《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Manure fertilizer-derived soil emerging pollutants compromises its fertility benefits for vegetable quality: At the scale of soil aggregates
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以有机粪肥替代化学肥料是农田管理中缓解土壤退化、提升土壤质量和作物生产性能的常规措施。然而，有机粪肥施用对不同团聚体中土壤肥力质量与环境质量的影响仍不清楚。此外，基于抗生素及其抗性基因评估土壤环境质量的研究仍较少。本研究开展田间试验，以揭示不同施肥处理下团聚体
以有机粪肥替代化学肥料是农田管理中缓解土壤退化、提升土壤质量和作物生产性能的常规措施。然而，有机粪肥施用对不同团聚体中土壤肥力质量与环境质量的影响仍不清楚。此外，基于抗生素及其抗性基因评估土壤环境质量的研究仍较少。本研究开展田间试验，以揭示不同施肥处理下团聚体组分内土壤肥力质量指数（SFI）、土壤环境质量指数（SEI）以及辣椒综合品质指数（PCQ）的响应。研究人员在4种施肥处理下，即CK（不施肥）、CF（化学肥料）、OF15（85% CF + 有机粪肥）和OF30（70% CF + 有机粪肥），分别分析了16项土壤生化指标、10项土壤抗生素及其抗性基因指标，以及5项果实指标，作为SQI、SEI和PCQ的潜在评价指标。结果表明，与CF相比，有机粪肥处理在微团聚体中显著提高了总磷、土壤有机质和线虫Shannon指数的指标得分，同时降低了多重耐药、利福霉素和四环素相关指标。在大团聚体中，与CF相比，有机粪肥显著提高了线虫Shannon指数和线虫体型，同时也显著降低了多重耐药、利福霉素和四环素相关指标。与CK处理相比，施用有机粪肥显著提高了辣椒产量和果实品质，其中以OF15处理尤为明显。与CF相比，有机粪肥施用显著提高了微团聚体组分中的SFI。而与CK相比，有机粪肥施用显著降低了微团聚体和小团聚体组分中的SEI。结构方程模型（SEM）显示，有机粪肥施用通过降低微团聚体和小团聚体组分中的SEI，间接对PCQ产生负向影响。总体而言，本研究表明，粪肥施用有利于提升微团聚体中的土壤肥力；然而，这些优势同时伴随着团聚体中抗生素及其抗性基因污染方面的明显局限。上述发现为理解有机粪肥施用后土壤质量变化对蔬菜综合品质响应提供了新的微尺度视角。
该论文发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》，围绕粪肥替代化肥这一农业绿色管理策略展开，重点讨论其在提升土壤肥力与作物品质的同时，是否会因引入抗生素及抗生素抗性基因（ARGs，抗生素抗性遗传因子）而带来新的环境代价。研究背景在于，设施或集约化蔬菜生产常因长期过量施用化学肥料而出现土壤结构受损、肥力下降、生物学功能衰退等问题，进而影响蔬菜产量与商品品质。有机粪肥被广泛视为改善土壤质量、促进养分循环和维持农业可持续性的重要手段，但既往研究多聚焦于土壤肥力质量指数（SFI）的改善，较少从土壤环境质量指数（SEI）角度系统评估其潜在风险，尤其缺乏基于抗生素及其抗性基因这一类新兴污染物的评价。与此同时，土壤团聚体作为土壤结构和生态功能的基本单元，不同粒级团聚体在孔隙环境、养分富集、生物栖息和污染物分布转化上存在显著异质性，因此，从团聚体尺度同时考察肥力收益与环境风险，成为理解有机粪肥综合效应的关键问题。
基于此，研究人员在浙江兰溪开展田间定位试验，以辣椒（Capsicum annuum L.）为对象，设置不施肥（CK）、化学肥料（CF）、15%化肥氮被猪粪替代（OF15）和30%化肥氮被猪粪替代（OF30）4个处理，系统分析不同施肥方式对微团聚体、小团聚体和大团聚体中土壤肥力质量、环境质量及辣椒综合品质的影响。研究结论表明，有机粪肥替代可在微团聚体尺度上显著改善土壤肥力质量，尤其表现为总磷、有机质和线虫群落多样性的提升；但与此同时，也会降低微团聚体和小团聚体的土壤环境质量，说明粪肥输入所伴随的抗生素及ARGs污染对土壤健康构成限制。进一步的结构方程模型结果显示，影响辣椒综合品质的主导路径并非团聚体相关肥力质量提升，而是微团聚体和小团聚体中环境质量下降所造成的间接负效应。这意味着，有机粪肥虽然具有显著的培肥作用，但其环境污染负担可能抵消部分对蔬菜品质的正面收益。该研究的重要意义在于，从微尺度团聚体视角揭示了“肥力提升—环境受损—品质响应”之间的耦合关系，为未来农田精细化土壤健康管理和有机肥安全施用提供了依据。
