可生物降解微塑料（PLA）对土壤-水稻系统中砷迁移及根际微生物的影响机制研究

为解决可生物降解微塑料（BMPs）与砷（As）复合污染对水稻食品安全的影响，中国科学院团队通过盆栽实验揭示了不同粒径聚乳酸（PLA）通过酸化土壤、促进铁锰矿物溶解及改变微生物群落等途径，调控砷的生物有效性及形态转化。研究发现150 μm和50 μm PLA抑制水稻砷吸收，而150 nm纳米颗粒则加剧砷迁移，为评估BMPs生态风险提供了关键证据。

　　

塑料污染已成为全球性环境问题，而可生物降解微塑料（Biodegradable Microplastics, BMPs）因其"环保"标签被广泛推广。然而，这些看似绿色的材料在自然环境中可能分解为更危险的微米甚至纳米级颗粒，与重金属形成复合污染。其中，砷（As）作为高毒性的类金属元素，其在水稻中的积累尤其令人担忧——全球超半数人口以稻米为主食，砷通过食物链的迁移直接威胁人类健康。尽管传统微塑料（MPs）的环境效应已有研究，但关于聚乳酸（Polylactic Acid, PLA）这类典型BMPs如何影响砷在土壤-水稻系统中的迁移转化，仍存在巨大认知空白。

中国科学院的研究团队通过精心设计的盆栽实验，模拟真实稻田环境，系统研究了不同粒径（150 μm、50 μm和150 nm）PLA对砷生物地球化学循环的影响。研究采用PLS-PM（偏最小二乘路径模型）分析关键驱动因素，结合同步辐射技术解析砷形态，并通过高通量测序揭示微生物群落变化。

土壤采集与MPs处理
实验选用湖南长沙砷污染稻田土壤，通过添加不同粒径PLA构建对照体系。基础理化性质分析显示，PLA添加显著改变了土壤环境参数。

PLA对植物中金属元素积累的影响
研究发现150 μm和50 μm PLA抑制水稻地下部砷积累，分别降低23.7%和18.4%，而150 nm纳米PLA反而促进砷吸收21.3%。粒径效应同样反映在转运系数（TF）变化上，大颗粒PLA使TF降低34.6%，纳米级则提高28.9%。

讨论
PLA通过三重机制调控砷行为：① 降解产酸溶解铁锰氧化物，释放结合态砷；② 形成厌氧微环境促进微生物介导的砷还原（As(V)→As(III)）；③ 粒径依赖性吸附-解吸平衡。值得注意的是，纳米PLA因其超大比表面积和穿透能力，成为砷的"特洛伊木马"，而微米级PLA则通过物理阻隔发挥保护作用。

结论与局限
该研究首次阐明PLA粒径是调控砷迁移的关键开关：>50 μm颗粒降低水稻砷积累风险，而<200 nm颗粒显著加剧食品安全威胁。这一发现为BMPs的环境风险评估提供了粒径标准的分界依据，对制定农田微塑料管控政策具有里程碑意义。研究同时指出，PLA降解中间产物与砷的协同毒性机制仍需深入探索。

这项发表于《Environmental Pollution》的成果，不仅填补了BMPs-砷复合污染研究的空白，更警示我们：所谓"环保材料"可能隐藏着粒径依赖的生态风险。在推进塑料可持续发展的道路上，纳米级可降解材料的监管应当成为优先关注领域。