辣椒连作下土壤特性与微生物群落结构的时间动态：微塑料污染的深度特异性生态效应

《European Journal of Soil Biology》：The temporal dynamics of soil properties and microbial community structure under capsicum monoculture

本文系统揭示了低密度聚乙烯微塑料（LDPE-MP）在土壤垂直剖面中通过重构微生物互作网络影响酶活性（如促进脲酶/荧光素二乙酸酯酶而抑制碱性磷酸酶）和群落功能的深度依赖性机制。研究发现MP暴露会降低细菌α多样性、削弱网络复杂性，并特异性富集反硝化/碳代谢菌群，为评估微塑料的土壤生态风险提供了新视角。

　　

Highlight

本研究发现低密度聚乙烯微塑料（LDPE-MP）会通过深度特异性方式重构土壤微生物网络，显著影响养分循环关键酶活性。在表层土壤中，LDPE-MP对细菌群落结构和功能的扰动更为显著。

酶活性

为评估LDPE微塑料对土壤养分循环的影响，本研究检测了脲酶、碱性磷酸酶（AKP）和荧光素二乙酸酯酶（FDAse）三种酶的活性变化，其活性在培养期间呈现小幅波动（图1）。

如图1所示，各处理组不同土层脲酶活性变化趋势相似，均在第24天达到峰值。添加LDPE-MP后，表层土壤脲酶活性显著提升（p < 0.05），且2.0%浓度组促进作用更明显；而亚表层土壤仅在高浓度组出现轻微诱导效应。荧光素二乙酸酯酶（FDAse）活性在培养中期（第16-32天）受MP显著刺激，且表层土壤响应强度高于亚表层。相反，碱性磷酸酶（AKP）活性在所有土层均被MP抑制，其中表层土壤的抑制程度更突出。这些结果表明LDPE-MP对土壤酶活性的影响具有明显的深度依赖性。

微生物群落结构

通过16S rRNA测序分析发现，LDPE-MP暴露显著降低了细菌群落的物种丰富度和α多样性（Chao1和Shannon指数），且表层土壤的下降幅度大于亚表层（图2a-b）。主坐标分析（PCoA）显示MP处理组与对照组群落结构形成明显分离，其中表层土壤的群落差异更显著（图2c）。进一步分析表明，LDPE-MP主要抑制非优势类群而非关键物种，这种选择性扰动导致微生物网络互作减弱，降低了群落的复杂性和生态稳定性。

功能类群响应

LDPE-MP显著刺激了合作代谢类群的增殖，包括反硝化细菌、碳分解细菌和MP降解细菌，但竞争性抑制了固氮菌、同化细菌和磷酸盐转化菌的生长。这些变化可能进一步影响土壤碳氮循环和肥力功能。值得注意的是，MP相关细菌与产FDAse/脲酶类群之间存在协同关系，这解释了表层土壤中MP理化变化增强的现象。

结论与展望

本研究揭示了LDPE-MP暴露对土壤生态系统的深度依赖性影响，表明MP会通过削弱微生物互作网络扰乱土壤碳、氮、磷循环。未来需开展长期研究以明确MP在土壤中的归趋及其生态效应。