《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Low-temperature plasma coupled with microorganisms: A green remediation strategy for soil antibiotic pollution control
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•一种耦合低温等离子体与微生物的土壤抗生素修复方案。•140天内，恩诺沙星（ENR）和磺胺甲噁唑（SMX）的降解率分别达到95.46%和93.83%。•同时改善土壤结构、酶活性、肥力和生态功能。•填补了等离子体在抗生素污染土壤修复领域田间应用的空白。•该耦合技术高效且环保，适
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一种耦合低温等离子体与微生物的土壤抗生素修复方案。
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140天内，恩诺沙星（ENR）和磺胺甲噁唑（SMX）的降解率分别达到95.46%和93.83%。
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同时改善土壤结构、酶活性、肥力和生态功能。
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填补了等离子体在抗生素污染土壤修复领域田间应用的空白。
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该耦合技术高效且环保，适用于土壤原位修复。
引言
土壤生态系统正日益成为抗生素污染的重要归宿。抗生素的全球性过度使用和不当排放使土壤面临抗生素残留量持续上升和抗微生物耐药性扩散的双重生态风险，这已成为威胁生态安全和人类健康的主要环境问题 [1], [2]。土壤中的抗生素主要来源于几个方面，包括集约化畜禽养殖中兽用抗生素的应用、施入农田的粪便中药物残留、医疗和生活污水灌溉以及污泥农用 [3], [4]。由于这些污染物化学稳定性高且难以被微生物降解，它们能在土壤中长期存留并保持生物活性，从而对土壤微生物生态系统产生持续的选择性压力 [5]。一方面，抗生素可直接抑制或杀灭参与氮、磷等养分循环的有益微生物，破坏土壤微生物群落的多样性和结构稳定性，导致土壤生态功能退化。另一方面，抗生素的持续选择性压力促进携带抗生素耐药基因（ARGs）的细菌富集。这些基因可通过质粒和转座子等可移动遗传元件发生水平基因转移，使土壤转变为巨大的"耐药基因库" [6], [7]。此外，抗生素和耐药基因可通过作物吸收进入食物链，形成"环境—食品—健康"链条的污染途径，对人类健康构成潜在威胁。尽管解决土壤抗生素污染的迫切需要，传统修复技术存在若干局限性：物理换土成本高昂且可能引发二次污染，化学氧化可产生有毒中间产物并破坏土壤基质，微生物降解则受环境条件限制且微生物定殖困难，导致修复周期长，在处理高浓度或复杂污染物时效率不稳定 [8], [9], [10]。因此，开发高效、绿色、可原位的土壤抗生素污染治理技术已成为环境管理中的紧迫任务。低温等离子体技术的出现为应对这一挑战提供了充满希望的新途径。
低温等离子体是一种在接近室温条件下产生的部分电离气体，代表了一种融合物理和化学过程的新型环境修复技术。其在处理难降解污染物方面的独特优势已引起广泛关注 [11], [12], [13]。该技术可产生多种高活性组分，包括羟基自由基、超氧阴离子和臭氧等活性氧物种，一氧化氮等活性氮物种，以及高能电子和紫外光子。这些活性物种可通过多种途径协同降解污染物并灭活微生物 [14]。高能电子可直接造成微生物细胞膜和细胞壁的物理损伤，而氧化性自由基可穿透细胞结构，不可逆地破坏蛋白质、酶系统和遗传物质，导致微生物完全灭活。