污水处理厂中的迁移特征,探讨了空气中微塑料浓度及环境因子与空气微生物浓度间的相互关系,并评估微塑料对人类健康的潜在风险。另外以模式生物小球藻为实验对象,借助代谢组学手段深入探究微塑料对微藻生长的影响,为微塑料在城市污水处理厂和空气中的赋存特征及其对微藻的毒性效应提供理论依据。 通过安德森六级生物采样器,同时收集雾霾天气条件下空气中的微塑料和微生物,发现行人通行量（13.2人/min）更多的中学采样点空气中微塑料平均浓度（162.6±44.6个/m3）高于大学（63.2±21.8个/m3）和公园（12.8±5.5个/m3）。空气中有超过70%的微塑料是纤维状,还有部分碎片状和球形微塑料;0-100μm的空气微塑料占总微塑料的69.06%;聚酯、聚乙烯和聚苯乙烯（Polystyrene,PS）等是空气微塑料的主要类型。在微塑料和微生物样本中均观察到时间变化,晚间空气中微塑料及微生物浓度高于早间和午间。采集器中粒径>7.0μm的空气样本中检测到平均细菌浓度最高,微生物浓度整体上随着粒径减小而降低,2.1-3.3μm和1.1-2.1μm样本中微生物浓度略有升高。空气中微塑料浓度与风速和O3浓度成负相关,与温度、PM2.5、PM10、NO2、CO、SO2、细菌浓度和真菌浓度成正相关。在空气中检出肠杆菌属、沙雷氏菌属、苍白杆菌属及马尔尼菲篮状菌等机会致病菌。人体通过吸入空气摄入的微塑料和微生物对儿童造成的健康风险大于成年人,晚间吸入风险高于日间。 污水处理厂是城市环境中微塑料的汇,微塑料在污水处理厂各处理单元中的浓度分布不同,在污水处理厂的进水中检测到微塑料的平均浓度为126.0±14.0个/L,沉砂池、初沉池、生化池、二沉池及最终出水中微塑料的平均浓度分别为86.9±13.4个/L、72.6±4.5个/L、51.3±5.6个/L、37.9±8.5个/L和30.6±7.8个/L;纤维是污水样品中微塑料的主要形状。固体样品格栅栅渣和沉砂池砂粒中微塑料浓度分别为24.2±2.9个/g和5.8±1.2个/g,回流污泥和污泥滤饼中微塑料浓度分别为36.3±5.7和46.3±5.2个/g,粒径尺寸0.1-0.5mm和碎片是污泥和沉砂池样品中微塑料的主要粒径和形状。聚酯是最常见的微塑料类型（29.5%）,其次是尼龙（20.5%）,聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene glycol terephthalate,PET）(14.3%)和聚乙烯（11.6%）,表明污水处理厂中微塑料主要来自合成服装和食品包装及个人洗漱用品等。污水处理厂进水中微塑料浓度受到季节影响,同年内1、2、7、8、11和12月进水中的微塑料浓度显著高于其他月份的微塑料浓度。污水中微塑料经污水处理厂处理后流向格栅栅渣、沉砂池砂粒及污泥。各处理单元对微塑料的去除率受到季节变化影响,呈现夏季高,春冬低的趋势。 空气中微塑料沉降后汇入水体环境,污水处理厂中微塑料也随着出水排放再次进入到水体环境中。在空气和污水中均检测到橡胶的存在,在橡胶渗滤液中检测到含有较高浓度的金属Zn。小球藻是水生生态重要生产者,也是常用来进行毒性测试的模式生物。PET和PS微塑料是污水处理厂和空气中微塑料的主要类型,选取42–170μm PET和0.1μm PS微塑料对小球藻进行单一暴露实验,并选用毒性效应更显著的PS微塑料和金属Zn开展联合毒性研究。PET、PS、Zn和Zn-PS均抑制微藻生长,且抑制率随着时间和浓度增加增大,其中100 mg/L PET、100 mg/L PS、1.0 mg/L Zn和Zn-PS（1.0 mg/L Zn+100 mg/L PS）对微藻抑制率分别为18.43%、23.06%、35.77%和30.67%。PET、PS、Zn和Zn-PS降低了藻细胞对培养基中葡萄糖和NO3--N的利用率及藻细胞中色素、碳水化合物和蛋白质的积累。PET微塑料诱导Chlorella sp.油脂含量增加,PS微塑料诱导Chlorella sp.类胡萝卜素的积累来抵

