诸如塑料微粒和工程纳米颗粒（NPs）之类的新兴污染物已成为全世界关注的环境问题，但对于它们在土壤-植物系统中的联合影响知之甚少。我们研究了两种微塑料，传统的不可降解的高密度聚乙烯（HDPE）和可生物降解的聚乳酸（PLA），在掺有或不含ZnO NPs的土壤中对玉米生长和丛枝菌根（AM）真菌群落的影响。HDPE和低剂量的PLA促进了植物的生长，而高剂量的PLA则明显降低了玉米芽（减少了16％–40％）和根系生物量（减少了28％–50％），表明。ZnO NPs对植物的生长没有显著影响，但会导致植物体内更多的Zn积累。HDPE和PLA都进一步增加了根中的Zn浓度，同时减少了Zn向地上部的转运。高通量测序表明，，尤其是优势属的相对丰度。ZnO NPs和微塑料的存在通常会增加土壤的pH值。总体而言，我们的发现表明，微塑料和ZnO NPs污染的增加可能对植物适应性，植物质量以及土壤微生物群落组成和多样性产生深远的生态影响，从而给农业ECO带来不确定的后果。

  译名：ZnO纳米粒掺入的土壤中微量塑料对植物生长和丛枝菌根真菌群落的影响

  原始的HDPE微塑料购自中国广东东明塑胶原料有限公司。商业级PLA 4032D购自NatureWorks（美国明尼苏达州Minnetonka的NatureWorks LLC）。土壤是从位于青岛即墨区南章园村的当地菜田（0-15厘米深）收集的。设计了三因子实验，使用两种类型的微塑料（HDPE和PLA），四种添加剂量的微塑料（0、0.1％，1％和10％，w/w）和三种浓度的ZnO NPs（0，50和500 mg ZnO/kg土壤），包括总共21种处理方法（表S2），每种处理重复四次。将微塑料和ZnO NPs彻底混入土壤中，以获得目标剂量。在每个盆中（高11厘米，直径18厘米），用950 g风干的土壤-微塑料混合物种植18颗均匀的种子。出苗后，每个盆中保留10株幼苗。将这些盆随机放在一个具有以下条件的植物生长室：白天/晚上（12/12小时）温度25–28/20–23℃，光照强度10,000 Lux，相对湿度50％–55％。每两天用去离子水浇灌植物，以保持约70％的持水量。种子播种后一个月，收获植物用于分析。将每个盆中的土壤混合，并取样约50 g新鲜土壤用于土壤性质分析。子样品（每个约10 g）存储在-80℃下，用于AMF分析。利用原子吸收分光光度计（FAAS，AA-7000）估算消解溶液中的Zn浓度，并测定土壤pH。使用高通量测序进行微生物测序分析。

  ZnO NPs含量如何，HDPE均可增加枝条和根的生物量，尤其是在10％的剂量下（图1）。但是，当PLA剂量（0.1％和1％）较低时，会增加植物生物量，而在10％剂量下会减少苗（减少16％–40％）和根生物量（减少28％–50％）。在大多数情况下，在接受50 mg/kg ZnO NPs+0.1％PLA的处理中，施用ZnO NPs不会影响枝条和根的生物量，但确实会减少枝条的生物量（图1）。在根生物量上，HDPE和ZnO NPs之间发现了显著的相互作用（表2）。

  在掺有ZnO NPs的土壤中，茎秆和根系Zn的浓度均大幅度提升，但受微塑料的影响不同（图2）。在大多数情况下，微塑料HDPE和PLA增加了暴露于ZnO NPs的植物中根系锌的浓度，在500 mg/kg ZnO NPs下不改变苗期锌的浓度，而在50 mg/kg时降低了苗期锌的浓度。微塑料还改变了未接受ZnO NPs的植物中的Zn浓度（图2）：在10％剂量下，HDPE和PLA均降低了茎秆Zn的浓度，但分别降低和增加了根部Zn的浓度（图2）。此外，HDPE和PLA均降低了暴露于ZnO NPs的植物中锌浓度的枝根比（表3）。

  图2添加或不添加氧化锌NPs的高密度聚乙烯和聚乳酸处理玉米幼苗的枝条(a)和根(b)中的锌浓度（平均值±SD，n = 4）。注：0、50和500表示ZnO NPs的浓度， 0、0.1％，1％和10％表示微塑料的添加剂量。显著差异（

