《Journal of Environmental Management》：Divergent effects of plastic mulching on the soil micro-food web across planting patterns and soil depths: Evidence from a field experiment
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摘要地膜在农业中的广泛使用引发了人们对它对土壤微生物群落影响的担忧。然而，可生物降解地膜与传统地膜在不同种植模式和土壤深度下对土壤微食物网的影响仍不甚明了。为此，我们进行了为期110天的田间试验，研究可生物降解（PBAT）地膜、传统（PE）地膜以及边缘种植PE地膜对土壤细菌、真菌
摘要
地膜在农业中的广泛使用引发了人们对它对土壤微生物群落影响的担忧。然而，可生物降解地膜与传统地膜在不同种植模式和土壤深度下对土壤微食物网的影响仍不甚明了。为此，我们进行了为期110天的田间试验，研究可生物降解（PBAT）地膜、传统（PE）地膜以及边缘种植PE地膜对土壤细菌、真菌和原生生物群落的影响。实验结果表明，PBAT显著降低了特定土壤层中细菌、真菌和原生生物的多样性，并改变了其组成。在所有处理组中，细菌和原生生物的分布仍以随机性为主，而真菌的分布则趋向于确定性过程。多营养级共现网络分析显示，PBAT显著增加了网络规模和整体稳定性，同时延长了网络的直径和路径长度，形成了“长链”结构。相比之下，PE地膜则大幅降低了网络规模和稳定性，其中边缘种植PE地膜的效应介于对照组和PE地膜之间。此外，PBAT还增强了真菌在微食物网中的连接作用。从垂直分布来看，地膜处理对微生物群落的影响主要体现在表层土壤中，随着土壤深度的增加，网络规模和稳定性逐渐下降。在资源受限的情况下，深层土壤中的微生物竞争可能更为激烈，这从负相关性的增强中可以看出来。此外，冗余分析和Mantel检验表明，土壤物理化学因素对微生物群落有显著影响，但只能解释部分变异。总体而言，可生物降解地膜与传统地膜在不同种植模式和土壤深度下对土壤微食物网的影响存在差异，这说明农业实践需要更细致的风险评估。
引言
塑料地膜覆盖是现代农业中广泛应用的一项技术，它在保持土壤水分、调节温度、维持氮平衡以及提高作物产量方面发挥着重要作用（Zhao等人，2023）。中国是全球最大的塑料地膜消费国，2021年的年使用量超过130万吨（Yang等人，2023）。传统聚乙烯地膜难以自然降解，因此可生物降解的聚丁二酸丁二醇酯-对苯二甲酸酯（PBAT）被视为减少“白色污染”的有效替代材料（Campanale等人，2024；Zhou等人，2025）。不过，与难以分解的PE碎片不同，PBAT会经历主动降解过程，这可能会对土壤生物产生截然不同的影响，从而引发生态方面的担忧（Campanale等人，2024；Reay等人，2025；Zhou等人，2023）。在目前的种植方式中，带孔的膜上种植最为常见，而为了节省劳动力并提高地膜的回收率，无孔的边缘种植方式越来越受到青睐（Chang等人，2024；Wu等人，2026；Zhao等人，2023）。然而，关于不同地膜处理方式（地膜类型和种植模式）对土壤微食物网的影响，目前仍存在较大的知识空白。
土壤微食物网主要由土壤微生物（细菌和真菌）及其捕食者（原生生物和线虫）组成，它在养分循环、有机物分解以及能量流动过程中起着至关重要的作用（de Vries等人，2013；Eisenhauer等人，2012；Ni等人，2024）。越来越多的证据表明，微食物网的拓扑参数比单个营养级对环境压力更为敏感；因此，仅关注单一营养级可能会低估生态风险（Liu等人，2023；Ni等人，2024；Yan等人，2026）。最近的田间研究表明，地膜处理会对土壤群落产生显著影响（Liu等人，2025；Wei等人，2025）。不过，这些研究大多集中在细菌和真菌上，对原生生物的关注相对较少（Wang等人，2025b）。原生生物是调控细菌和真菌数量变化的关键捕食者，因而对整个土壤微食物网具有自上而下的控制作用（Hu等人，2025）。由于处于更高的营养级，它们可能比细菌或真菌更容易受到环境干扰的影响（Wu等人，2022）。因此，忽视原生生物会妨碍我们从机制层面理解塑料地膜如何改变多营养级间的相互作用，进而影响整个食物网的稳定性和功能。虽然实验室微宇宙实验或短期培养实验为了解微塑料与微生物之间的相互作用提供了基础（Boctor等人，2025；Liu等人，2023；Zhang等人，2026a），但在实际地膜覆盖条件下对多个营养级微生物群落进行长期系统研究仍然十分有限。
