盐渍土壤中微生物群落与碳循环对邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯（DEHP）的生态响应策略

《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》：Ecological response strategies of microorganisms and the carbon cycle to di(2-ethylhexyl) phthalate in saline soils

本研究针对盐渍土壤中广泛存在的邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯（DEHP）污染问题，通过高通量测序、RT-qPCR、酶学分析及分子生态网络等技术，系统揭示了DEHP在不同盐度土壤中对微生物群落结构、功能基因表达及碳循环关键酶活性的影响。研究发现DEHP通过调控土壤酶活性和改变细菌群落结构干扰碳循环过程，且该效应受盐度和时间的共同调节。DEHP促进了盐渍土壤中phthalate降解菌的富集，上调了碳降解基因（cbhI、abfA）的表达，增强了土壤碳降解能力。研究为评估盐渍土壤中PAEs污染的环境风险提供了新的理论依据。

　　

随着塑料制品在农业和工业中的广泛应用，邻苯二甲酸酯（PAEs）类增塑剂已成为土壤中普遍存在的有机污染物。其中，邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯（DEHP）因其产量大、应用广，且易从塑料中浸出进入环境，对土壤生态系统构成严重威胁。尤其在全球土壤盐渍化日益加剧的背景下，盐渍土壤本身生态系统脆弱，高盐度会抑制微生物活性，降低土壤肥力。然而，目前关于DEHP在盐渍土壤中对微生物群落及其驱动的碳循环过程的影响尚不明确。这限制了我们对盐渍土壤中有机污染生态风险的准确评估，也阻碍了针对性的土壤修复策略的制定。

为了填补这一知识空白，山东农业大学的研究团队在《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》上发表了一项研究，旨在揭示盐渍土壤中微生物群落和碳循环对DEHP污染的生态响应策略。研究人员以黄河三角洲代表性的轻度盐渍化（SS）和极端盐渍化（ES）土壤为研究对象，通过室内培养实验，设置了0、5和100 mg·kg^-1三个DEHP浓度梯度，并在10、20、30天三个时间点取样，综合运用了高通量测序（针对细菌16S rRNA基因V3-V4区）、实时荧光定量PCR（RT-qPCR）（定量功能基因，如碳固定基因cbbL-IC、aclA，碳降解基因cbhI、abfA，DEHP降解基因phtAb、pcaI等）、土壤酶活性测定（蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶）以及基于随机矩阵理论（RMT）的分子生态网络（MENs）构建等关键技术方法。

研究结果揭示了DEHP对盐渍土壤微生物和碳循环的多方面影响：

3.1. DEHP对不同盐渍化土壤碳循环相关酶活性的影响

DEHP对蔗糖酶、过氧化氢酶和脲酶的活性影响显著，且这种影响受到盐度和暴露时间的共同调控。在轻度盐渍土（SS）中，DEHP（100 mg·kg^-1）在早期（10天）抑制了蔗糖酶活性，而在极端盐渍土（ES）中则表现出刺激作用。DEHP与盐度的交互作用对过氧化氢酶活性影响显著，低浓度DEHP（5 mg·kg^-1）在ES土壤中刺激了过氧化氢酶活性。脲酶活性在SS土壤中后期（20天后）被DEHP促进，但在ES土壤中影响较小。重复测量方差分析表明，盐度（p < 0.001）和时间（p < 0.001）是调节这些酶活性的关键因素。

3.2. DEHP对土壤细菌、古菌和真菌丰度的影响

细菌群落对DEHP响应最为敏感（p < 0.001），真菌群落响应边缘显著（p = 0.055），而古菌群落对DEHP不敏感（p > 0.05），但对盐度高度敏感（p < 0.001）。细菌和真菌均表现出显著的DEHP × 盐度 × 时间三阶交互作用，表明盐胁迫会动态调节微生物对DEHP的毒性阈值。