这种多靶点作用模式使微生物难以通过单基因突变产生抗性，从而从根本上降低耐药性传播风险 [15], [16]。同时，低温等离子体产生的活性物种可高效氧化分解土壤中的抗生素残留，且其操作条件温和，对土壤基质的破坏远小于传统化学氧化技术[17]。近期研究进一步证实了非热等离子体在污染土壤修复中的潜力[18]。有研究利用多柱介质阻挡放电等离子体有效去除了污染土壤中的柴油[18]，而Ketya等人（2025[19]）表明非热常压等离子体产生的气体可减少土壤微生物负荷，且不会导致整体微生物群落的剧烈变化。这些发现进一步支持了等离子体技术在土壤修复中的应用潜力。我们假设，低温等离子体与微生物耦合可实现抗生素污染土壤的高效修复 [20]。具体而言，低温等离子体可通过氧化降解降低土壤中的抗生素浓度，从而减轻对降解微生物群落的胁迫压力和毒性抑制，为功能微生物的定殖和增殖创造有利微环境。这些微生物可进一步参与等离子体氧化产生的中间产物的降解与转化，从而促进抗生素残留的持续去除。同时，它们有助于恢复被等离子体处理轻微扰动的土壤微生物群落，恢复土壤生态功能。这些过程的协同作用可产生互补增效的修复效果，为抗生素污染土壤的高效、环境可持续修复提供了一种前景广阔的策略。
基于此，本研究以受抗生素污染的农田土壤为研究对象，开展田间实验，探究低温等离子体与微生物耦合修复抗生素污染土壤的效果。设置了三个处理组：空白对照（CK）、单一低温等离子体处理（T1）和低温等离子体与微生物耦合处理（T2）。系统研究了耦合修复体系对土壤中典型抗生素——氟喹诺酮类恩诺沙星（ENR）和磺胺类磺胺甲噁唑（SMX）的降解性能。同时，动态监测不同处理下土壤结构、理化性质、养分含量、酶活性和微生物群落的变化。通过上述分析，全面评价了耦合修复技术对土壤生态系统的影响，最终揭示了低温等离子体与微生物耦合在抗生素污染土壤修复中增强修复效果的潜在机制。
章节摘要
实验材料与设备
测试菌株包括真菌和细菌。真菌菌株为哈茨木霉（Trichoderma harzianum），购自上海黛京生物科技有限公司。细菌菌株为克罗诺菌属（Citrobacter sp.）SAASenr-X1，由本实验室独立筛选和驯化，经鉴定可同时降解多种抗生素 [21]。活化后，哈茨木霉孢子悬液和克罗诺菌属对数生长期的培养液
土壤中抗生素的降解
如图3所示，SMX和ENR降解的动态监测结果表明，不同处理对土壤中典型抗生素的去除效率存在显著差异，耦合处理表现出卓越的即时和长期降解性能。土壤中SMX和ENR的初始背景浓度分别为131.99–132.00?μg/kg和277.68–277.70?μg/kg。依托土壤的自然自净化能力
抗生素去除效率与土壤综合指标的相关性分析
抗生素去除率与土壤结构、理化性质、酶活性和微生物相对丰度之间的相关性分析结果见图8。SMX和ENR的去除率表现出极强的正相关（p < 0.01），表明两种抗生素在耦合修复体系内表现出相似的降解响应模式。两种抗生素与pH均呈显著或极显著负相关（SMX：p < 0.05；ENR：
结论
- (1)
低温等离子体与微生物耦合修复技术对土壤中恩诺沙星和磺胺甲噁唑表现出较高的去除效率。经过140天的田间尺度修复，降解率分别达到95.46%和93.83%，显著高于单一低温等离子体处理组和控制组。该方法同时降低了抗生素对土壤生态系统的毒性效应。
- (2)
该耦合
CRediT作者贡献声明
段玉峰：撰写初稿，数据整理。梁文俊：审阅与编辑，撰写初稿，软件，数据整理。周森：调查。施林泽：验证，调查。刘雅楠：资源，概念化。吕卫光：形式分析，概念化。徐成龙：监督，方法学，经费获取，概念化。张翰林：监督，方法学，经费获取。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（2024YFE0109703）、教育部污染过程与环境标准重点实验室开放基金（2025b03）、上海设施园艺技术重点实验室（KF202501）以及上海市农业科学院优秀团队计划（沪农科卓2022（008））的支持。
梁文俊|段玉峰|施林泽|周森|吕卫光|刘雅楠|张翰林|徐成龙