不同的地膜处理方式，包括地膜类型和种植模式，都会显著改变土壤的物理化学性质，进而影响土壤微生物群落的结构和多样性（Bai等人，2025；Wen等人，2026）。例如，PBAT可生物降解地膜能显著增加土壤有机质和可利用微量营养素的含量，而PE地膜则会使土壤pH值升高到较高水平（Wang等人，2025a）。此外，不同的种植模式也会对土壤的水热条件产生差异：膜侧种植的保水效果最佳，而在膜上开孔播种则会产生最明显的升温效应，这两种种植模式会导致不同的微生物群落演替轨迹（Chang等人，2024；Wu等人，2026）。值得注意的是，地膜处理对土壤物理化学性质的影响存在明显的垂直差异。在地膜覆盖条件下，包括含水量、电导率以及各种氮磷组分在内的大多数物理化学指标都会随着土壤深度的增加而下降（Xu等人，2026）。地膜处理导致的氮素含量增加也呈现出类似的深度依赖性规律，即表层土壤中的氮素含量增加更为明显（Hossain等人，2022）。基于这些发现，我们推测不同的地膜处理方式可能会通过改变土壤的物理化学性质来影响土壤微食物网的结构和功能，而且这种影响在垂直方向上存在显著差异。
因此，本研究的主要目标是：（1）揭示不同地膜处理方式在各个土壤层中对土壤物理化学性质、植物生长以及微生物群落组成的影响差异；（2）构建细菌、真菌和原生生物的共现网络，阐明不同处理方式对这些生物之间复杂性、稳定性以及跨营养级相互作用的影响；（3）通过冗余分析（RDA）和Mantel检验，评估土壤物理化学性质对微食物网结构变化的贡献程度。本研究首次将地膜类型、种植模式和土壤深度这三个维度纳入土壤微食物网的研究框架之中。期望这些研究结果能为农业塑料污染的生态风险评估以及可持续农业管理提供科学依据。
章节节选
实验设计
该田间试验在中国北京市延庆区的种植基地进行（东经116.07°，北纬40.55°）。2025年4月14日，在对试验地块进行均匀耕作后，从六个点位随机采集土壤样本作为初始背景样本（Initial）。随后采用完全随机设计，四种处理方式各设置三个重复组。这四种处理方式分别为：（1）不施加地膜的控制组（CK）；（2）PBAT可生物降解地膜覆盖（膜上种植，PBAT）；
土壤物理化学性质与植物生长
与初始土壤相比，CK组L1层中的总氮、总磷、土壤有机质、速效磷、速效钾以及硝酸盐氮的含量均有所增加，而铵态氮的含量则显著下降（表S2）。不同的地膜处理方式对土壤的物理化学性质产生了显著影响（表S3和图1）。与CK组相比，PBAT处理组的硝酸盐氮、铵态氮以及有机质文档的含量显著更高，而土壤有机质含量则显著低于CK组和PE_L处理组。在PE处理组中，总氮和铵态氮的含量则
不同地膜处理方式对微食物网复杂性与稳定性的重塑
在本研究中，地膜类型（PBAT与PE）和种植模式（PE与PE_L）的不同都会显著影响地膜对微食物网结构的作用。PBAT处理增加了网络的整体复杂性，表现为节点数和边数增多，平均度也更高，而PE处理则导致网络收缩，其中PE_L处理组的效应介于CK组和PE组之间（图4）。此前的研究也表明，可生物降解微塑料能够提升细菌和真菌网络的整体复杂性，而传统
结论
本研究结果表明，可生物降解地膜与传统地膜在不同种植模式和土壤深度下对土壤微食物网的影响存在差异。可生物降解的PBAT地膜显著降低了细菌、真菌和原生生物的多样性，同时使真菌的群落结构趋向于确定性过程。此外，PBAT虽提升了网络的整体复杂性和稳定性，但却形成了“长链”结构，这可能会降低能量传递的效率。相比之下，传统的PE地膜则
作者贡献声明
孙玉苗：概念构思、数据整理、方法设计、可视化分析、初稿撰写、论文修订。孙佳琪：方法设计、论文修订。王思佳：实验实施、方法设计。曲翠翠：实验实施、方法设计。胡艺文：实验实施、方法设计。李芳：结果验证、论文修订。耿冬梅：研究指导、论文修订。徐丽：概念构思、资金申请、资源协调、研究指导、论文修订。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
本研究得到了北京农林科学院的科技创新能力建设项目（项目编号：KJCX20251007）以及国家自然科学基金的资助（项目编号：42371079）。
孙玉苗|孙佳琪|王思佳|曲翠翠|胡艺文|李芳|耿冬梅|徐丽
北京农林科学院质量标准与检测技术研究所，中国北京100097