关键词： 微塑料   重金属   紫苏   生理生化代谢   转录组分析  

摘要： 微塑料（Microplastics,MPs）是近年来广受重视的一种新型污染物,广泛存在于陆地和水体环境中,会对植物生长和农业可持续发展造成不利影响。同时,MPs往往会吸附其它污染物形成MPs-污染物复合体,进而产生更为复杂的影响。其中和重金属的互作受到较多学者的关注。 聚氯乙烯（PVC）是最常见的MP类型之一,可以通过多种途径进入农业环境中。其使用量长期位居所有塑料类型的前三名,并且极难降解,被认为是对环境破坏最严重的MP类型之一。铜（Cu）是影响我国农用地土壤环境质量的主要重金属污染物之一。二者常共存于农业环境中。 紫苏(Perilla frutescens（L.）Britt)为唇形科一年生草本植物,是一种多功能观赏芳香植物资源,近年来被广泛人工栽培,具有显著的经济价值。紫苏栽培中广泛使用塑料大棚和地膜覆盖,必然面临MPs暴露环境。同时,紫苏作为一种重金属超富集植物极易富集重金属。目前尚未见MPs和重金属共存环境对紫苏影响的报道。本研究采用Cu SO4·5H2O为Cu2+供体模拟Cu污染环境,PVC模拟MPs污染环境,分析了Cu和PVC单一及复合处理对紫苏种子萌发、植株生长和生理生化代谢的影响,并结合转录组测序分析其分子响应机制,主要结论如下: ***和PVC单一及复合处理对紫苏种子萌发的影响 Cu对紫苏种子萌发的影响表现为低促高抑效应。其中,8 mg·L-1为临界浓度,此浓度下种子发芽势、发芽指数和种子活力分别为对照的23.08%、76.32%和65.65%。不同浓度的PVC均未对紫苏种子萌发产生明显影响。 Cu82++PVC复合处理中,低浓度(10 mg·L-1和50 mg·L-1)的PVC添加在一定程度上减轻了Cu对种子萌发、胚根长度和胚根直径的不利影响。当PVC浓度较高(1000 mg·L-1和5000 mg·L-1)时,则加剧了Cu对种子萌发和胚根形态的不良影响,种子萌发延迟,胚根根毛数量减少。 与Cu82+单一处理相比,在Cu82++PVC复合处理中,低浓度PVC(10 mg·L-1)的添加提高了SOD活性,降低了MDA和H2O2含量,而高浓度PVC(5000 mg·L-1)的添加则抑制了SOD活性和POD活性,增加了ROS和MDA含量。上述指标大多在处理后24 h达到峰值。Cu和Cu+PVC处理均显著了抑制α-淀粉酶活性,降低了淀粉和可溶性糖含量,β-淀粉酶活性无明显规律性变化。 ***和PVC单一及复合处理对紫苏幼苗生长的影响 Cu对紫苏幼苗生长表现为低促高抑效应。2 mg·L-1为临界浓度,高于此浓度时,紫苏叶片发黄卷曲,根量减少且出现腐烂现象。低浓度的PVC(10 mg·L-1和50 mg·L-1)和中浓度的PVC(100 mg·L-1和500 mg·L-1)未对幼苗生长造成显著影响,而高浓度(1000 mg·L-1和5000 mg·L-1)的PVC则显著抑制了幼苗生长,叶片生长速度减慢,根系长度及体积均受到显著抑制。 Cu22++PVC复合处理中,与Cu单一处理相比,中低浓度PVC(10和100 mg·L-1)的添加使得幼苗叶面积增加,叶片失绿发黄现象有所减轻,高浓度PVC(1000 mg·L-1和5000 mg·L-1)的添加则显著抑制了根系长度、根系表面积与体积。 与Cu22+单一处理相比,Cu22++PVC100复合处理显著增加了紫苏叶片光合色素含量,提高了叶绿素荧光参数和气体交换参数,改善了幼苗光合作用。与Cu22+单一处理相比,POD为改善Cu22++PVC100复合处理的关键酶,可溶性糖和脯氨酸为缓解毒性的关键物质。 