柏林-勃兰登堡高级生物多样性研究所在《Nature reviews microbiology》期刊上(IF=88.1)发表的“The soil plastisphere”研究论文中，综述了塑料对土壤的潜在影响。对土壤塑料际特性和微生物群落以及这些群落影响过程的阐明仍处于早期阶段，但进展的步伐很快，有望在未来几年提出更多新的见解。

• 期刊：Nature reviews microbiology

• 影响因子：88.1

• 发表时间：2023.09

• 样本类型：土壤

研究背景

塑料污染正在成为环境科学的一个中心问题。塑料，尤其是微塑料，通过许多不同的途径进入生态系统，其中包括大气沉降和农业活动(覆盖、改良和灌溉)。与其他化学污染物不同，塑料是由聚合物形成的颗粒组成的，它们含有一系列添加剂化学物质，例如，那些赋予塑料某种颜色、柔韧性或其他所需特征的化学物质。而且颗粒具有内部体积和形状，而颗粒的形状一直是研究生态系统影响的重要参数。此外，塑料是颗粒的这一事实对于了解从这些颗粒释放到周围环境中的渗滤液的影响也很重要：这些渗滤液(添加剂或某些化合物，如未掺入的单体)逐渐释放到环境中，通常会产生毒性作用。同时，环境中小尺寸的塑料颗粒通过进入生物细胞和组织被生物群和食物链吸收产生直接的毒性作用。塑料污染研究面临的一个主要挑战是颗粒类型的多样性，它们在聚合物、化学添加剂、形状和大小以及风化和降解方面都有所不同。

结果

1、土壤中塑料圈的定义

“塑料际”一词是关于塑料污染的微生物文献的核心。土壤塑料际指的直接受塑料影响的环境（包括塑料影响下的土壤环境和塑料表面的环境）和该环境内的微生物群落（包括接触塑料的群落和未接触塑料的群落）(图1a)。土壤塑料际由根际区（主要受植物根系影响）、聚集区（主要结构是土壤团粒）、蚯蚓活动区（主要受蚯蚓所影响）和残渣区（受到死去动植物尸体影响）组成（图1b）。

图1 土壤塑性际的定义及塑料际在其他土壤区室中的位置

2、土壤隔室

比较了水生生态系统和土壤生态系统中微塑料的行为。在水生系统中，微塑料通过食物网或水流纵横输送，其输送行为(沉降速率)受到塑料际微生物及其产物的影响(图2a)。与水体系统相比，微塑料颗粒在土壤环境中的流动性更小，而且微生物的定殖往往受高度局部化的小尺度过程的支配(图2b)。

图2 水生态系统和土壤生态系统中塑料的总体差异

3、土壤塑料际的微生物群落及其影响因素

3.1、土壤塑料际微生物群落的特点

通过研究设计来比较塑料际土壤和块状土壤微生物群落的差异，通常发现塑料际微生物群落的多样性普遍低于块状土壤(图3a)。此外，有研究发现土壤细菌群落之间以负相关为主，而塑料际微生物群落以正相关性为主。这表明，塑料际环境对微生物的压力更大，可能是一个强大的环境过滤器。

3.2、土壤塑料际微生物群落的功能

土壤塑料际内微生物群落的功能组成与其他土壤隔室不同。例如：土壤塑料际中致病细菌的比例增加(灰色圆圈的红色部分所示)，这些细菌所携带抗生素耐药基因(ARGs)也增加。塑料际微生物群落还存在与塑料降解、碳和氮循环相关的功能基因(图3b)。

3.3、土壤塑料微生物群落的影响因素

广泛认为土壤环境因子和塑料特性是影响土壤塑料际微生物群落组成的主要因素(图3c,d)。土壤水分和pH等土壤性质可以决定土壤塑料际微生物群落的特征。pH可以影响塑料际微生物的代谢产物变化，而且影响土壤性质的因素本身也会影响塑料际群落，例如，农业活动(如，施肥)、土壤污染水平(如，抗生素和金属)、源群落(如，植物凋落物和根际)和采样地点。此外，塑料颗粒特性（例如颗粒中所含的添加剂、塑料的类型以及大小和形状等物理性质）也会引起土壤的物理、化学变化，进而影响塑料际微生物的群落组成、潜在病原体和ARGs丰度。

图3 土壤塑料际微生物群落不同于其他土壤隔室

研究结论

目前，土壤是陆地生态系统中受塑料影响最大的区域，无论塑料出现在哪里，它们也会携带微生物群落，这些颗粒可能会更直接地影响的环境(图4)。塑料颗粒及其相关塑料球无处不在，这些颗粒增加了一种新的土壤特征，如土壤塑料际拥有独特的群落和功能基因组成。评估了塑料圈群落对生态系统生物地球化学的潜在影响，研究这种影响还需要更大规模和更复杂的实验装置，需要将塑料际群落的贡献与可能同时发生变化的其他土壤隔室区分开来，并引入了塑料际来研究塑料颗粒如何影响块状土壤的微生物群落。

图4 加深我们对土壤塑料际的认识

凌恩生物

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参考文献

Matthias C. Rillig, et al. The soil plastisphere. Nature reviews microbiology.2023.