来源：Frontiers of Agricultural Science & Engineering 发布时间：2026/4/9 14:33:57

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FASE 亮文解读丨传统与可生物降解塑料通过促进土壤养分循环改善豌豆生长

论文标题：Traditional and biodegradable plastics improve pea (Pisum sativum) growth by promoting nutrient turnover in soil

期刊：Frontiers of Agricultural Science & Engineering

作者：Jialing WU, Yuhuai LIU, Li WANG, Mouliang XIAO, Liang WEI, Jina DING, Jianping CHEN, Zhenke ZHU, Tida GE

发表时间：14 May 2025

DOI：10.15302/J-FASE-2025626

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农业塑料的应用与问题

Agricultural plastics application and problems

Volume 13 · Number 1 · February 2026

专 辑 文 章 介 绍

· 第五篇 ·

▎论文ID

Traditional and biodegradable plastics improve pea (Pisum sativum) growth by promoting nutrient turnover in soil

传统与可生物降解塑料通过促进土壤养分循环改善豌豆生长

文章类型：Research Article

发表年份：2025年

第一作者：吴佳玲，刘玉槐

通讯作者：刘玉槐，葛体达

Email: liuyh2018@yeah.net, getida@nbu.edu.cn

作者单位：新疆大学；宁波大学

Cite this article :

Jialing WU, Yuhuai LIU, Li WANG, Mouliang XIAO, Liang WEI, Jina DING, Jianping CHEN, Zhenke ZHU, Tida GE. Traditional and biodegradable plastics improve pea (Pisum sativum) growth by promoting nutrient turnover in soil.Front. Agr. Sci. Eng., 2026, 13(1): 25626 DOI:10.15302/J-FASE-2025626

· 文 章 摘 要 ·

传统塑料地膜覆盖所引发的微塑料积累会对植物养分获取策略产生干扰。可降解塑料可能在一定程度上降低此类风险。然而，传统塑料微粒和可降解塑料微粒对农业生态系统的不同影响以及在作物-土壤系统中最佳微塑料类型仍知之甚少。本研究通过盆栽实验探究了传统微塑料聚丙烯 (PP)、聚乙烯 (PE)及可降解微塑料聚己内酯 (PCL)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯 (PBAT) 在豌豆-土壤系统中不同添加浓度 (0%、0.1%、1%) 的作用。结果显示，传统塑料促使碳向上部分配，PBAT未显著改变有机碳含量；生长后期1% PP增加NH₄⁺-N含量，而PP、PE (0.1%、1%) 及1% PBAT降低 NO₃^–-N含量，可能与N-乙酰葡糖胺酶活性升高相关。可降解塑料提高了微生物生物量碳、氮、磷，传统塑料影响不一。微塑料增强了细菌与真菌网络复杂性，并可成为易分解碳源刺激有机物分解；但当土壤易分解碳匮乏且根系分泌物供应不足时，豌豆会与微生物竞争氮素以维持生长。

· 文 章 亮 点 ·

1. PP、PE和PCL微塑料可与土壤团聚体形成稳定结合。

2. PBAT微塑料能够促进微生物群落的生长，从而为豌豆根系提供更多的可用养分。

3. 在豌豆生长过程中，随着β-1,4-N-乙酰葡糖胺酶活性的增强，微塑料显著提升了氮素的吸收效率。

4. 在幼苗期，添加浓度为0.1%的PP、PE和PCL，以及浓度为0.1%和1%的PBAT，观察到微生物群落多样性有所增加的现象。

5. 浓度为0.1%和1%的微塑料未对土壤细菌与真菌之间的物质交换产生显著影响，但可能对生态系统的整体功能造成潜在负面影响。

· Graphical abstract ·

· 研 究 内 容 ·

▎引言

塑料污染，尤其是微塑料 (直径< 5 mm)，已成为威胁生态系统健康的重要环境问题。农业土壤因地膜使用成为微塑料重要汇集地，其可通过改变土壤性质、微生物群落及养分循环，并富集污染物影响生态功能，效应具有类型与剂量依赖性。传统 (PP、PE) 与可降解 (PCL、PBAT) 地膜是主要来源，前者已证实威胁土壤健康与作物生长，后者作为替代方案其生态影响仍不确定。当前研究多集中于单一生育阶段，缺乏对作物关键生育期差异响应的系统评估，因此，在推广可降解塑料之前，有必要全面比较不同类型微塑料在作物各生育阶段的生态效应与安全性。

