《Environmental Research》：Effects of prosulfocarb and hydrogels on soil fungal communities
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土壤真菌群落受农药及凝胶影响的生态效应研究。实验发现pro sulfocarb显著抑制真菌生长并降低多样性指数，而hydrogels部分加剧负面影响。研究揭示了农药与凝胶对土壤微生物群落结构及功能的动态调控机制。
马尔戈扎塔·巴奇马加（Ma?gorzata Ba?maga）|雅德维加·维什科夫斯卡（Jadwiga Wyszkowska）|扬·库查尔斯基（Jan Kucharski）
波兰奥尔什丁瓦尔米亚-马祖里大学（University of Warmia and Mazury）农业与林业学院土壤科学与微生物学系，地址：?ódzki 3 Sq., 10-719 Olsztyn
摘要
真菌是土壤生态系统中的关键组成部分，在养分循环中发挥着重要作用，并显著影响土壤肥力。尽管人们对真菌的生态作用越来越感兴趣，但农用化学品对土壤真菌群落结构和多样性的影响仍知之甚少。本研究评估了prosulfocarb和氢凝胶对Triticum aestivum L.种植过程中土壤微生物组组成和功能的影响。与对照土壤相比，prosulfocarb显著抑制了所有已鉴定真菌类群的生长，并降低了多样性指数（Shannon–Wiener、Simpson、Pielou和Evenness指数）。氢凝胶则抑制了子囊菌门（Ascomycota）以及、Chaetomium和Cladorrhinum属真菌的生长。这两种因素都改变了微生物组的生态功能，导致植物病原体数量增加，而腐生菌、内生菌和寄生菌的比例发生变化。这些结果为prosulfocarb和氢凝胶对农业土壤中真菌多样性和活性的影响提供了新的见解。
引言
杂草对全球农作物构成了严重威胁，除草剂的应用仍然是控制杂草的最常用方法之一（Singh等人，2025年）。除草剂主要用于提高农作物产量和经济效益（Rose等人，2018年）。然而，只有少数除草剂能够有效保护农作物。剩余的化学物质会成为有机污染物，渗入环境并对非目标生物造成严重危害。这些化学物质会改变土壤微生物群落的结构，破坏生态系统内的微生态平衡（Ba?maga等人，2024a年）。这种现象与某些除草剂的高疏水性有关，这种疏水性使它们能够永久性地结合到土壤有机物中。除草剂的毒性还与其种类繁多以及配方中活性物质的多样性有关（Rose等人，2018年；Ba?maga等人，2024a年）。根据文献资料（Riedo等人，2025年；Fuchs等人，2023年；Tang等人，2021年），农用化学品使用的增加导致了全球范围内的土壤污染。Muhammad等人（2025年）和Riedo等人（2025年）指出，土壤中的除草剂残留物会对共生微生物产生负面影响，降低其生存能力和功能。此外，除草剂还会通过改变微生物的数量、多样性和代谢活动来干扰土壤微生物组。
土壤是微生物的自然储存库，在粮食生产和可持续环境发展中起着至关重要的作用。土壤的生物质量取决于其维持生物生产力、保护环境完整性以及支持植物和动物生长发育的能力。可靠的土壤健康生物指标包括能够快速响应环境变化的微生物，包括那些受农用化学品污染影响的微生物（Sushma等人，2024年）。其中，土壤真菌由于其高生物多样性，在许多生态系统中（包括土壤生态系统）发挥着关键作用。一些真菌，如Glomus属和Laccaria属，能与植物形成共生关系，间接促进氮的吸收。腐生真菌分解有机物，释放氮化合物（如氨），随后被硝化细菌转化。菌根真菌通过促进水分和矿物质的吸收来改善植物质量，而内生真菌则通过保护植物免受病原体感染来发挥作用（Abrego等人，2021年；Ballauff等人，2021年）。真菌还表现出很强的适应能力，能够降解复杂的化学物质（包括除草剂）。它们的有利代谢特性包括快速的菌丝生长、快速定殖固体基质以及酶活性。Cladosporium、Fusarium、Mucor、Penicillium、Aspergillus、Trichoderma和Saccharomyces属真菌具有降解除草剂的潜力。在生长过程中，它们会产生大量水解酶，有助于这些化学物质的分解。根据真菌种类和除草剂剂量的不同，真菌可能降解除草剂，也可能受到其毒性的不利影响（Sebiomo等人，2011年）。除草剂的毒性可能会破坏微生物或改变其种群，从而对农业生产力产生负面影响。因此，理想的除草剂应能快速降解为无毒物质，不对土壤微生物产生不利影响（Rose等人，2018年）。
近年来，人们越来越关注利用氢凝胶来减轻除草剂的负面影响。氢凝胶是一种三维聚合物网络，能够吸收和储存大量水分，并逐渐释放。凭借这些特性，它们可以作为土壤湿度调节剂，为土壤微生物提供稳定的生长环境（Kaczmarek等人，2020年；Khan等人，2023年）。它们在土壤中的作用机制基于几个过程：首先，氢凝胶可以在其结构中结合除草剂分子，降低其在土壤溶液中的移动性和生物利用度，从而减少活性化合物对土壤微生物群的毒性影响；其次，结合的除草剂会缓慢释放，降低土壤中突然出现高浓度的风险，实现更均匀的除草效果；第三，氢凝胶通过充当水分和营养物质的缓冲剂，在压力条件下维持微生物的代谢活动（Kratochvílová等人，2023年；Singh等人，2025年；Wang等人，2020年）。