研究人员采用的主要技术方法包括：在浙江省兰溪市黄红壤农田开展随机区组田间试验，样品来源为辣椒收获期0–20 cm土壤及果实；采用干筛法分离>2000 μm大团聚体、250–2000 μm小团聚体和<250 μm微团聚体；测定土壤养分、pH、电导率、有机质及线虫、细菌、真菌相关生物学指标；利用宏基因组测序（metagenomic sequencing）解析土壤抗生素抗性基因谱；计算土壤肥力质量指数（SFI）、土壤环境质量指数（SEI）、土壤生态系统多功能性（SEM）和辣椒综合品质指数（PCQ），并结合随机森林和结构方程模型分析关键驱动因素与作用路径。
3.1. Changes in the soil fertility and environmental quality indicators under fertilization treatments
本节比较了不同施肥处理下，不同粒级土壤团聚体中的肥力指标和环境指标变化。结果显示，施肥方式对不同团聚体内各指标的影响具有明显尺度差异。在微团聚体中，与化学肥料相比，有机粪肥处理显著提高了总磷、土壤有机质和线虫Shannon指数得分，说明粪肥输入优先增强了微团聚体内的养分积累及土壤食物网复杂性；同时，总ARGs丰度、多重耐药、利福霉素和四环素相关指标下降。在小团聚体中，有机粪肥显著提高了电导率和细菌Shannon指数，而总ARGs丰度、大环内酯-林可酰胺-链阳菌素（MLS）、利福霉素和四环素相关指标降低。在大团聚体中，有机粪肥显著提高了线虫Shannon指数和线虫体型，同时降低了多重耐药、利福霉素和四环素相关指标。整体上，不同团聚体之间土壤肥力指标得分无显著差异，但环境指标中的四环素、金霉素和强力霉素在不同团聚体间存在差异，其中大团聚体中四环素和强力霉素水平较高。该部分说明，粪肥对土壤肥力与新兴污染物的影响并非均一，而是受团聚体微环境调控。
3.2. Soil fertility and environment quality index and pepper yield and quality under different fertilization treatments
本节通过整合指标，进一步比较SFI、SEI以及辣椒产量与果实品质。结果表明，在微团聚体组分中，有机粪肥相较CF显著提高了SFI，而在小团聚体和大团聚体中未见显著差异，提示有机粪肥对土壤肥力的促进主要集中于微团聚体尺度。与之相对，SEI在微团聚体和小团聚体中因有机粪肥施用而相较CK显著下降，大团聚体中则无显著变化，反映出环境风险主要累积于较小粒级团聚体。作物响应方面，与CK相比，有机粪肥和化肥均显著提高辣椒产量，其中OF30产量最高，但有机粪肥与化肥之间无显著差异。果实品质方面，OF15相较CK显著提高辣椒果实品质，而CF处理未表现出显著改善。随机森林分析进一步揭示，在团聚体尺度上，土壤环境质量对辣椒综合品质变异的解释度高于土壤肥力，关键驱动因子包括微团聚体中的线虫Shannon指数与四环素，小团聚体中的总ARGs丰度、四环素、细菌Shannon指数和金霉素，以及大团聚体中的真菌体型和金霉素。该结果提示，蔬菜综合品质对环境污染压力尤其敏感。
3.3. Correlations between soil quality, ecosystem multifunctionality and pepper comprehensive quality
本节重点解析团聚体相关土壤质量、土壤生态系统多功能性（SEM）与辣椒综合品质之间的关系。Pearson相关分析表明，无论在哪种团聚体中，SFI均与SEM呈正相关，说明肥力质量提升与生态系统多功能增强具有一致性。不同团聚体之间还存在跨粒级相关，小团聚体SEM与微团聚体SFI和SEM显著正相关，大团聚体SEM与小团聚体SFI和SEM显著正相关，表明团聚体间生态功能并非孤立。与此同时，微团聚体SEI与大团聚体SEI、小团聚体SEI之间存在显著正相关，提示环境质量变化在团聚体间具有协同性。Mantel检验显示，团聚体相关SEI与PCQ显著相关，进一步强调环境质量是影响果实综合品质的重要维度。
结构方程模型进一步量化了直接和间接作用路径。模型分别解释了微团聚体、小团聚体和大团聚体中PCQ变异的68%、52%和47%。结果显示，不同团聚体中的SFI和SEM均未对PCQ产生显著直接影响，尽管有机粪肥分别正向影响了微团聚体中的SFI和小团聚体中的SEM。相反，有机粪肥通过降低微团聚体和小团聚体中的SEI，对PCQ产生显著的间接负效应，而在大团聚体中，这一路径并不显著。这一结果清楚表明，辣椒综合品质对团聚体尺度环境质量恶化的响应强于对肥力提升的响应，尤其在微团聚体和小团聚体中最为明显。
