丛枝菌根真菌能够缓解微塑料对土壤线虫群落结构的影响

《Applied Soil Ecology》：Arbuscular mycorrhizal fungi mitigate microplastic-induced shifts in soil nematode communities

农业土壤线虫群落对丛枝菌根真菌和微塑料的联合响应分析，发现低浓度微塑料（≤0.30% w/w）通过表面细菌定殖提升线虫丰度，而高浓度（0.60% w/w）则因物理毒性降低丰度，土壤pH和有效磷成为群落重构的关键驱动因素。

　　

岳静涵|何月娇|马文静|赵灿灿|刘印湛|张莉|李国勇|张耀军

全球变化生态学国际联合研究实验室，生命科学学院，河南大学，开封，河南，475004，中国

摘要

微塑料污染日益威胁着农业生态系统的土壤健康，而丛枝菌根真菌（AMF）提供了潜在的缓解策略。然而，AMF和微塑料对土壤线虫的综合影响仍知之甚少。本研究评估了AMF接种（0.96% w/w）和微塑料污染（0–0.60% w/w）对花生田土壤线虫群落的单独和交互作用。结果显示，在鉴定出的57个线虫属中，AMF使植物寄生线虫（PPI）的成熟指数增加了89.8%，并增强了食菌线虫（Fu）和植物寄生线虫（PP）群体的代谢足迹，表明通过根系分泌物介导的途径增强了能量传递。微塑料表现出浓度依赖性影响：低剂量（0.06%）使总线虫数量增加了74.4%，并提高了食细菌线虫（Ba）的代谢活性，这可能是由于微塑料表面细菌的定殖。较高浓度（0.30–0.60%）使总线虫数量减少了27.3–27.9%，反映了小于50微米片段的物理毒性。土壤pH值和有效磷成为驱动群落重构的关键因素，pH值与线虫多样性呈负相关，而有效磷对营养群落组成有正面影响。这些发现表明，在微塑料压力下，AMF在增强植物寄生线虫抗性方面具有双重作用，但在高污染水平下会加剧营养失衡。我们建议将AMF应用于微塑料污染不超过0.30%的土壤中，并结合监管阈值来遏制营养级联破坏。这项工作为塑料污染农业生态系统的可持续土壤管理策略提供了支持。

引言

土壤线虫是农业生态系统的重要组成部分，在有机物分解、养分循环和土壤结构维持中起着关键作用（Neher, 2010; Gebremikael et al., 2016; Pinto et al., 2024）。它们的数量和多样性是土壤健康和生态系统功能的关键指标（Bardgett et al., 1999; Bakonyi et al., 2007; Pires et al., 2023; Pinto et al., 2024）。然而，农业集约化导致土壤生态系统面临越来越多的生物和非生物压力，包括微塑料污染和微生物群落不稳定（Pires et al., 2023; Pinto et al., 2024）。尽管这些压力因素威胁着土壤生物多样性和生态过程，但它们破坏线虫群落的机制尚未明确。

丛枝菌根真菌（AMF）是最有益的土壤微生物之一，与植物根系形成共生关系，增强养分吸收——尤其是磷——并提高植物对疾病的抵抗力（Shi et al., 2022; Prisa, 2023; Wahab et al., 2023）。此外，AMF通过产生葡聚糖相关土壤蛋白（Driver et al., 2005; Jia et al., 2025）和调节根际微生物群落（Zhang et al., 2019; Xu et al., 2023）来稳定土壤结构和促进养分循环动态。新的证据表明，AMF通过直接机制减少线虫侵染，例如改变根系分泌物谱型和阻碍病原体传播（Vos et al., 2012; Sharma and Sharma, 2017; Molinari et al., 2022）。除了直接影响外，AMF介导的土壤结构和性质改善，包括提高有机碳和团聚体稳定性，可能通过调节线虫的生存条件间接抑制线虫（Kohler et al., 2016; Frey, 2019; Poveda et al., 2020）。尽管有这些益处，AMF缓解新兴污染物（特别是微塑料）对线虫群落的影响潜力仍需进一步研究。

