《Journal of Cleaner Production》：Cascading effects of microplastic-pollutant co-exposure in coastal wetland soil-plant-microbe systems: Mitigation potential through nutrient management
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湿地土壤-植物系统中微塑料（MPE）与磷酸酯阻燃剂（TCPP）及抗生素（OTC）的协同暴露效应研究表明，MPE与TCPP共暴露显著提升植物生物量、土壤有机质及微生物多样性，稳定微生物共现网络；而OTC单暴露或共暴露导致土壤盐分升高、pH下降、有机质减少，破坏微生物群落结构，降低生态系统多功能性。总碳、氮、磷及土壤酶活性是关键驱动因素，协同污染通过养分循环和微生物互作产生级联效应。
孟子瑞|吕凌月|徐建忠|何梦轩|周敏|魏源
中国环境科学研究院环境标准与风险评估国家重点实验室，北京，100012，中国
摘要
沿海湿地正日益受到微塑料（MPs）和共存污染物的威胁，然而，它们对生态系统的综合影响仍知之甚少。在这项研究中，我们考察了一种代表性的微塑料体（MPE）与两种广泛存在的污染物——三（2-氯丙基）磷酸酯（TCPP）和土霉素（OTC）在湿地土壤-植物系统中的相互作用。研究发现，同时暴露于MPE和TCPP显著增加了植物生物量、土壤有机质（SOM）和微生物多样性，同时稳定了微生物共现网络。相比之下，单独暴露于OTC或与MPE共同作用会提高土壤盐度、降低pH值并减少SOM，导致微生物群落紊乱，生态系统多功能性降至最低。随机森林分析和结构方程模型表明，总碳（TC）、总氮（TN）、总磷（TP）、SOM和土壤过氧化氢酶活性（S-CAT）是影响多功能性的关键因素，其中土壤肥力通过植物-微生物反馈机制发挥着最强的直接和间接作用。此外，更高的植物多样性与更复杂的微生物网络和更高的功能相关。总体而言，这些结果强调了共污染的连锁效应，并表明改善土壤养分管理可能有助于缓解湿地生态系统的退化。
引言
微塑料（MPs）——直径小于5毫米的小型合成聚合物（Meng等人，2024a）——由于在各种环境介质中的广泛存在及其潜在的生态风险而受到广泛关注（Liang等人，2025）。沿海湿地作为污染物的“汇”，通过“捕获效应”积累MPs（Ouyang等人，2022）。这些生态系统中常见的MPs类型包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚氯乙烯（PVC），通常占土壤质量的0.01%–6.70%（Fuller和Gautam，2016；Ouyang等人，2022；Wu等人，2019）。此外，这些不同大小和类型的微塑料集合体统称为微塑料体（MPE），具有持久性、疏水性和高表面积特性。这些特性不仅促进了有机污染物的吸附和传输（Liang等人，2025；Meng等人，2024a；Ouyang等人，2022），还加速了制造过程中添加的塑料添加剂的释放（Li等人，2024）。这些发现突显了MPE加剧环境污染和损害脆弱沿海湿地生态系统生态功能的潜力。
除了MPs，沿海湿地还日益受到有机磷酸酯（OPEs）的污染，这些物质广泛用作阻燃剂和增塑剂，以及来自医疗、农业和水产活动的抗生素（Fang等人，2025；Gao等人，2024；Meng等人，2024b）。由于OPEs与MPs的强亲和力，这些污染物常常形成复合污染物，可能改变其环境行为和毒性。OPEs通常通过物理混合而非化学键合加入产品中，使其在生产、使用和处置过程中容易释放（Gao等人，2024；Hermabessiere等人，2020）。土壤，尤其是湿地土壤，是有机化合物的主要汇（Wang等人，2023），OPEs通过地表径流和大气沉降积累。据报道，湿地土壤中的OPEs浓度范围为137至386 ng g?1（Wang等人，2021），在受塑料废物处理影响的土壤中浓度显著更高（高达1250 ng g?1（Wan等人，2016）。即使在微量浓度下，OPEs也可能引起细胞毒性和生殖毒性（Wang等人，2023），对湿地植物和土壤生物造成严重威胁。抗生素也具有显著的生态影响，这主要是由于其滥用。在中国七个主要河流流域中，海河流域的抗生素总排放量和排放密度最高（Zhang等人，2015）。该流域的抗生素质量通量从上游到下游逐渐增加，每年有5008公斤排放到渤海（Lei等人，2019）。在这些河流中检测到的主要抗生素类别包括四环素、磺胺类和氟喹诺酮类（Zhao等人，2013）。沿海湿地通过河流输入和沿海人类活动接收抗生素，环境浓度可达氧四环素1.1 mg kg?1和土霉素49.7 mg kg?1（Gong等人，2023）。抗生素耐药细菌的出现以及抗生素降解对生物地球化学循环的破坏可能严重损害敏感的沿海湿地生态系统的生态功能。
