突破性研究：传统与生物降解地膜浸出液对植物的影响及其生态启示

《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》：Breaking ground: The effect of leachates from conventional and biodegradable mulching films on plants

　　本研究针对农业塑料污染日益严重的问题，聚焦传统低线性密度聚乙烯（LLDPE）和生物降解淀粉-聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯（PBAT）地膜浸出液对四种主要作物（大麦、小麦、胡萝卜和生菜）的潜在影响。通过急性与慢性暴露实验，结合非靶向/疑似筛查（NTS/SS）技术，发现浸出液虽对种子萌发影响有限，但显著改变根系形态并激活植物防御机制（如脂质过氧化和酚类物质积累）。研究首次系统比较两类塑料浸出液的生态效应，为农业塑料风险评估提供关键数据，对保障全球粮食安全与土壤健康具有重要意义。

　　

随着塑料在农业中的广泛应用，特别是地膜覆盖技术，土壤中塑料残留问题日益凸显。生物降解塑料因其更快的降解速率而被视为传统塑料的环保替代品。然而，两类塑料在环境风化过程中均会释放化学物质，这些浸出液对植物健康的影响尚不明确。目前研究多关注微塑料颗粒的直接影响，而对塑料化学物质渗入土壤的效应了解甚少。塑料降解过程中释放的添加剂和副产物可能改变土壤化学性质，损害植物生长，破坏微生物群落，进而降低作物产量，影响食品质量，并长期危害土壤健康。大多数现有研究仅针对单一物种或塑料类型，塑料浸出液的影响仍 largely unknown。理解这些相互作用对于在农业景观中塑料污染加剧的背景下保障作物生产力和土壤健康至关重要。

在此背景下，研究人员开展了一项创新性研究，比较了人工风化的传统低线性密度聚乙烯（LLDPE）和生物降解淀粉-聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯（PBAT）混合地膜浸出液对四种广泛栽培作物（单子叶植物大麦（Hordeum vulgare）和小麦（Triticum aestivum），以及双子叶植物胡萝卜（Daucus carota）和生菜（Lactuca sativa）的影响。研究通过环境相关浓度下的急性（萌发和早期发育）和慢性（仅生菜和大麦）暴露实验，评估了对植物生长的影响，并采用非靶向/疑似筛查（NTS/SS）对浸出液进行化学分析，以鉴定潜在渗出化学物质。该研究发表于《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》，为这一快速发展的研究领域提供了重要的新数据。

为开展研究，团队采用了多项关键技术方法：使用固相萃取（SPE）与亲水亲脂平衡（HLB）柱对浸出液进行样本提取和净化；通过液相色谱串联高分辨率质谱（LC-HRMS）进行非靶向/疑似筛查，以识别塑料添加剂；基于标准急性毒性实验（如种子萌发率和根长测量）和慢性盆栽实验（如生物量测定和生化分析）评估植物响应；所有实验在气候控制室中进行，确保条件一致性（温度21±1°C，光暗循环16:8小时，湿度75%）；使用ImageJ软件测量叶面积，计算比叶面积（SLA）；并通过分光光度法测定叶绿素含量、脂质过氧化（以MDA为标记物）、总酚含量（TPC）以及水杨酸（SA）及其糖苷（HSA）。

4.1. 化学分析

通过LC-HRMS分析，从淀粉-PBAT混合浸出液中检测到680个特征峰（正模式542个，负模式138个），LLDPE浸出液中检测到320个特征峰（正模式284个，负模式36个）。在?霍格兰浸出液中，淀粉-PBAT混合浸出液初步鉴定出6种化合物（正模式）和1种化合物（负模式），LLDPE浸出液鉴定出2种化合物（正模式）。这表明两类塑料均会渗出有机化学物质，且生物降解塑料可能因更复杂的配方而释放更多添加剂。

4.2. 实验1：急性毒性

急性暴露下，浸出液对四种作物早期物理性状影响有限。种子萌发百分比和萌发指数均无显著影响，但根长成为敏感终点：大麦根长在LLDPE中等浓度（0.1% w/w）下增加15%，生菜根长在PBAT高浓度（1% w/w）下增加48%。双子叶植物中，生菜根长显著增加，而胡萝卜未受影响。单子叶植物中，大麦响应明显，小麦无变化。结果表明，浸出液中的化学物质可能作为应激源或低浓度兴奋剂（hormesis） transiently刺激根系伸长。

4.3. 实验2：慢性暴露

慢性实验中，发现塑料类型与浓度之间存在交互作用，影响大麦的茎鲜重、根长、叶面积、总干重和SLA，以及生菜的叶片数和根长。生菜茎鲜重在LLDPE低浓度（0.01% w/w）下降低45%，根长在PBAT中等浓度（0.1% w/w）下增加66%。大麦生长参数多数未受影响，但根长在LLDPE低和中等浓度下显著增加。物种特异性响应可能源于生理结构差异（如单子叶纤维根系与双子叶直根系）。

4.3.2. 生化分析

生化指标显示一致应激响应：生菜茎中脂质过氧化（MDA含量）随LLDPE浓度增加而升高（低、中、高浓度分别增加48%、66%和137%），PBAT中高浓度亦引起增加。生菜茎总酚含量（TPC）被两类浸出液显著增加（LLDPE低、中、高浓度分别增加111%、179%和241%）。大麦中，叶绿素含量在LLDPE低浓度下增加（叶绿素a、b和总量分别增加18%、13%和16%），水杨酸（SA）及其糖苷（HSA）在根和茎中均有增加。这些变化表明植物防御机制被激活，以应对化学应激。

研究结论表明，传统和生物降解塑料浸出液均会渗出化学物质，诱导植物应激响应，且在环境相关浓度下即可发生。根长是敏感终点，但效应不一致；物种特异性响应突出（如生菜与大麦差异）。尽管生长参数影响有限，但生化变化（如氧化应激和酚类积累）证实浸出液导致植物应激。与颗粒效应不同（物理干扰），浸出液主要通过溶解有机物引发化学应激。研究强调，生物降解塑料并非无害，其复杂配方可能带来更高风险。未来需关注多应激源叠加效应（如气候变化与塑料污染交互），并通过毒性鉴定评估（TIE）和长期野外实验深化机制理解。该工作为评估农业塑料环境风险提供了关键科学依据，对制定可持续塑料管理策略具有重要意义。