4.1. Soil fertility indicators, antibiotics and antibiotic resistance genes within aggregate fractions under manure
讨论部分首先解释了粪肥为何会导致不同团聚体内肥力指标和污染指标发生差异。研究人员指出，粪肥向土壤输入大量有机物，这些有机化合物及其微生物分解产物可促进土壤颗粒结合形成微团聚体，并进一步聚集形成大团聚体。在此过程中，不同粒级团聚体中的物质组成会发生分异。研究结果显示，粪肥显著提高微团聚体中的有机质和总磷，这与团聚体形成过程中有机碳富集、以及微团聚体较强的稳定碳保持能力一致。相比之下，大团聚体孔隙率更高，其有机质更易被微生物降解。与此同时，粪肥促进了小团聚体中细菌多样性，说明新鲜有机物输入为细菌提供了底物资源。在线虫方面，粪肥显著提高了微团聚体和大团聚体中的线虫多样性，并提升大团聚体中的线虫体型，表明高养分环境增加了线虫食物来源，而微团聚体的小孔隙环境也可能降低线虫被捕食风险。关于环境风险，研究发现粪肥处理后团聚体中的ARGs丰度高于化肥处理，说明粪肥不仅可能直接输入携带ARGs的污染物，也可能通过促进土壤微生物生物量增长而间接扩大ARGs库容量。
4.2. Soil fertility quality and environmental quality within aggregate fractions and pepper comprehensive quality under organic manure
在综合质量层面，研究人员认为，高水平的土壤肥力和环境质量共同构成优良土壤健康与蔬菜生产的基础。本研究中，有机粪肥仅在微团聚体中显著提高SFI，主要原因在于微团聚体中有机质增加，而有机质在土壤质量评价中具有较高权重。与此同时，尽管有机粪肥改善了土壤肥力，但其伴随的新兴污染物输入削弱了这种收益，表现为微团聚体和小团聚体SEI显著下降。研究人员指出，小粒级团聚体中较高的ARGs丰度与既往研究结论一致，说明较小团聚体更易成为污染累积和扩散的重要微域。作物表现方面，有机粪肥提高了辣椒产量和品质，但相对于化肥未达到显著优势。论文认为，这与试验设计中“等氮替代”有关，即有机粪肥处理是以其氮含量替代部分化肥氮，而非在原有化肥基础上额外增加养分投入，因此未形成显著更高的产量优势。
4.3. Different mechanisms of pepper comprehensive quality in response to organic manure based on soil aggregates of different particle sizes
在作用机制上，研究人员发现，所有团聚体尺度中PCQ均与SEI呈负相关，而与SFI未表现出显著正相关，这说明在本研究体系内，制约辣椒综合品质的关键因素主要不是肥力不足，而是环境质量下降。尤其是在微团聚体中，PCQ与SEI之间的相关性最强，其次为小团聚体和大团聚体，提示微团聚体环境状态对果实综合品质的影响更敏感。结构方程模型进一步支持这一结论：团聚体相关SFI并不显著驱动PCQ，而微团聚体和小团聚体中的SEI下降则构成有机粪肥影响PCQ的主要负向路径。研究人员据此指出，有机粪肥对蔬菜品质的影响机制具有明显的团聚体粒级依赖性。论文同时指出，本研究虽然关注了抗生素及ARGs驱动的环境质量变化，但尚未将重金属浓度纳入同一环境质量评价框架，因此未来仍需从更完整的污染物组合视角评估粪肥管理下的土壤健康与农产品质量关系。
研究结论部分可译为：
本研究考察了以有机粪肥替代化学肥料对团聚体内土壤肥力质量指数（SFI）、土壤环境质量指数（SEI）以及辣椒综合品质指数（PCQ）及其相互关系的影响。与化学肥料相比，有机粪肥施用提高了微团聚体中的SFI；而与CK相比，有机粪肥施用降低了微团聚体和小团聚体中的SEI。团聚体组分内SFI、SEI与PCQ之间的关系表明，施肥诱导的微团聚体和小团聚体相关SEI变化，是影响PCQ的主要驱动因素。总体而言，研究结果揭示，有机粪肥有利于提升土壤肥力；但与此同时，也伴随着抗生素及其抗性基因污染方面的明显局限，这一问题仍需进一步研究。上述发现增进了对粪肥施用农田生态系统中微尺度SFI和SEI波动规律的认识，并为未来聚焦于特异性地点土壤健康管理的农业实践提供了重要参考。未来研究应特别关注团聚体土壤与非团聚体土壤健康的联合评估及其与果实品质的关系。
