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土壤中新兴污染物（ECs）与聚丙烯微塑料（PP-MPs）的交互作用对ECs降解及微生物群落的影响。实验采用混合ECs（迪uron、特布伦因、环丙沙星、双氯芬酸、雌二醇）和PP-MPs的15天土壤培养，发现PP-MPs抑制迪uron和特布伦因的降解（降解率分别为16%和27%），但对其他ECs降解影响较小。混合处理显著提升土壤呼吸（0.75 μg·g?1·hr?1），细菌多样性（逆辛普森指数89 vs ECs单独处理的46），真菌群落无显著变化。表明PP-MPs通过吸附或物理阻隔改变ECs生物有效性，并重塑微生物群落结构。
拉玛·拉马丹（Lama Ramadan）|克里斯蒂娜·帕帕兹拉塔尼（Christina Papazlatani）|格雷格·罗洛夫斯（Gregg Roelofs）|凯尔·梅森-琼斯（Kyle Mason-Jones）|埃蒂安·耶尔戈（étienne Yergeau）|埃斯梅尔·容格迪克（Esmer Jongedijk）|G.F.（奇斯卡）维恩（G.F. (Ciska) Veen）
荷兰生态研究所（NIOO-KNAW），荷兰皇家艺术与科学学院，瓦赫宁根，荷兰
摘要
新兴污染物（ECs）在陆地环境中越来越多地被检测到，它们可能对土壤生态系统产生不利影响。可生物降解的ECs和不可生物降解的微塑料（MPs）经常在土壤中共同存在。它们之间的相互作用可以改变污染物的生物可利用性和微生物活性，从而可能改变ECs对土壤生态系统的影响，但它们的综合效应仍知之甚少。本研究探讨了多种ECs（敌草隆、特布津、环丙沙星、双氯芬酸和17α-乙炔雌二醇（EE2））与聚丙烯微塑料（PP-MPs）之间的相互作用如何影响ECs的降解、土壤呼吸作用以及微生物群落组成。实验采用全因子设计，在实验室中进行了15天的培养，设置了四种处理组：对照组、仅含ECs组、仅含PP-MPs组以及同时含ECs和PP-MPs组。测量了ECs的降解情况、土壤呼吸作用和微生物群落组成。在仅含ECs的处理组中，所有化合物的浓度在第7天都有所下降（敌草隆下降84%，特布津下降73%，环丙沙星下降79%，EE2完全消失，双氯芬酸完全去除）。在存在PP-MPs的情况下，敌草隆和特布津的降解受到抑制，而环丙沙星、双氯芬酸和EE2的浓度分别下降了70%、91.5%和87%。在同时含ECs和PP-MPs的处理组中，土壤呼吸作用比其他所有处理组高出2-3倍（0.75 μg·g?1·hr?1），尤其是在前三天。不同处理组之间的细菌群落组成有显著差异，逆辛普森指数从含ECs组的46增加到含ECs和PP-MPs组的89，而真菌群落基本未受影响。总体而言，PP-MPs与ECs的共同存在抑制了特定ECs的生物降解，同时改变了微生物活性和群落结构。因此，在评估ECs对土壤的影响时，应考虑微塑料的作用。
引言
土壤是地球上生物多样性最丰富的环境之一，微生物群落驱动着诸如养分循环和有机物分解等关键生态系统功能（Wagg等人，2014年；Khatoon等人，2017年；Wang等人，2025年）。因此，ECs在陆地生态系统中的广泛存在引发了人们对它们对土壤微生物活性和群落结构影响的担忧。ECs是合成或天然存在的化学物质，在自然环境中通常不被监测，包括农药、药品、个人护理产品和工业化合物（Vasilachi等人，2021年）。ECs通过多种途径进入土壤，如工业排放、农业径流和废水施用（Ramadan等人，2026年）。一旦进入土壤，ECs会对微生物群落施加选择压力，导致群落组成、代谢活性和功能潜力的改变（Gomes等人，2017年）。此外，土壤中不可生物降解微塑料的增加引入了额外的压力因素，可能改变微生物对ECs暴露的反应。
微生物降解是陆地环境中去除和生物修复ECs的重要机制（Cycon等人，2016年；Gallego等人，2021年）。然而，随着进入土壤的ECs的多样性和数量的增加（Anas等人，2026年），土壤越来越多地暴露于复杂的污染物混合物中，而不仅仅是单一化合物。因此，共存污染物之间的相互作用可能会改变它们的降解途径和微生物暴露情况，从而影响土壤生态系统的功能。一个显著的例子是微塑料（MPs）在土壤中的广泛存在及其快速增加（Islam和Cheng，2024年）。MPs是持久的聚合物颗粒，可以改变土壤的物理和化学性质，包括孔隙度、聚集性和水分动态，并直接与土壤微生物相互作用（Barili等人，2023年）。通过这些综合效应，MPs已被证明可以改变土壤微生物群落组成、酶活性以及碳和氮循环过程（Ding等人，2022年；Aralappanavar等人，2024年）。除了对土壤和微生物的直接影响外，MPs还可以通过将其疏水表面吸附有机化学物质并在土壤基质中作为载体来与共存的ECs相互作用（Tumwesigye等人，2023年）。这些相互作用可以改变ECs的生物可利用性、传输和微生物暴露情况，从而影响降解速率和毒性（Riva等人，2019年；Sethuraman等人，2024年）。
