微塑料与铅复合污染下苜蓿生长、铅富集及土壤细菌群落的响应机制

本研究针对微塑料(MPs)和重金属(Pb)复合污染对植物-土壤系统的生态风险问题，通过聚乙烯(PE)颗粒(10μm/80μm)与Pb的联合暴露实验，揭示了Pb抑制苜蓿生物量、降低土壤pH值但稳定富集系数(BCF 0.11/TF 0.17)的规律，发现大粒径PE(80μm)可提升土壤细菌α多样性并潜在缓解Pb毒性，为复合污染生态修复提供理论依据。

　　

塑料污染与重金属污染已成为全球生态安全的双重威胁。随着全球塑料年排放量预计在205年达到6610万吨，微塑料(MPs)在环境中持续积累，其与重金属(HMs)如铅(Pb)的复合污染效应备受关注。这类污染物不仅改变土壤理化性质，更通过协同作用影响植物生长和微生物群落。尤其值得注意的是，MPs可能作为载体加剧重金属的生物有效性，也可能通过吸附作用降低其毒性，这种矛盾现象使得复合污染机制成为环境科学的研究热点。

吉林省建筑大学的研究团队以具有重金属修复潜力的苜蓿(Medicago sativa)为模式植物，设计不同粒径聚乙烯(PE) MPs(10μm/80μm)与Pb的复合污染实验，通过测定植物生物量、Pb富集特征及高通量测序技术，系统解析了复合污染对植物-土壤微生物系统的级联效应。研究成果发表在《Applied Soil Ecology》，为复合污染生态风险评估提供了新视角。

关键技术方法包括：1) 梯度Pb污染土壤构建(0-1.0 mg/kg)；2) 不同粒径PE MPs(10μm/80μm)添加实验；3) 植物生物量及Pb含量测定；4) 土壤pH值检测；5) 16S rRNA基因测序分析细菌群落。实验土壤采自中国科学院长岭草原生态研究站，苜蓿种子取自同一地区。

植物生长特性
研究发现Pb浓度升高使苜蓿地上部和根部生物量分别降低55%-88%和61%-90%，土壤pH同步下降。尽管植物体内Pb浓度随暴露水平增加，但生物富集系数(BCF=0.11)和转运因子(TF=0.17)保持稳定，表明苜蓿对Pb的富集能力具有阈值效应。值得注意的是，PE添加虽未显著改善植物生长，但80μm PE使根际Pb含量降低23.7%，提示大粒径MPs可能通过物理吸附减少Pb生物有效性。

土壤细菌群落响应
高浓度Pb使土壤细菌α多样性指数(Shannon)下降18.6%，并显著改变群落结构。耐Pb菌株如链霉菌(Streptomyces)和67-14在污染组中相对丰度分别达7.53%和8.63%，展现出特殊的重金属抗性机制。80μm PE单独处理使细菌多样性提升14.2%，且在复合污染中表现出缓解Pb毒性的趋势，这种"尺寸效应"可能与不同粒径MPs的表面积差异有关。

讨论与结论
该研究首次揭示MPs粒径是调节Pb-土壤微生物互作的关键因素：大粒径PE通过增加微生物栖息位点和改变Pb形态分布，可能形成"微生态避难所"。这一发现为复合污染修复提供了新思路——通过调控MPs物理特性来优化微生物修复效率。研究同时证实苜蓿作为Pb污染指示植物的可靠性，其稳定的BCF/TF值可作为污染评估的生物学指标。

该成果由陈伟、陈昭峥等学者合作完成，获得吉林省科技厅(20240304032SF)和辽宁省教育厅(LJKMZ20221757)等项目支持。研究不仅完善了MPs-HMs复合污染理论框架，更为农业土壤生态风险管控提供了实践指导，特别是对东北工业区土壤修复具有重要参考价值。