沿海湿地作为全球气候和环境变化的监测生态系统，兼具陆地和海洋系统的特征（Meng等人，2023）。除了在生物多样性保护、蓝碳封存和养分循环方面的作用外，这些湿地还作为环境污染物的关键过滤器（Meng等人，2023，2024a）。然而，关于滞留的MPE及其相关化学物质如何破坏生物地球化学过程（尤其是支持关键生态系统服务的过程）的知识仍存在显著空白（Ouyang等人，2022）。虽然最近的研究探讨了MPs与OPEs或抗生素单独或共同作用对沿海湿地土壤-植物系统的影响（Meng等人，2024a；Xing等人，2023；Zhang等人，2024b），但大多数研究主要集中在污染物对土壤环境和养分动态的影响，以及其对微生物和植物群落结构和多样性的后续影响。然而，MPEs和OPEs或抗生素共同暴露的生态系统级后果仍不清楚。这些知识空白凸显了阐明MPE-OPE/抗生素共同暴露对沿海湿地生态系统多功能性连锁效应和潜在机制的迫切需求。
在这项研究中，我们根据Wu等人（2019）的报告和我们现场调查数据（表S1和S2）构建了一种包含PE、PET、PP、PS和PVC的MPE。选择三（2-氯丙基）磷酸酯（TCPP）和土霉素（OTC）作为代表性的有机磷酸酯（OPE）和抗生素，因为它们在环境中的普遍存在和生态重要性（Gao等人，2024；Zhao等人，2013）。TCPP是沿海湿地中最常检测到的OPEs之一，其浓度范围为45.2至123 ng g?1，其疏水性（log Kow = 3.6）有利于与微塑料的相互作用（Xie等人，2022）。同时，OTC是湿地土壤中检测到的主要抗生素之一，在受人类活动强烈影响的地区浓度可达49.7 mg kg?1（Gong等人，2023）。这些特性使其成为本研究中理想的模型污染物。随后使用土壤种子库建立了自然萌发的土壤-植物系统，并施加了MPE、TCPP和OTC。本研究的目标是：（1）探讨MPE、TCPP和OTC对土壤性质、植物形态特征、微生物群落动态和微生物组装过程的影响；（2）阐明MPE/TCPP和MPE/OTC共同暴露对生态系统多功能性的生态后果及其连锁效应。我们假设，MPE与有机污染物的共同暴露最终会通过耗尽土壤养分和肥力、降低植物多样性和改变微生物群落组装过程来减少生态系统多功能性。
实验材料描述
实验材料的表征
微塑料颗粒的尺寸约为150至3000微米，包括PE、PET、PP、PS和PVC，购自FENGTAI塑料化工有限公司（中国广东）。MPs的拉曼光谱见图S2。三（2-氯丙基）磷酸酯（TCPP）和土霉素（OTC）购自上海Macklin生化科技有限公司（中国上海）。土壤种子库的收集
在3月，种子萌发之前，从沿海地区收集了土壤种子库样本
植物群落和土壤性质的变化
与对照组相比，M、O和M–O处理显著降低了植物的含水量。此外，M–O和M–A处理显著增加了茎/根比（图1a和b）。所有处理的植物群落生物量都高于对照组，其中M–O处理的生物量最高（图1c）。如图1d所示，M、O和M–O处理显著提高了土壤pH值，而A和M–A处理则降低了pH值。土壤理化变量和植物群落的响应
在本研究中，我们观察到MPE和TCPP的共同暴露导致土壤pH值、SOM和脱氢酶活性增加（图1）。这种协同效应创造了有利的土壤环境，这与观察到的植物群落生物量最高和茎/根比增加一致（图1a和c），表明在这种处理下资源分配得到优化，植物生长得到促进。pH值的增加可能归因于多个因素。结论
我们的研究发现，MPE/TCPP的共同暴露显著增加了植物生物量、SOM和微生物多样性（变形菌和酸杆菌），同时提高了微生物共现网络的稳定性。这种共同暴露促进了微生物的确定性组装过程，减少了随机性，从而提高了生态系统多功能性。相比之下，单独暴露于OTC或与MPE共同作用会提高土壤盐度、降低pH值并减少SOM。
作者贡献声明
孟子瑞：撰写——原始草稿、可视化、方法学、数据管理、概念化。吕凌月：验证、监督、方法学、数据管理。徐建忠：可视化、监督、研究。何梦轩：验证、监督、资源管理、研究、资金获取。周敏：验证、监督、数据管理。魏源：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资源管理、资金获取。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本工作得到了国家重点研发计划（编号2023YFC3708004、2024YFF1306801和2024YFF1306804）、中国政府基础科学研究专项基金（编号2024YSKY-27）、天津市自然科学基金（编号24JCYBJC01150）、浙江省领雁研发计划（编号2024C03230）和黄淮实验室科技创新项目（编号240700005）的财政支持。