3.3. DEHP对盐渍土壤功能基因的影响

在碳固定方面，DEHP在高盐（ES）条件下显著降低了Calvin-Benson-Bassham（CBB）循环关键基因cbbL-IC的丰度，但促进了还原性三羧酸循环（rTCA）关键基因aclA的丰度，表明微生物可能从CBB循环转向rTCA循环等替代碳固定途径。在甲烷氧化方面，DEHP对pmoA基因（编码颗粒性甲烷单加氧酶β亚基）丰度的影响存在延迟效应，在SS土壤中早期激活，而在ES土壤中延迟至20天后才出现激活，提示高盐环境下甲烷氧化功能可能被暂时抑制。在碳降解方面，DEHP在SS土壤中激活了真菌纤维素降解基因cbhI和半纤维素降解基因abfA的表达，但在ES土壤中，盐度的抑制作用掩盖了DEHP的早期激活效应。在PAEs降解方面，DEHP显著促进了降解基因phtAb和pcaI的丰度，但在ES土壤中，高盐度抑制了这两个基因的表达，导致DEHP矿化延迟。

3.4. DEHP对盐渍土壤微生物群落的影响

高通量测序结果显示，盐度是影响细菌群落结构和多样性的主要因素，ES土壤的细菌多样性低于SS土壤。在SS土壤中，优势菌门为酸杆菌门（Acidobacteriota）和变形菌门（Proteobacteria），而在ES土壤中，优势菌门变为拟杆菌门（Bacteroidota）和变形菌门。DEHP处理改变了属水平上的群落组成，例如在SS土壤中，高浓度DEHP降低了鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）的相对丰度，但提高了诺卡氏菌属（Nocardioides）和芽孢杆菌属（Bacillus）的丰度。在ES土壤中，DEHP促进了盐单胞菌属（Halomonas）、海杆菌属（Marinobacter）等耐盐菌属的富集。主坐标分析（PCoA）表明，SS土壤细菌群落对DEHP响应更快，而ES土壤群落响应延迟。线性判别分析（LEfSe）发现了不同DEHP浓度下的特异性生物标志物，如SS土壤中高浓度DEHP富集了诺卡氏菌属（Nocardioides）和玫瑰变色菌属（Roseovarius）等具有污染物降解潜力的菌属。功能预测（FAPROTAX）分析表明，DEHP在SS土壤中高浓度下抑制了烃类降解功能，但后期促进了芳香族化合物降解和化能异养功能；在ES土壤中，DEHP促进了碳降解和甲烷氧化相关功能。

3.5. 分子生态网络分析

分子生态网络分析揭示了不同盐度土壤中细菌群落应对DEHP胁迫的差异化互作策略。在SS土壤中，DEHP降低了网络节点数、边数、平均度（avgK）和平均聚类系数（avgCC），增加了模块性和平均路径距离（GD），表明网络复杂性和稳定性下降，但模块化程度提高以抵抗干扰。关键物种（如鞘氨醇单胞菌属Sphingomonas）减少。在ES土壤中，DEHP增加了网络节点数、边数和avgK，降低了模块性和GD，表明微生物相互作用增强，网络趋向于紧密连接，关键物种（如海杆菌属Marinobacter、嗜盐杆菌属Alifodinibius）增多，这可能有助于社区在多重胁迫下的功能多样性和适应性，但也可能削弱其稳定性。

3.6. 土壤细菌群落组成与土壤理化性质的红冗余分析（RDA）

冗余分析表明，在SS土壤中，有效磷（AP）和有效钾（AK）是影响细菌群落结构的主要环境因子；而在ES土壤中，土壤有机碳（SOC）成为最主要的影响因子，反映了高盐胁迫下微生物对有机碳资源的依赖性增强。

本研究系统阐明了盐度在调节土壤微生物对DEHP生态响应中的关键作用。DEHP通过影响酶活性、微生物丰度、功能基因表达和群落结构干扰土壤碳循环，但这些效应的方向和强度高度依赖于环境盐度水平和暴露时间。值得注意的是，DEHP并未在盐胁迫下进一步加剧对土壤微生物的影响，但微生物对DEHP的响应在极端盐渍土壤中出现延迟。微生物通过调整群落结构、功能途径和种间相互作用来应对DEHP胁迫，在轻度盐渍土中采取提高模块化以增强抗干扰能力的策略，而在极端盐渍土中则通过增强物种间连接和关键类群来适应。这些发现强调了在评估污染物环境风险时，必须充分考虑土壤环境背景（如盐度）的重要性。研究为理解脆弱盐渍生态系统中有机污染物的微生物响应机制提供了新视角，对制定针对性的盐渍土壤污染修复和生态系统保护策略具有重要的科学意义和实践价值。