PE与PLA微塑料对蚯蚓肠道菌群及土壤微生态代谢组的差异性影响机制研究

为解决微塑料(MPs)对土壤生态系统的潜在风险问题，东北师范大学环境学院的研究团队通过16S rRNA高通量测序和非靶向土壤代谢组学分析，系统比较了聚乙烯(PE)和聚乳酸(PLA)微塑料对蚯蚓肠道菌群及土壤微生态的差异性影响。研究发现PE显著降低蚯蚓肠道菌群Shannon指数，PLA则更显著干扰土壤代谢通路，两者均破坏土壤碳氮循环关键代谢物。该研究为评估微塑料生态风险提供了多维度科学依据。

　　

塑料污染已成为全球性环境问题，每年有数百万吨塑料废弃物进入生态系统。在农业领域，广泛使用的地膜在降解过程中会产生大量微塑料(MPs)颗粒，这些直径小于5毫米的微小碎片正在悄然改变着土壤生态。尤其令人担忧的是，作为"环保替代品"推出的生物可降解塑料，其真实环境效应仍存在巨大认知空白。土壤中的微塑料不仅可能改变微生物群落结构，更可能通过蚯蚓等"生态系统工程师"的摄食行为进入食物链，引发级联生态效应。然而，现有研究多聚焦单一环境参数，难以全面揭示微塑料与土壤生物-化学过程的复杂互作机制。

针对这一科学难题，东北师范大学国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室的研究团队开展了一项创新性研究。通过为期120天的微宇宙实验，结合高通量测序和代谢组学技术，首次系统比较了传统聚乙烯(PE)与生物可降解聚乳酸(PLA)微塑料对蚯蚓(Eisenia nordenskioldi)肠道菌群及土壤微生态代谢网络的差异性影响。这项重要研究成果发表在环境科学领域权威期刊《Environmental Pollution》上。

研究人员采用多组学联用技术路线：通过16S rRNA基因测序解析蚯蚓肠道和土壤细菌群落结构变化；运用非靶向代谢组学技术检测土壤小分子代谢物谱改变；结合多元统计和路径分析(PLS-PM)揭示微生物-代谢物互作网络。实验采用中国东北典型黑土和当地优势蚯蚓物种，设置PE、PLA添加组及对照组进行对比研究。

【Effect of microplastics on gut bacterial community of earthworm】部分显示，PE暴露使蚯蚓肠道操作分类单元(OTUs)减少至4901个，显著降低Shannon多样性指数(p=0.038)，而PLA处理组OTUs达7829个但未显著改变α多样性。值得注意的是，在PE处理蚯蚓肠道中检测到两个潜在MPs降解菌属——类芽孢杆菌(Paenibacillus)和不动杆菌(Acinetobacter)，暗示蚯蚓可能通过肠道菌群适应微塑料胁迫。

【Effect of microplastics on soil bacterial community】结果表明，PE使土壤放线菌门(Actinomycetota)相对丰度降低5.79%，而PLA处理显著改变酸杆菌门(Acidobacteriota)等关键菌群。两种微塑料均引起土壤溶解性有机碳(DOC)含量显著上升，与核心代谢物含量呈显著负相关。

【Effect of microplastics on soil metabolites】代谢组分析发现，MPs干扰了脂质、碳水化合物和氨基酸三大类关键代谢物，这些物质与土壤多功能性密切关联。PLS路径模型证实，微塑料添加与上述代谢物水平呈显著负相关，其中PLA对代谢通路的干扰更为显著。

研究结论部分明确指出，与传统认知不同，所谓"环保"的PLA微塑料对土壤代谢网络的扰动甚至超过PE。微塑料通过改变DOC含量、破坏微生物-代谢物互作平衡，进而影响土壤碳氮循环等生态功能。该研究创新性地整合蚯蚓肠道微生物组与土壤代谢组数据，为建立微塑料生态风险评估框架提供了重要理论基础。特别值得关注的是，研究发现蚯蚓肠道可能通过富集特定降解菌来应对微塑料胁迫，这一发现为发展基于土壤动物的生物修复技术提供了新思路。随着全球塑料使用量持续增长，这项研究对指导农业可持续发展、制定土壤污染防治策略具有重要现实意义。