尽管有越来越多的证据表明MPs和ECs经常在土壤中共同存在，但关于它们对土壤微生物群落和ECs降解的综合效应的知识仍然有限。虽然MPs对ECs的吸附可以降低其生物可利用性并限制微生物降解，但MPs-ECs之间的相互作用更为复杂，也可能增强ECs的持久性，改变暴露途径，并根据化合物的具体性质和环境条件影响微生物反应（Biswas等人，2024年）。此外，ECs从MPs上的长期解吸可能会增加微生物暴露和毒性，对土壤微生物群落和生态系统服务产生潜在影响（Graham等人，2016a）。这突显了理解可生物降解ECs和不可生物降解MPs之间相互作用以影响污染物降解和土壤微生物群落动态的必要性。解决这一空白对于提高我们对土壤中污染物行为的理解以及评估在环境相关条件下的复合污染物暴露的生态风险至关重要。
在这项工作中，研究了可生物降解ECs与不可生物降解的聚丙烯微塑料（PP-MPs）之间的相互作用对ECs降解以及土壤微生物群落组成和活性的影响。所选的ECs（双氯芬酸、环丙沙星、特布津、敌草隆和17α-乙炔雌二醇（EE2）通过废水排放、农业径流和不当处置广泛释放到环境中。这些化学物质被用作药品和农药，在土壤和水体中检测到了令人担忧的水平（Sathishkumar等人，2020年；López-Velázquez等人，2021年；Acharya等人，2023年）。在没有MPs的情况下，据报道这些化学物质在土壤中会发生微生物降解，双氯芬酸的半衰期为1-3天（Al-Rajab等人，2010年），EE2为1-5天（Shareef等人，2009年；Li等人，2013年），敌草隆为15-20天（Safi等人，2014年；Silambarasan等人，2020年），环丙沙星为20-30天（Girardi等人，2011年；Amorim等人，2014年；Parente等人，2018年），特布津为90天（Junginger等人，2022年）。在这项研究中，我们将ECs作为混合物进行研究，反映了它们在野外条件下的频繁共存情况。基于PP-MPs对ECs的吸附亲和力，我们假设PP-MPs会降低某些ECs的降解速率，这种效应与化合物的物理化学性质特别是疏水性有关。此外，根据ECs和PP-MPs都能影响微生物活性并选择性地塑造土壤微生物群落的证据，我们假设ECs和PP-MPs会改变土壤微生物群落的组成和功能，单一暴露和联合暴露下的反应会有所不同。
材料与方法
采用全因子设计，在实验室中进行了受控的培养实验，使用的是从野外收集的天然土壤。土壤被分为四种处理组：未改良的对照组、仅含新兴污染物（ECs）组、仅含聚丙烯微塑料（PP-MPs）组以及同时含ECs和PP-MPs的组。添加了ECs混合物以反映环境中的实际共存情况，而PP-MPs作为不可生物降解的颗粒应力源。这使我们能够区分各个因素的影响
新兴污染物的生物降解
未添加ECs的对照土壤中，除了双氯芬酸外，所有化合物都有一些背景痕迹。除了敌草隆（2–155 μg·kg?1）外，所有背景痕迹均低于检测限（LOQ）（表S3）。在无菌土壤中，ECs组与ECs + PP-MPs组之间以及不同时间点之间，所有添加的ECs的降解情况没有差异（图2）。在原始土壤（未灭菌）中添加ECs的处理组中，所有化合物在第7天的浓度都有显著下降
新兴污染物的生物降解
PP-MPs的存在对土壤中ECs的生物降解具有化合物特异性的影响，这支持了本研究的首个假设。这种模式表明，PP-MPs与ECs之间的相互作用可能通过化合物的物理化学性质介导，从而改变土壤中的污染物降解动态。这些发现表明，PP-MPs可能会干扰某些ECs的微生物降解。
限制与建议
这项研究是在受控条件下进行的短期实验室培养实验，这限制了将其结果外推到长期土壤生态系统功能的可能性。虽然观察到了处理组对土壤呼吸作用和微生物群落组成的明确影响，但需要更长期的实验来评估这些反应是否持续存在、稳定或随时间变化。此外，实验室条件无法捕捉自然环境中的变异性
结论
本研究显示，ECs和PP-MPs的共同存在对某些ECs的降解以及土壤微生物活性和群落组成具有相互作用效应。第一个假设——即PP-MPs根据其物理化学性质降低特定ECs的降解速率——得到了部分支持。尽管在存在PP-MPs的情况下，双氯芬酸、环丙沙星和EE2在第7天仍能有效降解，但敌草隆和特布津的降解受到抑制
CRediT作者贡献声明
拉玛·拉马丹（Lama Ramadan）：撰写——初稿、可视化、方法论、调查、正式分析、数据管理、概念化。克里斯蒂娜·帕帕兹拉塔尼（Christina Papazlatani）：撰写——审阅与编辑、可视化、调查、正式分析、数据管理。格雷格·罗洛夫斯（Gregg Roelofs）：撰写——审阅与编辑、方法论、调查、数据管理。凯尔·梅森-琼斯（Kyle Mason-Jones）：撰写——审阅与编辑、资源管理、方法论、调查、正式分析、概念化。埃蒂安·耶尔戈（étienne Yergeau）：撰写——审阅与编辑
伦理批准和参与同意
不适用。
资助与致谢
这项工作是在瓦赫宁根大学和研究的“生物多样性积极的食品系统”战略投资主题背景下开展的。该研究得到了荷兰农业、自然和食品质量部（KB-44-005-010-WFSR）（KB-44-003-001）的支持；TüB?TAK B?DEB 2247国家青年领导者研究员计划（项目编号120C147）也支持了新兴污染物和微塑料的相关研究；PRIORITY Cost Action（CA20101）也提供了支持
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。
