聚乙烯微塑料胁迫下玉米-大豆间作系统的微生物驱动多功能性衰减机制

（编辑推荐）本研究揭示了聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）微塑料（MPs）对玉米-大豆间作系统的差异化影响：5% PE MPs通过降低土壤微生物多样性（细菌/真菌α多样性减少0.8-8.6%）和磷有效性（总P降低17.8-21.5%），显著削弱生态系统多功能性；而PS MPs反而促进玉米生物量（+18.1%）。研究首次阐明MPs通过破坏"植物-微生物-土壤"互作网络威胁间作系统可持续性，为农业塑料污染治理提供关键靶点（如优先管控PE地膜）。

　　

Highlight

微塑料（MPs）污染对农业生态系统的威胁日益严重。它们改变土壤结构、养分循环和微生物多样性，进而负面影响作物生长、土壤健康和农业生产力。然而，关于不同类型和浓度MPs对作物生长及土壤生态系统的综合影响仍存在认知空白。本研究通过阐明MPs对玉米-大豆间作系统的级联效应，为可持续农业实践和污染控制提供科学依据。

植物生理与生长

我们的结果揭示了植物对MPs的物种特异性响应：玉米和大豆在形态和生理指标上呈现显著差异。虽然叶绿素含量和最大光能转化效率（Fv/Fm）在两种作物中均未受影响（图1a-c），但玉米的其他荧光参数如Y(II)、ETR、qP和qL在MPs处理下发生改变，且效应取决于MPs类型。值得注意的是，5% PP MPs使玉米生物量降低29.5%，而PS MPs则使其增加18.1%。玉米的可溶性糖（+15.4%至+26.0%）和蛋白质（+19.3%至+25.4%）在5% PE和PP MPs下升高，而大豆可溶性蛋白质降低40.3%至18.4%。这些发现表明MPs通过干扰光合电子传递链和碳代谢通路，差异化调控作物生长。

结论

本研究发现高浓度PE MPs通过降低细菌/真菌多样性和土壤磷有效性，损害玉米-大豆间作系统的生态系统多功能性。我们将其归因于PE导致的土壤结构破坏（如团聚体减少）、微生物栖息地碎片化以及磷在疏水塑料表面的吸附，共同限制了微生物活性和养分可利用性。相比之下，PP和PS MPs对系统功能的负面影响较弱，提示应优先管控PE类农用地膜。

环境启示

微塑料（MPs）对农业生态系统构成重大威胁。本研究强调需建立基于聚合物类型的风险评估体系，尤其需限制PE地膜使用，同时开发可降解替代材料。研究结果为制定间作系统抗MPs污染的农艺措施（如微生物接种、精准施肥）提供了理论框架，对保障粮食安全与生态可持续性具有重要实践意义。

CRediT作者贡献声明

Fuman Cai：调研。Ziqiang Liu：调研，资金获取。Zifang Zhou：调研。Yangbeijia Liu：调研。Jianwu Wang：文稿审阅与编辑，研究监督，项目管理，方法论设计，资金获取，概念框架。Zhenxiu Liu：文稿撰写与编辑，初稿起草，可视化分析，方法论，调研，形式化分析，数据管理，概念框架。Yali Liu：调研。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本研究的财务或个人利益冲突。

致谢

本研究受国家重点研发计划（2022YFD1901603）和中国博士后科学基金（2024M760964）资助。

利益冲突

无。