设施农业年限增长加剧土壤微塑料污染并重塑细菌群落生态功能

　　本研究针对设施农业土壤中微塑料(MP)污染与微生物群落的互作机制这一科学盲区，通过分析北京10个设施农业基地土壤样本，发现MP丰度(1760±868.02 items/kg)与设施使用年限呈正相关，以聚丙烯(33.5%)和聚乙烯(17.3%)为主要成分。研究首次揭示设施年限通过改变土壤pH和有机质含量，比MPs更显著地影响微生物群落结构，其中酸杆菌门(Acidobacteriota)和生丝微菌属(Hyphomicrobium)丰度显著增加。功能分析表明设施年限会抑制碳循环但促进氮循环，为土壤生态健康评估提供新依据。

　　

在现代化农业快速发展的今天，设施农业如同给作物盖上了"保护伞"，通过塑料大棚、地膜等人工设施为农作物创造理想生长环境。然而这把"双刃剑"在带来增产效益的同时，也埋下了生态隐患——大量塑料制品在使用过程中老化破碎，形成直径小于5毫米的微塑料(Microplastics, MPs)颗粒，如同"隐形杀手"悄然侵入土壤。更令人担忧的是，这些持久性污染物可能通过改变土壤环境，进而影响维系土壤健康的微生物群落。但目前关于设施农业使用年限、MPs污染与土壤微生物三者间的复杂关系，科学界仍存在认知空白。

北京市农林科学院的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表的重要研究，首次系统揭示了设施农业年限对土壤MPs积累及微生物群落演替的长期影响。研究人员选取北京地区10个使用年限4-39年的设施农业基地，采集80份土壤样本，运用傅里叶变换红外光谱(FTIR)鉴定MPs成分，结合高通量测序和FAPROTAX功能预测工具，解析了微生物群落结构与功能的变化规律。

采样点特征
研究团队在北京潮土区选择10个管理措施一致的设施农业基地，构成4-39年的使用年限梯度，确保土壤类型和管理实践的均一性。

设施农业土壤中MPs的丰度
所有样本均检出MPs污染，平均丰度达1760±868.02 items/kg。最年轻(4年)和最年长(36年)设施的MPs丰度分别为475±185.40和3400±1152.17 items/kg，呈现显著的正相关关系。

设施农业土壤中MPs的形态
碎片(47.3%)、薄膜(26.2%)和纤维(21.6%)是主要形态，聚丙烯(PP, 33.5%)和聚乙烯(PE, 17.3%)构成主要聚合物类型，这与农用塑料制品的材质特征高度吻合。

微生物群落变化特征
酸杆菌门(Acidobacteriota)和生丝微菌属(Hyphomicrobium)的丰度随设施年限增加显著上升。通过Mantel检验发现，土壤pH、有机质和设施年限对微生物群落的影响强度超过MPs本身。

微生物功能预测
FAPROTAX分析显示设施年限显著改变微生物功能谱：碳循环相关功能基因丰度下降，而氮循环相关基因丰度上升，这种功能转换可能影响土壤养分循环效率。

这项研究的重要发现在于，设施农业的持续使用不仅会线性增加MPs污染负荷，更会通过改变土壤理化性质驱动微生物群落演替。特别值得注意的是，相比MPs的直接效应，设施年限通过土壤环境变化产生的间接影响更为显著。研究首次明确了酸杆菌门和生丝微菌属作为年限敏感菌群的指示作用，为土壤生态健康评估提供了新型生物标志物。

在实践层面，该研究为设施农业的可持续发展提供了重要启示：一方面应研发可降解农用塑料替代品，从源头控制MPs污染；另一方面需建立设施年限-土壤生态的预警机制，通过定期监测关键微生物类群动态，评估土壤生态系统的健康状况。这些发现对保障农产品安全、维持土壤生态功能具有深远的科学价值和社会意义。