3.紫苏响应Cu和PVC复合处理的转录组分析 与Cu22+单独处理相比,Cu22++PVC100复合处理诱导的差异表达基因主要涉及逆境响应、信号转导、膜转运以及信号和细胞过程等通路。KEGG和GO分析显示多数基因富集在胞吞途径和脂质代谢通路。胞吞途径富集的差异基因全部上调表达,脂质代谢中茉莉酸合成途径富集的差异基因全部下调表达。转录组分析结果显示ABC转运蛋白相关基因存在大量差异表达情况,深度介入了胞吞途径和茉莉酸合成途径。ABC转运蛋白家族基因在紫苏响应Cu+PVC复合处理中可能发挥了关键作用。 4.紫苏ABC基因家族分析及其对Cu+PVC复合处理的响应 从紫苏基因组中共鉴定出107个ABC基因家族成员,分别属于ABCA、ABCB、ABCC、ABCD、ABCE、ABCF、ABCG和ABCI七大亚家族,响应Cu22++PVC100复合处理的为ABCA、ABCB和ABCC亚家族。顺式作用元件分析表明大部分紫苏ABC基因主要包含环境和胁迫响应元件、激素响应元件、光响应元件三大类。荧光定量验证结果表明,Cu22++PVC100复合处理下紫苏ABC基因主

关键词： 微塑料   铜   复合污染   根际  

摘要： 微塑料(microplastics)作为一种新兴的有机污染物,由于其具有粒径小、分布广、降解困难、易吸附、持久长等特点,对陆地生态系统构成潜在威胁。重金属(heavy metals)作为几十年来始终被密切关注的土壤污染物,已与微塑料在土壤环境中长期共存。目前研究发现,微塑料通过物理吸附负载重金属,可能对植物生长发育以及农业生态系统的良性循环产生强烈影响(Wang et al.2022b),且微塑料的存在影响植物对重金属的吸收及重金属的毒性(Dong et al.2020)。因此研究微塑料与重金属的复合污染对于理解土壤-植物系统至关重要。本研究通过盆栽试验,研究不同类型微塑料,低密度聚乙烯(Low Density Polyethylene,LDPE)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(poly(butylene adipate-co-terephthalate),PBAT),与重金属铜污染对本氏烟草生长和抗氧化防御系统的影响,并利用转录组测序技术揭示单一或复合污染暴露对植物生理的影响。同时,通过植物根际16S r DNA和ITS扩增子测序,探讨这些污染物对根际土壤微生物群落的影响,为明晰微塑料和重金属的双重污染对土壤-植物系统生态效应的影响提供新视角。本研究结果如下: (1)铜污染对于植物的影响存在浓度效应,微塑料对植物的影响也存在类型差异。低浓度铜污染对植物生长及抗氧化防御系统无显著影响,而高浓度铜污染会抑制本氏烟草根部、茎部的生长,使植物总干重下降31.29%,同时对植物抗氧化防御系统造成压力,导致植物细胞氧化应激,超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性分别提高64.93%、89.63%。不同类型微塑料对植物生长的影响存在差异,其中LDPE对植物根部影响较大,而PBAT对植物茎部影响较大。二者均影响植物抗氧化酶活性,所响应酶的类型不同。双因素方差分析显示,微塑料和重金属对植物总干重、CAT活性和丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量存在显著交互(p<0.05)。 (2)高浓度铜污染、PBAT污染以及二者复合污染会影响植物特定通路基因表达。转录组测序结果表明,微塑料PBAT处理、高浓度铜处理及二者复合污染处理均与对照组植物的基因表达差异显著(p<0.05)。其中,复合处理组中特有的差异表达基因数量相对较多,推测微塑料和重金属复合污染对本氏烟草基因表达的影响较大。