《Journal of Hazardous Materials》：Effects of a mixture of mulching film microplastics on soil properties, microbial activities, and plants in terrestrial mesocosms with and without earthworms
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本研究针对农业地膜残留微塑料(MPs)污染问题，通过构建陆地中宇宙系统，探究了传统低密度聚乙烯(LDPE)与可降解聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(PBAT-BD)微塑料混合物在有无蚯蚓条件下对土壤理化性质、微生物活动及生菜生化指标的影响。结果表明：MPs可增加土壤压实度并改变微生物碳氮代谢，诱导植物氧化应激反应；蚯蚓活动能缓解MPs对土壤结构的物理影响但对其毒性调节有限。该研究为评估农用塑料混合污染的生态风险提供了多维度证据。
随着塑料在农业生产中的广泛应用，特别是地膜覆盖技术的推广，土壤中微塑料污染已成为全球性环境问题。传统聚乙烯地膜和可生物降解地膜在使用过程中会破碎形成微塑料，这些颗粒在土壤中不断积累，可能对土壤健康构成威胁。然而，当前大多数研究仅关注单一类型微塑料的短期效应，对实际环境中多种地膜微塑料混合污染的长期生态影响尚不明确。此外，作为“生态系统工程师”的蚯蚓如何调节微塑料的生态效应也缺乏系统研究。
为解决上述问题，由Klára ?mídová、Sam van Loon等来自捷克马萨里克大学RECETOX研究中心的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》上发表论文，通过为期12周的陆地中宇宙实验，模拟真实环境条件，探究了LDPE与PBAT-BD微塑料混合物（1:1质量比）在三个浓度梯度（低0.05%+0.05%、中0.16%+0.16%、高0.5%+0.5%）下对土壤理化性质、微生物活动及生菜生化指标的影响，并设置有无蚯蚓（Lumbricus terrestris和Aporrectodea caliginosa）的对比组。研究首次系统揭示了微塑料混合物对土壤-植物系统的多层级效应及蚯蚓的有限调节作用。
关键技术方法包括：1) 通过冷冻研磨法制备真实地膜源微塑料；2) 采用CLIMECS系统中宇宙模拟农田环境，控制温度(15-18°C)和光周期(14:10小时)；3) 利用土壤穿透仪测定压实度；4) 通过底物诱导呼吸(SIR)和潜在铵氧化(PAO)分别分析碳、氮矿化；5) 采用高效液相色谱(HPLC)和分光光度法测定生菜脂质过氧化(MDA)、水杨酸(SA)及酚类物质等生化指标。
3.1 土壤微塑料分析
通过土壤采样分析证实，实验结束时各处理组微塑料浓度呈梯度分布，LDPE实际浓度（0.056%-0.778%）略高于理论值，而PBAT-BD浓度（0.019%-0.253%）略低，但有蚯蚓与无蚯蚓组间无显著差异，保障了对比有效性。
3.2 土壤性质
高浓度微塑料在实验初期显著提升土壤pH（提升0.13单位），但12周后差异消失，表明土壤缓冲作用可抵消短期效应。微塑料引起土壤压实度增加趋势（尤其0-5 cm土层），但蚯蚓活动通过掘穴行为缓解了该效应，凸显其改善土壤结构的能力。
3.3 土壤微生物活性
高浓度微塑料使底物诱导呼吸(SIR)显著上升41%，提示可降解微塑料可能作为微生物碳源；但潜在铵氧化(PAO)在无蚯蚓组下降达35%，反映微塑料对氮循环的抑制效应。蚯蚓存在显著提升PAO活性，可能与生物扰动增强土壤通气相关。
3.4 植物生长与生化分析
尽管生菜生长参数（株高、鲜重）未受显著影响，但中高浓度微塑料诱导脂质过氧化标志物MDA上升2.3倍，表明细胞膜氧化损伤。低中浓度组的水杨酸(SA)和总酚类物质分别增加1.8倍和2.1倍，激活植物防御机制，而高浓度下该响应减弱，提示应激阈值存在。
研究结论强调，微塑料混合物通过改变土壤物理结构（压实度）和化学性质（pH）直接或间接影响微生物代谢与植物生理，其中可降解微塑料可能作为碳源激发微生物活性，但同时抑制氮转化关键过程。蚯蚓虽能缓解土壤物理结构恶化，但对微塑料的生态毒性调节作用有限。该研究为农用塑料污染的风险评估提供了多端点证据链，呼吁关注不可见分子水平响应对生态系统健康的潜在威胁。未来需开展野外多点位研究，并探索微塑料与气候变化等复合胁迫的交互效应。
