土壤-作物系统中邻苯二甲酸酯(PAEs)污染特征解析及微生物群落响应机制：以中国彭州为例

【编辑推荐】农业生态系统中广泛使用的含邻苯二甲酸酯(PAEs)塑料制品对农产品安全构成威胁。本研究通过GC-MS/MS和16S rRNA测序技术，首次系统揭示四川彭州农田土壤-作物系统中18种PAEs的分布迁移规律及微生物群落响应机制，发现高浓度PAEs降低细菌多样性但富集降解菌群，为PAEs污染治理提供关键数据支撑。

　　

在现代农业中，塑料薄膜、农药包装等含邻苯二甲酸酯(PAEs)的产品被大量使用，这些被称为"塑化剂"的化学物质会持续释放到环境中。更令人担忧的是，中国作为全球最大的塑料生产国，农田PAEs污染问题日益突出。已有研究表明，这些物质不仅会干扰人体内分泌系统，部分PAEs如DEHP（邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯）甚至具有潜在致癌性。然而，关于PAEs在土壤-作物系统中的完整迁移路径，以及它们如何影响维系土壤健康的关键微生物群落，科学界仍缺乏系统认知。

针对这一科学问题，四川省自然科学基金等项目支持的研究团队在彭州市典型农田展开调查。该地区作为西南重要的粮油蔬菜基地，其PAEs污染状况尚未明确。研究人员采用气相色谱-串联质谱(GC-MS/MS)技术检测18种PAEs，结合16S rRNA基因扩增子测序分析微生物群落，首次全面解析了该区域PAEs的环境行为与生态效应。

关键技术方法包括：1) GC-MS/MS定量分析土壤和作物中18种PAEs；2) Illumina高通量测序技术解析细菌群落结构；3) 共现网络分析评估微生物互作关系；4) 风险商值(HQ)模型评估健康风险。样本来自彭州市种植蔬菜、谷物和药用作物的农田。

【PAEs在农业土壤中的浓度与空间分布】
研究检测到土壤中∑₁₈PAEs浓度范围为10.7-5180 ng/g，其中美国EPA优先控制的6种PAEs(∑₆PAEs)占比达43.5%-86.3%。值得注意的是，DEHP和DBP（邻苯二甲酸二丁酯）是主要污染物，这与农用塑料薄膜中PAEs的组成特征一致。

【PAEs在土壤-作物系统中的迁移规律】
作物中PAEs浓度(38.9-6240 ng/g)普遍高于土壤，显示生物富集效应。不同作物类型对PAEs的吸收存在显著差异：叶菜类蔬菜表现出最强的PAEs累积能力，而谷物类作物相对较低。研究首次发现PAEs迁移效率与其辛醇-水分配系数(log K_ow)呈非线性关系。

【微生物群落响应特征】
高PAEs浓度使细菌α多样性降低14.7%-22.3%，但显著富集了鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas)等降解菌。共现网络分析显示，污染土壤中微生物互作关系更趋简单化，网络稳定性指标降低31.5%。特别重要的是，PAEs会强化环境选择作用，使确定性过程在群落构建中的贡献率提升至68.9%。

【健康风险评估】
虽然所有作物的危害商值(HQ)均低于安全阈值，但22.2%的样品存在低致癌风险。其中DEHP是致癌风险的主要贡献者，尤其在药用植物中风险相对较高。

这项发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》的研究具有多重意义：首次建立了彭州农田PAEs污染数据库，揭示了作物类型与PAEs迁移的关联规律；阐明了PAEs通过改变微生物群落组装过程影响土壤功能的机制；提出的"降解菌富集-微生物互作简化"模式为生物修复提供了新思路。研究结果对制定区域性PAEs管控标准具有重要参考价值，特别是为西南地区特色农作物安全生产提供了科学依据。值得注意的是，虽然当前致癌风险总体可控，但随着塑料制品用量的持续增加，长期累积效应仍需警惕。该研究为后续开发基于微生物群落的PAEs污染预警体系奠定了理论基础。