与对照组相比,三个处理组共有的富集代谢通路是植物-病原体相互作用(nta04626)、淀粉和蔗糖代谢(nta00500)、苯丙素生物合成(nta00940)和类胡萝卜素生物合成(nta00906),这些通路可能与本氏烟草的抗逆性、光合作用、次生代谢和色素合成等生理过程有关。 (3)高浓度铜污染会影响土壤理化,微塑料会提高土壤酶活及氮含量,不同类型塑料与铜复合污染会对铜的有效性产生不同影响。土壤理化指标显示,高浓度铜污染会抑制土壤碱性磷酸酶、过氧化氢酶和脲酶活性,同时降低土壤有机碳含量、pH和阳离子交换量,增加硝态氮含量、有效磷含量和电导率等。微塑料LDPE和PBAT处理均会使土壤铵态氮、硝态氮和有效磷含量显著增加,同时显著提高土壤碱性磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性(p<0.05)。此外,高浓度铜污染条件下,PBAT微塑料处理的土壤全铜含量与有效铜含量、植物根部铜含量均显著低于LDPE微塑料处理(p<0.05),即PBAT微塑料降低了重金属铜的生物利用度。 (4)铜污染、微塑料污染以及复合污染会影响土壤细菌群落组成以及特有ASVs相对丰度。在重金属铜处理下,细菌优势菌门Proteobacteria(变形菌门)相对丰度显著提高,而Bacteroidota(拟杆菌门)相对丰度显著降低(p<0.05)。其中,高浓度铜污染处理会导致细菌特有ASVs数量下降,而低浓度铜则使其增加。此外,高浓度铜污染使细菌群落的丰富度和多样性下降,且其比低浓度铜污染对细菌群落功能的抑制更广泛。此外,微塑料LDPE和PBAT均导致特有细菌ASVs数量减少,且两种微塑料处理的土壤中优势菌门Actinobacteriota(放线菌门)相对丰度显著均提高,Bacteroidota(拟杆菌门)、Acidobacteriota(酸杆菌门)相对丰度均显著降低(p<0.05)。其中,与传统塑料LDPE相比,可生物降解微塑料PBAT对细菌群落多样性的影响更明显,引起响应的菌门数量更多,其对细菌群落潜在功能的抑制范围也更宽。比较污染物单一或复合处理对细菌群落的影响发现,两类污染物对群落多样性表现出协同毒性。同时,微塑料LDPE和重金属铜复合处理对Bacteroidota(拟杆菌门)相对丰度的抑制显著高于单一处理组(p<0.05)。 (

关键词： 棉田土壤   微塑料   吡虫啉   复合污染   棉花   毒性效应  

摘要： 微塑料（microplastics，MPs）作为新污染物在环境中广泛存在，尤其在土壤环境中的污染更为严重。新疆作为中国最大的棉花种植地，农膜使用量和覆盖面积位居全国之首，由于长期覆膜、残膜回收率低，微塑料在棉田中逐年积累导致污染加剧，因此亟需研究微塑料对棉花的毒性效应。此外新烟碱类杀虫剂（neonicotinoid insecticides,NEOs）的广泛使用也致使土壤中农药残留，成为棉田中一类重要的面源污染，因此有必要探究微塑料与新型农药复合污染对棉花的毒性效应。　　本研究选取农膜常用材质聚乙烯（polyethylene，PE）和具有广泛应用前景的聚乳酸（polylactic acid,PLA）作为典型微塑料，选取吡虫啉（imidacloprid，IMI）为典型新烟碱类杀虫剂，系统研究了微塑料及其与新型农药复合污染对棉花的毒性效应。本研究探讨了不同粒径（10和100μm）、不同浓度（10、100、500和1000 mg·L-1）的不可生物降解微塑料PE和可生物降解微塑料PLA对棉花种子发芽的影响;揭示了不同粒径（10和100 μm）、不同质量分数（0.01％、0.1％和1％）的PE和PLA对棉花出苗的抑制以及对水培和土培棉花幼苗的毒性效应及机制;阐述了微塑料对IMI的吸附行为以及两者复合污染对水培棉花幼苗的毒性效应及机制。