英文题目：Effects of plastic residues and microplastics on soil ecosystems: A global meta-analysis

中文题目：塑料残留及微塑料对土壤生态系统的影响：一项全球尺度meta分析

第一作者：张金瑞、任思洋

通讯作者：刘学军、王锴

塑料污染作为目前全球重点关注的环境问题之一，威胁着水体和陆地生态系统健康。塑料污染对水体环境的影响已有较多研究，然而塑料残留和微塑料（Microplastics，MPs）对土壤生态系统的影响程度如何，至今仍不清楚。明晰塑料残留和MPs对土壤生态系统的影响是国内外环境科学、土壤学、生态学和生物学等多学科共同关注的研究热点。近日，中国农业大学资源与环境学院、国家农业绿色发展研究院张福锁、刘学军、许稳和王锴老师团队在环境领域国际主流期刊 Journal of Hazardous Materials（IF₂₀₂₁ = 10.588）上发表了题为“Effects of plastic residues and microplastics on soil ecosystems: A global meta-analysis”的研究论文（DOI: 10.1016/j.jhazmat.2022.129065）。

该研究通过检索2000年1月1日–2021年1月31日发表的相关文献5212篇，获得有效文献105篇，并获得有效观测值6223个，依托这些观测值进行了一项全球尺度的meta分析，以量化塑料残留和MPs对全球土壤生态系统功能指标（即土壤理化性质、植物和土壤动物健康、土壤微生物的丰度和多样性）的影响。

图文解读：

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图1 塑料残留和MPs对土壤基础理化性质的影响。红色菱形代表总效应值。蓝色方块表示每种塑料残留物和MPs的效应值，误差线代表95%置信区间。效应值> 1表示处理组的效应高于对照组。n为样本量，p为Q检验的p值，p < 0.05代表差异显著，下同。

土壤对塑料残留和MPs的响应主要体现在土壤基本性质和碳、氮、磷含量的变化上。塑料残留和MPs可使土壤湿润锋垂直运动和水平运动、可溶性有机碳和土壤总氮含量分别降低14%、10%、9%和7%。塑料残留和MPs对土壤碳、氮、磷的影响因元素的形态以及塑料的组分和形状的不同而有所差异。但塑料残留和MPs降低了土壤有机碳（Soil organic carbon, SOC）、全氮（Total nitrogen, TN）和全磷（Total phosphorus, TP）的含量。

图2 塑料残留和MPs对植物生长的影响。

塑料残留和MPs显著影响了植物株高（height）、总生物量（total biomass）、地上部生物量（shoot biomass）和地下部生物量（root biomass）等指标，其与空白处理相比分别下降了13%、12%、12%和14%（p < 0.0001）。所有类型的塑料残留和MPs均抑制植物生长，其中颗粒状MPs对地上部生物量的影响最大。

图3 塑料残留和MPs对动物生长、行为和摄食的影响。

塑料残留和MPs会抑制动物的生长。其中动物的体长（body length）、体重（body weight）、生长速率（growth rate）、肝脏器官重量（liver weight）和相对肝脏重量（relative liver weight）分别减少了7%、5%、19%、8%和6%（p < 0.05），动物寿命（life span）也缩短了8%（p < 0.05）。总之，所有类型的塑料都不同程度地抑制了动物的生长。此外，土壤动物的行为也受到塑料残留和MPs的影响，表现为身体弯曲（body bend）和头部抖动频率（head thrash）分别降低了9%和19%（p < 0.0001）。此外，塑料残留和MPs略微降低了动物的摄食率（feeding rate）（p > 0.05）。

图4 塑料残留和MPs对微生物丰度和多样性的影响。

相比之下，塑料残留和MPs对微生物影响研究的meta分析样本量为859，少于针对土壤性质（n = 3325）和植物（n = 1240）的研究，即关于塑料残留和MPs对土壤微生物影响的研究目前还较少。塑料残留和MPs使拟杆菌门（Bacteroidetes）、蓝藻门（Cyanobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）和浮霉菌门（Planctomycetes）的丰度分别减少了9%、41%、15%和9%，而硝化螺旋菌门（Nitrospirae）的丰度增加了33%（p < 0.05）。然而，大多数类型的塑料残留和MPs对细菌门丰度没有显著影响。此外，塑料残留和MPs使观察到的细菌物种数量减少了18%（p < 0.05），但对细菌群落的其他alpha多样性指数（如 AEC、Chao1、Coverage、Shannon 和 Simpson）没有显着影响（p > 0.05）。

总结

我们首次通过meta分析量化了不同形状和成分的塑料残留和MPs对全球土壤生态系统的影响。塑料残留和MPs共计改变了108个土壤生态系统的相关指标。本研究表明，塑料残留和MPs通过改变土壤的理化性质，阻碍了植物和土壤动物的生长发育，并产生了氧化应激损伤，从而对土壤生态系统构成威胁。然而，塑料残留和MPs对微生物的丰度和多样性的影响因种类而异。最后，该研究呼吁在田间条件下使用普通和可降解的大塑料和/或MPs，进行更多的长期定位实验，以便更深入地了解不同环境浓度下塑料残留对土壤生态系统的影响。

该项研究工作获得中英等六国参与的全球研究挑战基金（Global Challenges Research Fund, GCRF）项目“农业MPs对粮食安全与可持续发展影响”（NE/V005871/1）和中国农业大学高水平团队建设项目的资助。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389422008548