微塑料作为农业生态系统中的持久性污染物，通过覆盖物降解、落叶沉积和大气沉降进入土壤（Rillig et al., 2017; Zhang et al., 2020; Jin et al., 2022）。它们的积累会破坏土壤的物理化学性质，抑制植物生长，并改变微生物动态（Kim et al., 2020; Wang et al., 2021; Zhang et al., 2022）。最近的研究报告称，微塑料会减少土壤线虫数量并引起特定营养级的群落变化（Kim et al., 2020; Yang et al., 2022）。当自由生活的线虫摄入微塑料时，微塑料会对它们产生直接影响（Okeke et al., 2023），导致肠道阻塞和氧化应激（Lin et al., 2020; Cao et al., 2024）。相比之下，植物寄生线虫由于其特化的口器而表现出抗性（Fueser et al., 2019）。间接地，微塑料改变了更广泛的土壤环境——包括微生物群落结构、养分循环和物理性质（Qiu et al., 2022; Han et al., 2024; Mohasin et al., 2025）——最终重塑了线虫群落（de Souza Machado et al., 2019; Zhang et al., 2025）。一种有前景的缓解微塑料压力方法在于AMF的多功能作用（Miozzi et al., 2019; Kumari et al., 2025）。AMF增强了土壤孔隙度和养分有效性，提供了一种可行的机制来对抗微塑料引起的物理化学降解（Bahadur et al., 2019; Parasar et al., 2024）。此外，新的假设提出AMF可能通过细胞外分泌物（如凝集素）与微塑料直接相互作用（Rajtor and Piotrowska-Seget, 2016; Yu et al., 2024）。然而，这些反应的机制，特别是在AMF活性下的机制，尚未明确。

本研究旨在通过调查AMF接种和微塑料污染对农田土壤线虫群落的综合影响来填补这些空白。具体来说，我们将研究在不同微塑料浓度和AMF存在下线虫数量、多样性和群落结构的变化。通过阐明这些相互作用的机制，本研究旨在为农业土壤的可持续管理提供科学依据，并开发生物策略以减轻微塑料污染的影响。此外，本研究还将探索AMF作为增强土壤生态系统应对新兴环境压力工具的潜力。基于此，我们提出以下假设：（1）微塑料的添加将由于土壤性质和资源可用性的改变而导致线虫数量和多样性的浓度依赖性减少。（2）AMF接种将通过稳定土壤结构、提高有机碳保留和调节植物-线虫相互作用来缓解微塑料的影响。

研究地点描述

实验在中国河南省开封市的西江寨村（34°62′N, 114°22′E）进行。该地区具有温带季风气候，四季分明，年平均气温为14.52°C，年平均降水量为627.5毫米，主要集中在7月和8月。根据FAO分类，该地区的土壤为黄河淤泥土和沙质土，肥沃且适合多种作物生长（Song et al., 2017）。

实验设计

线虫数量和群落组成

共分离出9513条土壤线虫，平均每100克干土含有297.27条线虫。对2999条线虫的分类鉴定显示有27属的食细菌线虫（Ba）、5属的食真菌线虫（Fu）、11属的植物寄生线虫（OP）和14属的植物寄生线虫（PP）（图1，补充表S1）。各处理组中的优势类群包括Plectus（占总线虫的27.89%）、Chiloplacus（14.51%）和Cephalobus（12.04%）。这三种都属于食细菌线虫。

微塑料浓度及其与...

AMF对土壤线虫群落的独立影响

土壤线虫数量反映了生态系统活动和物质循环（Young and Unc, 2023），而较高的线虫多样性有助于生态系统稳定性和生产力（Bongers, 1999; Bongers and Ferris, 1999）。虽然AMF接种并未显著改变线虫数量或多样性（Shannon指数），但它显著提高了植物寄生线虫指数（PPI）并增强了植物寄生线虫（PP）的代谢足迹。这些发现与...

结论

本研究表明，AMF和微塑料对土壤线虫群落的影响主要是间接的，通过关键土壤性质——主要是pH值和硝酸盐可用性——介导的。一个核心发现是AMF的剂量依赖性作用：在低微塑料污染水平（≤0.30% w/w）下，它稳定了土壤食物网并增强了其功能能力，但在高污染水平下可能导致营养失衡和系统不稳定。

这些结果强调了...

作者贡献声明

岳静涵：撰写——初稿、软件、方法学、调查、数据管理。何月娇：撰写——初稿、软件、数据管理。马文静：撰写——初稿、方法学、概念化。赵灿灿：撰写——审稿与编辑、监督、方法学、概念化。刘印湛：撰写——审稿与编辑、方法学、资金获取、概念化。张莉：撰写——审稿与编辑、调查、数据管理。李国勇：撰写——

利益冲突声明

作者声明他们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

本工作得到了河南省自然科学基金（编号：222300420001）、河南省高等学校重点研究项目（编号：23A180013）和河南省自然科学基金（编号：252300420166）的支持。