关键词：
微塑料
重金属
土壤-植物系统
微生物群落
生态效应
摘要：
微塑料（Microplastics,MPs,直径<5 mm）由于其粒径小、不易降解等特点,可以在土壤环境中长期存在,因此,MPs污染已成为一个全球性的威胁。目前关于MPs对陆地生态系统尤其是农田生态系统影响的研究相对缺乏,了解土壤MPs的污染特征对掌握其生态效应具有重要意义。此外,MPs进入土壤后不仅可以影响土壤理化性质、物质养分循环及微生物营养代谢等关键生态功能,还可以作为重金属载体,改变自身特性或重金属生物有效性,并对土壤-植物系统造成复杂的共同污染和生态毒性。然而,目前针对复合污染方面的研究与了解还很不足,无法刻画MPs及重金属相互作用介导的土壤-植物系统关键生态效应及其相关机理。因此,本文首先调查了覆膜农田MPs污染现状,并探讨了MPs对土壤微生物营养代谢的影响;其次,通过盆栽试验阐明了不同剂量MPs添加对土壤微环境的影响;然后,通过种子萌发试验,探讨了MPs单独或与重金属镉（Cd）复合对植物种子的初始生态毒性;随后通过模拟重金属Cd污染土壤,阐明了MPs添加对植物生理特性的影响及对植物积累Cd的调控因素;最后,进一步通过开展原位重金属污染的根袋法试验,并结合高通量测序技术,深入探讨了实际重金属污染背景下MPs暴露对土壤-植物系统的影响及作用。主要得出以下结果:（1）不同覆膜年限（3、6、10、15和20年）农田土壤受到MPs污染,且MPs可间接加剧土壤微生物代谢限制。结果显示,所有样品均存在MPs污染,丰度范围为647-2840 items kg-1,总丰度随地膜使用年限的增加而增加。研究共发现薄膜、纤维、碎片、颗粒和泡沫五种MPs类型,其中薄膜（33.96%-40.06%）是最常见的MPs形状,其次是纤维（23.76%-30.74%）;小粒径MPs（0-1.0 mm）约占总MPs颗粒的55.20%-71.85%,是发现最多的尺寸类型。酶活性的矢量分析表明,不同覆膜年限土壤微生物代谢同时受到碳和磷的限制,而MPs污染特性与土壤性质和微生物碳、磷限制显著相关。MPs丰度主要通过直接影响土壤微生物特性加剧微生物养分限制,其次是土壤物理性质和土壤养分,而MPs的大小和形状则通过显著影响MPs丰度间接加剧。（2）不同剂量（0.5%、1.0%、1.5%和2.0%w/w干土重）聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）(550μm)暴露可以改变土壤微环境,降低上海青油菜生物量。结果显示,油菜干生物量（尤其是根干重）随MPs浓度的增加而显著减少,整体符合浓度-剂量效应。MPs暴露显著降低了土壤水分,而增加了土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）和溶解性有机碳（DOC）的含量;土壤硝铵态氮（NH4+-N、NO3--N）含量及微生物生物量随MPs浓度的增加而明显改变。MPs暴露下土壤胞外酶活性整体低于对照（CK）处理,各酶活性变化趋势不同。此外,MPs降低了微生物群落的丰富度和多样性,改变了微生物群落的组成,导致特定类群的富集。共现性网络分析表明,相比于真菌群落,细菌群落之间联系更加紧密和复杂,稳定性更强,网络模块更多。结果表明,变形菌门（Proteobacteria）、帕氏菌门（Patescibacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）是土壤细菌的核心菌群,子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）是真菌的关键菌群。此外,细菌与土壤环境因子的相关性显著高于真菌。（3）不同尺寸、不同浓度MPs单独或与重金属Cd复合可对上海青油菜种子萌发和生长特性产生影响,此外,MPs与Cd相互作用对种子产生不同的初始生态毒性。结果表明,与CK处理相比,100 nm PS处理在低浓度(50 mg L-1和100 mg L-1)下促进种子萌发,在中浓度(200 mg L-1和500 mg L-1)下抑制萌发,在高浓度(1000 mg L-1)下无影响。在5μm PS处理下,低浓度促进发芽率（GR）,而中、高浓度抑制;MPs暴露总体上抑制了种子发芽势（GV）、发芽指数（GI）和活力指数（VI）,且随PS浓度的增加而增强。100 nm和5μm PS对芽长的影响分别为“低浓度无影响,中、高浓度抑制”和“低浓度促进,中、高浓度抑制”。根长均表现为“低浓度促进、中高抑制”。100 nm PS+Cd暴露下,种子的发芽率表现为“低促中高抑”,而5μm PS+Cd处理种子的发芽率与对照无显著差异。此外,在100 nm PS+Cd处理下,≥500 mg L-1,GV、GI和VI受到显著抑制,其余与CK无差异。而在5μm PS+Cd处理下,GI和VI表现为低促进、中和高浓度抑制。共暴露对芽长和根长均表现为“低促进、中高抑制”。总体而言,MPs和Cd在低浓度时对种子萌发和生长特性表现出协同作用,在高浓度时表现出拮抗作用。MPs在一定程度上降低了单一
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