本研究以豌豆为对象，探究传统与可降解微塑料在作物三个关键生育阶段的影响。传统微塑料已知会降低土壤水分、养分、微生物多样性、酶活性及作物生长；可降解微塑料有望通过降解提供养分，但其在豌豆系统中是否优于传统类型尚待验证。假设可降解微塑料能矿化释放有效养分，为系统提供更可持续选择。通过实验验证该假设，设置0.1%和1% (w/w) 两种添加量的传统微塑料 (PP、PE) 与可降解微塑料 (PCL、PBAT)，旨在：(1) 评估土壤养分有效性、水解酶活性及微生物多样性；(2) 解析微塑料在豌豆关键生育阶段的作用效应；(3) 比较传统与可降解微塑料对豌豆-土壤农业生态系统的生态影响。

▎材料与方法

1. 实验设计与设置

供试土壤采集自中国浙江省慈溪市龙山镇海通时代农业公园食用豆试验田。五点采样法获取0–20 cm耕作层土壤，剔除杂质及植物残体后过2 cm筛混匀备用。

实验选用四种微塑料 (粉末状纯聚合物，125 µm)：传统微塑料PP、PE，可降解微塑料PCL、PBAT。设置0%、0.1%和1%三个添加梯度以模拟田间条件。土壤与添加养分混匀后分为9个处理组：(1) 无添加 (对照)、(2) 0.1% PP、(3) 1% PP、(4) 0.1% PE、(5) 1% PE、(6) 0.1% PCL、(7) 1% PCL、(8) 0.1% PBAT、(9) 1% PBAT (所有浓度均按w/w计)。对于处理(2)–(9)，将微塑料分割为多个小颗粒后分别与土壤混匀。每盆 (14 cm×11 cm) 装入湿土，移栽3株预发芽的中秦1号豌豆幼苗，并施加水溶肥。培养箱昼/夜温度设置为25/20 ± 1 ℃，相对湿度70%–80%，培养期间每周随机调换盆位并补充超纯水维持60%持水量。播种1周后每盆保留2株长势一致的健壮幼苗。

2. 植株与土壤样品采集、理化性质测定及土壤DNA提取

在豌豆苗期 (播种后15 d)、花期 (播种后27 d) 和成熟期 (播种后41 d) (图 1) 采集地上部、根系及土壤样品，植物样品经杀青后烘至恒重。土壤样品分别保存于4 ℃ 和 –80 ℃，并测定土壤MBC、MBN、MBP、DOC、NH₄⁺-N、NO₃^–-N、Olsen-P及胞外酶活性 (BG、CBH、NAG、BX、PPO和 PER)。采用DNeasy PowerSoil试剂盒从0.5 g冻存土壤 (–80 ℃) 中提取总基因组DNA后送测分析。

图1 添加浓度0.1% 和1% PP、PE、PCL和PBAT处理的豌豆 (a) 苗期、(b) 花期和 (c) 成熟期生长状况。

▎结果

1. 植物生物量

苗期，1% PP显著降低地上生物量，而0.1% PBAT促进根生物量增加，并提高地上部与根系生物量比值。开花期，多数处理显著提高地上和根生物量，地上部与根系生物量比值总体呈上升趋势，但0.1% PBAT处理下该比值显著降低。成熟期，除1% PCL外，微塑料处理普遍促进地上与根生物量积累，其中0.1% PP和0.1% PE处理显著提高地上部与根系生物量比值。