在氢凝胶中，海藻酸钠（sodium alginate）和聚丙烯酸钠（sodium polyacrylate）受到了广泛关注。海藻酸钠是一种天然多糖聚合物，除了具有吸附作用外，还可以作为碳源促进微生物的生长和酶活性，从而支持除草剂的解毒过程和调节土壤微生物组结构（Ba?maga等人，2024a年；Singh等人，2025年；Wang等人，2020年）。聚丙烯酸钠是一种合成聚合物，属于超强吸水性材料，由于其含有大量羧基而具有极高的吸水能力。在土壤中，它可作为除草剂的吸附剂，限制其自由移动性和生物利用度，随后可以逐渐释放这些分子，减少其对微生物的毒性。此外，聚丙烯酸钠还能改善土壤的空气-水分性质，从而促进真菌和细菌的代谢活动，支持生物修复过程（Liao等人，2021年；Mikhailidi等人，2024年；Singh等人，2025年；Wang等人，2020年；Zhao等人，2025年）。由于这些特性，天然和合成氢凝胶都被视为可持续农业的潜在工具，有助于减轻除草剂对土壤及其微生物组的负面影响（Huang等人，2023年）。
分析和理解除草剂对土壤健康生物指标的影响对于推广可持续农业实践至关重要。评估除草剂对微生物生长和种群动态的影响已成为科学研究的重点。评估除草剂使用对微生物群落结构（特别是土壤真菌）的意外后果，有助于更深入地了解其在作物生产中的应用风险（Maia等人，2025年；Semenov等人，2025年）。
研究假设如下：（i）除草剂Boxer 800 EC显著影响土壤真菌的结构、数量和代谢活性；（ii）氢凝胶（海藻酸钠和聚丙烯酸钠）可以调节除草剂的影响，增强微生物组的活性和稳定性；（iii）某些真菌在土壤中除草剂降解过程中起关键作用。
本研究的目的是评估Boxer 800 EC除草剂在Triticum aestivum L.种植中的影响：（i）土壤真菌群落的结构和功能；（ii）氢凝胶（海藻酸钠和聚丙烯酸钠）在减轻除草剂对微生物组负面影响方面的作用。
实验设计
2024年5月，在波兰奥尔什丁瓦尔米亚-马祖里大学教学与实验站的植被实验室内进行了为期50天的实验。实验因素包括：除草剂剂量（0.00和48.0 mg kg-1干土质量，以活性成分prosulfocarb表示）和氢凝胶处理（无氢凝胶的土壤、添加海藻酸钠的土壤以及添加聚丙烯酸钠的土壤）。实验使用的塑料盆容量为3.5 dm3
培养真菌对除草剂和氢凝胶的反应
除草剂Boxer 800 EC对土壤的污染显著抑制了真菌的生长，使真菌数量比对照土壤减少了21.17%（图1a）。添加氢凝胶（海藻酸钠和聚丙烯酸钠）并未减轻除草剂的负面影响，在某些情况下甚至加剧了其影响。在未施用除草剂的土壤中，添加海藻酸钠使真菌数量减少了41.66%，而聚丙烯酸钠则导致
培养真菌对除草剂和氢凝胶的反应
土壤微生物，尤其是细菌和真菌，在土壤过程中起着关键作用，从而提高作物的生产力（Bharathi等人，2024年；Boros-Lajszner等人，2021年；Borowik等人，2021年）。然而，不当的土壤管理（包括过量使用农用化学品）可能会破坏它们的生命和生态功能（Ba?maga等人，2023年；Bharathi等人，2024年）。实验研究表明
结论
研究结果表明，Boxer 800 EC除草剂的应用导致真菌数量和生态生理多样性指数（EP）显著下降，Shannon–Wiener、Simpson、Pielou和Evenness指数也有所降低。这些发现表明微生物组的分类和功能多样性发生了显著变化，所有鉴定出的真菌种群结构也受到干扰。添加氢凝胶（海藻酸钠
作者贡献声明
雅德维加·维什科夫斯卡（Jadwiga Wyszkowska）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，数据可视化，软件应用，项目管理，方法论研究，数据分析，概念构建。马尔戈扎塔·巴奇马加（Malgorzata Ba?maga）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，数据可视化，软件应用，方法论研究，数据分析，概念构建。扬·库查尔斯基（Jan Kucharski）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，数据验证，软件应用，方法论研究，数据分析，
未引用参考文献
IUSS世界土壤资源参考数据库，2014年；Kaur和Pati，2018年；Lu等人，2021年；Lumivero推出XLSTAT，2025年；PPDB；TIBCO Software Inc. Statistica，2017年；Zhu和Mathews，2025年；Zin和Badaluddin，2020年。
资助
本研究由
奥尔什丁瓦尔米亚-马祖里大学农业与林业学院土壤科学与微生物学系（资助编号30.610.006-110）资助，并得到了
科学部长在“区域卓越计划”下的财政支持。
利益冲突声明
? 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