本研究的主要结论如下:　　（1）微塑料对棉花种子发芽和出苗的抑制整体具有浓度依赖效应。高浓度易造成更严重的根表面吸附阻塞，释放更多的有毒物质，PE的抑制作用较PLA强。除吸附阻塞和毒性外，微塑料还通过降低沙土中氮、磷含量抑制棉花生长。小粒径微塑料更易通过沙土孔隙迁移而对根系造成阻塞和毒性，抑制程度更强。　　（2）微塑料对水培和土培棉花幼苗的形态学指标造成了抑制，减少了光合色素含量，显著降低了根系活力，刺激了抗氧化反应。微塑料的浓度越高，对棉花的生长发育越不利，会导致更多的ROS积累和程度更强的氧化损伤。但土培条件下的毒性强度小，这是由于土壤颗粒的缓冲作用阻挡了部分微塑料与棉花根系的接触。微塑料的根表面吸附阻塞造成的水分、营养吸收受阻和根系活力的降低、毒性添加剂的释放、氧化应激以及叶绿素含量的降低是抑制棉花幼苗生长发育的主要因素，土培条件下微塑料还会通过减少可溶性蛋白、土壤氮和磷以及改变微生物群落结构对棉花生长产生抑制作用。　　（3） PE10和PE100由于表面被氧化生成含氧官能团，增加了表面极性。PE10和PE100对IMI的主要吸附机制是氢键作用、分配作用和范德华力;PLA10和PLA100对IMI的主要吸附机制是氢键作用、极性-极性相互作用和范德华力。微塑料与IMI复合污染的研究结果表明，对于棉花的形态学指标和光合色素含量，低浓度（0.01％）微塑料由于吸附作用，缓解了IMI的部分毒性;中浓度（0.1％）微塑料与IMI产生协同抑制作用;高浓度（1％）微塑料与IMI竞争根表面吸附位点，抑制作用主要由微塑料产生。复合污染比微塑料单一污染对幼苗生长发育的抑制作用更强，最高浓度的复合污染毒性效应最强。复合污染进一步刺激了抗氧化反应，但高浓度的PE10与IMI复合污染破坏了抗氧化防御系统，造成了最严重的氧化损伤。微塑料与IMI复合污染抑制棉花生长发育的主要因素包括微塑料的根表面吸附阻塞、毒性添加剂释放、IMI的毒性、氧化应激、光合色素含量的减少以及根系活力的降低。

关键词： 芝麻菜(Eruca sativa Mill.)   微塑料污染   微塑料多样性   施肥   杂草管理  

摘要： 微塑料作为一种新型环境污染物,在地球中几乎无处不在,且正在变得越来越多样化,进而受到了人们极大的关注。尽管许多研究已经证明微塑料对作物生长存在直接影响,但现有研究多集中在单一聚合物类型微塑料,尚未详细比较不同聚合物类型微塑料及微塑料多样性水平对农作物生长带来的差异影响。同时,农作物生长还受到常见田间管理措施(施肥、杂草)的影响,但微塑料污染背景下施肥与杂草及其交互作用对农作物生长的影响仍不清楚。因此,本研究以农田广泛种植的蔬菜作物——芝麻菜(Eruca sativa Mill.)为研究对象,采用温室盆栽控制实验,分别探究了不同聚合物类型微塑料对芝麻菜生长的影响及其差异,微塑料多样性水平对芝麻菜生长的影响,常见田间管理措施(施肥和杂草)对芝麻菜响应微塑料污染的调控作用。主要研究结果如下: (1)与对照相比,在添加的12种微塑料中,只有聚丁烯-水杨酸共聚物(Polybutylene succinate,PBS),聚己内酯(Polycaprolactone,PCL)聚乳酸(Polylactic acid,PLA)会显著降低芝麻菜地上生物量(分别减少97.4%、99.7%和91.6%)、地下生物量(分别减少99.3%、99.7%和87.2%)和总生物量(98.3%、99.7%和91.2%),并且显著增加根质量分数(分别增加70.1%、69.6%和50.4%),而其他9种微塑料对芝麻菜地上生物量,地下生物量及总生物量均无显著影响。与对照相比,PBS,PCL和PLA还会显著降低芝麻菜叶片数(分别减少77.5%、84.1%和63.8%)、株高(分别减少83.3%、89.1%和68.8%)及比叶面积(分别减少77.9%、80.6%和77.6%)。