2. 土壤有效养分和微生物生物量

幼苗期，除PBAT外，0.1%和1%的PP、PE与PCL降低DOC含量，0.1%和1% PCL提高NO₃^–-N，而0.1%和1% PP、PE及1% PBAT降低NO₃^–-N，Olsen-P仅在0.1% PP处理下降；成熟期仅1% PP提高NH₄⁺-N。微塑料对土壤微生物生物量的影响呈阶段性和材料依赖性：幼苗期与开花期，多数处理提高MBC、MBN、MBP，而成熟期MBC和MBP整体下降 (1% PE最低、PCL较高)，但MBN在多数微塑料处理下仍高于对照。

3. 土壤潜在酶活性

微塑料对土壤酶活性的影响具有显著的阶段和材料依赖性。幼苗期，0.1% PE、PCL和PBAT普遍促进碳、氮获取相关酶 (BG、CBH、NAG、BX) 活性，而1% PCL抑制BG和CBH；PPO和PER对不同材料与浓度响应差异显著。开花期，微塑料对BG和CBH影响减弱，多数低浓度处理及PBAT显著提升NAG和PER活性，PPO活性在低浓度下普遍升高。成熟期，BG和CBH无显著影响或表现为弱效应，NAG和BX在多数处理下保持较高活性；而PPO和PER整体低于对照。

4. 微生物群落多样性及共现网络

幼苗期，微塑料对细菌丰度、Chao1指数和ACE指数无显著影响，但0.1% PP、PE、PCL以及0.1%和1% PBAT处理提高了Shannon多样性 (p< 0.05)。开花期和成熟期，所有微塑料处理对上述细菌多样性指标均无显著影响。此外，三个生育阶段中所有微塑料处理均未显著改变真菌的丰度、Shannon多样性、Chao1指数和ACE指数。所有微塑料处理通过改变细菌和真菌群落结构以及增加关键网络指标增强了细菌和真菌网络的复杂性，但它们并未改变由变形菌纲、酸杆菌纲和裂门菌纲主导的细菌群落，也未改变由子囊菌纲、莫氏菌纲和毛壳菌纲主导的真菌群落 (图 2)。

图2 添加0.1%和1%的PP、PE、PCL和PBAT的豌豆幼苗期、开花期和成熟期后土壤 (a) 细菌和 (b) 真菌群落的组成和结构，以及 (c) 细菌和 (d) 真菌群落的共现网络。

5. 微塑料对豌豆生物量的影响

结构方程模型显示，幼苗期、开花期和成熟期模型拟合良好，分别解释了豌豆生物量变异的21.3%、14.2%和62.8%。幼苗期，豌豆生物量主要受微塑料类型、微生物生物量和土壤酶活性正向驱动，而微塑料浓度和有效养分表现为负效应；开花期，微生物多样性、微塑料浓度、微生物生物量、土壤酶活性和有效养分均对豌豆生物量产生正向影响；成熟期，微生物生物量、微塑料浓度和类型成为主要正向因子，而微生物多样性、土壤酶活性和有效养分对豌豆生物量产生负向影响 (图 Graphical abstract)。

· 结 论 ·

研究结果表明，微塑料的类型和浓度会影响豌豆土壤系统的特性。值得注意的是，PBAT似乎相对环保，并且有利于豌豆根系生长，因为它是一种可生物降解的碳源，在豌豆生长期间支持土壤有机质分解和养分循环。相反，传统微塑料对作物生长的影响因它们的特性 (例如剂量、尺寸、形状、成分和电荷) 而异。

然而，一旦易降解的碳被耗尽，来自根分泌物的新鲜易降解碳无法缓解微生物的碳限制，迫使豌豆植株和微生物争夺有限的土壤氮和磷资源。因此，在幼苗期，微塑料结合土壤团聚体中的易降解物质可能已经分解，导致细菌在微生物通讯中占据主导地位。随着豌豆生长进程的推进，细菌的优势地位有所下降，这是因为微塑料中的易降解碳被消耗殆尽，从而促使植物资源获取策略转向对有限的氮和磷的竞争。传统微塑料和可生物降解微塑料对于豌豆生长的优劣尚需进一步明确。具体而言，需要长期的田间试验来评估微塑料对豌豆-土壤系统的潜在生态毒性影响。