一种多功能的潜在菌株 Ancylobacter sp. PD-4 能够降解聚乙烯微塑料和邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯（DEHP）

《Journal of Hazardous Materials》：A versatile potential Ancylobacter sp. PD-4 capable of biodegrading polyethylene microplastics and di(2-ethylhexyl) phthalate

农业废弃物中生物降解塑料残留与传统塑料残留的生态风险对比研究通过元分析显示：生物降解塑料残留（BPRs）较传统塑料残留（CPRs）显著降低 shoot biomass 11.5%、root length 9.52%、Cu含量20.58%，同时增加根氧化损伤19.72%。多数指标（如发芽率、光合色素等）无显著差异，但酸性土壤低有机质条件下BPRs对根生物量及形态的抑制更明显。现有研究存在暴露时间短、以新塑料为主等局限性，需更多长期实地数据验证。

　　

冯媛|滕旺|陈宏宇|丁永成|陶建国|薛月|张林杰|林海燕|李宝杰|邱一飞|傅光和|邹新晴

南京大学地理与海洋科学学院，中国南京210023

摘要

农业是可生物降解塑料的主要应用领域。然而，可生物降解塑料残留物（BPRs）是否比传统塑料残留物（CPRs）对作物造成的生态风险更低，目前尚无定论。我们通过对55项研究中的1,530对数据进行严格的双重比较分析，直接比较了BPRs和CPRs的影响。与CPRs相比，BPRs显著降低了11.5%的地上生物量、9.52%的根长和20.58%的铜含量，同时增加了19.72%的根部氧化损伤。在发芽率、地上部分形态、总生物量、光合色素、净光合速率或抗氧化酶活性方面未观察到统计学上的显著差异。随着塑料浓度的增加，BPRs对作物的不利影响也更加明显。尽管塑料的大小、形状、BPR类型、作物类型、初始pH值、初始土壤有机质（SOM）含量和暴露时间等因素的影响有限，但在特定条件下这些因素会调节BPRs的效应。值得注意的是，在酸性和低SOM条件下，BPRs显著降低了根生物量并损害了根形态。鉴于现有文献的局限性，特别是暴露时间较短以及主要使用的是原生塑料，目前还不能得出BPRs对作物造成的风险是更大还是更小的明确结论。

引言

塑料，主要是传统的石油基材料，在农业中得到广泛应用，包括地膜、温室薄膜、灌溉管和农药容器等，以改善作物生长条件并提高产量[16][49]。然而，由于回收率低，农业塑料废弃物在环境中大量积累[19]。这些塑料可以通过物理、化学和生物过程分解成微塑料（MPs，直径小于5毫米），其中地膜是一个特别重要的来源[61][68][69]。因此，农业土壤中微塑料的浓度可高达每公斤数万颗粒[10][71]。大量研究表明，微塑料对作物的生物量（如地上和根部生物量）、形态（如根长和茎直径）、生理机能（如叶绿素含量和净光合速率）以及生化特性（如抗氧化酶活性和养分含量）有负面影响[24][26][56][9]。

可生物降解塑料（BPs）作为一种潜在的替代品，受到了广泛关注，因为它们在环境中的持久性较低，可以减少塑料垃圾的积累，从而减轻塑料污染的环境影响[41]。预计全球BPs的产量将从2023年的约113.6万吨增加到2028年的460.5万吨[14]。农业是BPs可以作为传统石油基塑料（CPs）的可持续替代品的关键领域，例如在地膜应用中[29]。许多国家和国际组织都支持在农业中使用BPs。例如，中国政府强调加快科学研究并推广可生物降解的农业地膜，这体现在“第十四个五年塑料污染控制计划”中。同样，联合国粮食及农业组织（FAO）也倡导在农业系统中用天然或可生物降解的材料替代塑料产品[16]。

然而，关于可生物降解塑料残留物（BPRs，包括微塑料和宏观塑料（≥5毫米）相对于传统塑料残留物（CPRs）的生态安全性，仍存在不确定性，因为一些研究表明BPRs对作物的负面影响更大[31][51][54][67][80]。例如，刘等人[31]报告称，低密度聚乙烯（PE）微塑料在2%的浓度下对Brassica chinensis的鲜重和干重没有显著影响。然而，相同浓度下的聚丁酸丁二醇酯-对苯二甲酸乙二醇酯（PBAT）微塑料显著抑制了植物生长，使鲜重减少了5.83%，干重减少了5.79%。这种不确定性使得制定有效的政策和管理措施变得复杂。

因此，本研究通过元分析定量总结了全球文献中的现有实验证据，以解答一个有争议的问题：BPRs是否对作物造成的生态风险低于CPRs？首次使用可进行双重比较的数据，以确保BPRs和CPRs之间的比较更加严谨和直接。接下来，通过子组和元回归分析探讨了可能的调节因素，如塑料特性。最后，讨论了现有研究的局限性，并提出了展望。本研究可以为政策制定者和环保组织提供有关塑料管理和可持续发展的宝贵见解。

文献搜索和数据收集

根据PRISMA（系统评价和元分析的优先报告项目）指南进行了系统文献搜索（图S1）。为Web of Science（使用“Topic”字段标签）和Scopus（使用“TITLE-ABS-KEY”字段标签）开发的搜索字符串列在文本S1中。仅纳入了文章类型的文档。最终搜索于2025年4月10日进行，从Web of Science和Scopus分别获得了19,521和11,261个结果。

纳入的

BPRs对作物的生态风险大于CPRs

在大多数响应类别中，BPRs和CPRs之间未观察到统计学上的显著差异（p > 0.05）（图1）。仅在地上生物量方面观察到显著差异，BPRs导致地上生物量减少了11.5%（lnRR = ?0.12，SE = 0.06，p = 0.04）。然而，在根形态、氧化损伤和养分元素等几个响应子类别中，BPRs和CPRs之间存在显著差异（图2和图S4）。

结论

我们对55项研究（1,530对观察结果）进行了系统元分析，以比较BPRs和CPRs对作物的生态影响。与CPRs相比，BPRs显著降低了地上生物量、根长和铜含量，同时增加了根部氧化损伤。在发芽率、地上部分形态、总生物量、光合色素、净光合速率或抗氧化酶活性方面未观察到统计学上的显著差异。BPRs的不利影响

环境影响

可生物降解塑料（BPs）作为传统石油基塑料（CPs）的替代品，在农业中获得了广泛支持。然而，我们的系统元分析通过严格的双重比较直接比较了BPRs和CPRs，发现BPRs可能比CPRs对作物造成的影响更大。鉴于现有文献的局限性，特别是暴露时间较短以及主要使用的是原生塑料，目前还不能得出明确结论

作者贡献声明

张林杰：写作 – 审稿与编辑，软件处理。林海燕：写作 – 审稿与编辑。李宝杰：正式分析。邱一飞：概念构思。傅光和：方法论。邹新晴：写作 – 审稿与编辑，监督，方法论，资金获取，正式分析，概念构思。冯媛：写作 – 初稿撰写，方法论，正式分析，数据管理，概念构思。滕旺：写作 – 审稿与编辑，监督，资金获取，概念构思。陈宏宇

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金[项目编号42576210]、江苏省自然资源科学技术项目[项目编号JSZRKJ202423]、中国国家自然科学基金[项目编号42107385]以及中央高校基本科研业务费[项目编号0209-14370410]的支持。