PBS,PCL和PLA均会显著降低芝麻菜比根长(分别减少35.2%、31.5%和33.5%),显著增加芝麻菜平均根直径(分别增长19.8%、25.8%和15.2%)。 (2)与对照相比,当微塑料多样性水平为1时,两者在芝麻菜生物量之间无显著差异。微塑料多样性水平为3或6时,芝麻菜的地上生物量、地下生物量及总生物量会显著下降。当微塑料多样性水平为3时,地上生物量、地下生物量及总生物量分别下降54.4%、68.0%和52.3%;而微塑料多样性水平为6时,地上生物量、地下生物量及总生物量下降趋势加剧,分别下降75.4%、70.1%和73.0%。此外,我们发现在微塑料多样性水平为1和3时,芝麻菜根质量分数无明显变化,但在微塑料多样性水平为6时根质量分数会显著增加124.8%。与对照相比,微塑料多样性为1,3和6时均会显著降低芝麻菜叶片数(分别减少14.8%、33.7%和38.6%),但芝麻菜株高和比叶面积只有在微塑料多样性水平为3和6时才会显著下降(株高:-61.4%和-73.7%;比叶面积:-26.8%和-50.1%)。微塑料多样性水平为1、3和6时会显著增加平均根直径(分别增加10.1%、20.2%和28.5%),当微塑料多样性水平为6时,芝麻菜比根长会显著下降43.4%。 (3)与对照相比,PBS和PCL会显著降低芝麻菜地上生物量(分别降低82.7%和94.1%)和叶片数量(分别降低56.5%和71.4%)。与此同时,PBS会显著降低芝麻菜比根长(40.3%),但对根质量分数没有显著影响。施肥显著增加了芝麻菜的地上生物量(81.9%),但杂草竞争会显著降低芝麻菜地上生物量(53.1%)。值得注意的是,PBS、PCL与施肥对芝麻菜的生长有显著的交互作用,施肥可以缓解PBS、PCL对芝麻菜地上生物量和叶片数负面作用。同时,PBS、PCL与杂草竞争对芝麻菜的生长同样存在显著的交互作用,即杂草竞争可以加剧PBS、PCL对芝麻菜地上生物量和叶片数的负面作用。此外,我们观察到PBS,施肥和杂草竞争对芝麻菜地上生物量存在显著的三因素交互作用。具体来说,当芝麻菜单独生长时(即无杂草竞争),施肥会减缓PBS对芝麻菜地上生物量的负面影响,即相对不施肥条件下(-97.7%)施肥条件下PBS会使芝麻菜地上部生物量下降71.6%,但在杂草竞争下,施肥所起到的缓解作用被削弱了,即当芝麻菜与杂草存在竞争时,施肥条件下PBS会使芝麻菜地上生物量下降78.3%。 综上所述,本研究分别通过探究不同聚合物类型微塑料,微塑料多样性不同水平,微塑料、施肥和杂草竞争及其交互作用下对芝麻菜生长的影响,明晰不同聚合物类型微塑料影响下芝麻菜生长的差异规律,及其常见田间管理措施下芝麻菜生长响应微塑料污染的调控作用。

关键词： 土壤   微塑料   可视化分析   知识图谱   Cite space  

摘要： 为了进一步了解土壤微塑料领域的研究现状和发展趋势，本文收集整理了Web of Science核心数据库和中国知网（CNKI）中2000年至2023年6月1日关于土壤微塑料领域的研究成果。利用Cite space软件在发文数量、高被引文章、作者、国家地区、发文机构、关键词等方面进行综合分析。结果表明：（1）在2017年后关于土壤微塑料的研究热度持续增长，发文量增长，在2020年后快速增长。（2）中国是发文量最多的国家，且发文量前四的机构均来自中国，但在起步阶段此领域主要是国外机构发文；中国虽然起步较慢但发展迅速，已经成为土壤微塑料研究领域具有较大影响力的重要国家。（3）从关键词分析判断，当下的研究热点有农田土壤微塑料污染、寻找高效微生物进行生物修复、探究微塑料在土壤及其他环境中的迁移途径和寻找更快速准确的微塑料识别方法等方面。（4）对于未来研究热点的预测有对覆膜农田土壤污染特性的研究、微塑料丰度与分布的测定和微塑料识别与机器学习的结合应用等方面。