  表3添加或不添加氧化锌NPs的高密度聚乙烯和聚乳酸对玉米幼苗地上部/根锌浓度的影响

  土壤pH通常随着ZnO NPs浓度的增加而增加（图3）。暴露于500 mg/kg ZnO NPs的土壤具有最高的pH值，与微塑料无关。在大多数情况下，HDPE和PLA都会增加土壤的pH值，特别是在存在ZnO NPs的情况下（图3）。方差分析结果证实，HDPE和ZnO NPs之间有交互作用（表2）。

  图3添加或不添加ZnO NPs的HDPE和PLA土壤pH值。注：0、50和500表示ZnO NPs的浓度， 0、0.1％，1％和10％表示微塑料的添加剂量。

  在所有研究样本中，共鉴定出33,144个属于AMF的OTU。其中，所有样本中均发现183个OTU，但具体OTU因治疗而异（图4）。总共鉴定出七个属，包括

  Paraglomus, Archaeospora, Glomus,Ambispora,Claroideoglomus, Diversispora,

  （图5）。还观察到一些未知的AMF。AMF分类群的群落组成和相对丰度随着微塑料和ZnO NPs的不同而有很大差异（图5，表2，表S3）。微量塑料的剂量和类型明显影响某些AMF分类群，而ZnO NPs就没有影响（三方差分析，表S3）。双向方差分析结果进一步表明，HDPE明显影响了未分类的AMF，而PLA显著影响了

  ）上观察到了PLA和ZnO NPs之间的相互作用（表2）。通常，在大多数治疗中，未分类的AMF具有最高的相对丰度，其后依次是

  （图5）。平均而言，与使用较低的微塑性剂量的药物相比，接受10％的HDPE和10％的PLA的药物具有更高的未分类AMF比例。当PLA剂量从0.1％增加到10％时，

  的相对丰度逐渐降低（图5）。观察到AMF的OTU数量和alpha多样性的变化（Chao1，Shannon，Simpson和ACE指数）（图4和6，图S4）。在单独使用ZnO NPs的治疗中，Chao1，Shannon和ACE指数均随ZnO NPs浓度的增加而下降，最低值为500 mg/kg。但是，与微塑料的共存改变了这种趋势（图6）：PLA对Chao1指数有显著影响（双向方差分析，表2），而HDPE并未显示出显著的总体影响，但在某些治疗中仍产生了影响。例如，单独使用10％HDPE的处理具有最高的Shannon指数，而500 mg/kg ZnO NPs和10％HDPE的组合处理组的Chao1指数高于仅含500 mg/kg ZnO NPs的处理组。方差分析结果为，HDPE-ZnO NPs相互作用对Shannon和ACE指数有显著影响，PLA-ZnO NPs相互作用对Simpson指数有显著影响（表2）。香农指数上也出现了微塑性类型，剂量和ZnO NPs之间的显著三方相互作用（表S3）。而且，皮尔森相关系数表明，香农指数与ZnO NPs，土壤pH和植物锌浓度呈负相关，而辛普森指数与正相关（表S4）。

  的植物。我们还发现，施用不一样和剂量的微塑料对植物生长的影响各不相同，这证实了微塑料的作用高度依赖于微塑料的类型和剂量（表

  的抑制作用。首先，一些微塑料能改善土壤结构，水和养分的利用率，并进一步促进植物生长。例如，聚酯（

  可以减轻植物的干旱胁迫，这可能归因于土壤容重的降低，通气量的增加以及根系在土壤中的更好渗透。其次，微塑料能改变土壤微生物群落并增加参与养分循环的土壤酶的活性。例如，暴露于微塑料如聚丙烯和低密度

  的土壤中，脲酶和磷酸酶的活性增强，可能会增加氮和磷的利用率以及植物对氮和磷的吸收。第三，可生物降解的微塑料例如

  可以通过降解微生物，产生具有有益或有害生长作用的次生代谢产物用作碳源。最近的一项研究之后发现，一种可生物降解的微塑料混合物（

  ）在小麦根际中产生大量的挥发性物质，这可能会引起植物生长受到抑制。挥发性化合物可通过调节植物激素平衡，代谢，养分获取，植物耐受性和植物

  的微生物降解过程中，可能会释放一些具有剂量依赖性作用的代谢物，从而对植物的生长产生不同的影响。

  此外，除具有生物降解性外，由不同聚合物制成的微塑料在其他物理化学特性（例如分子组成和结构，密度和疏水性）方面也存在很大差异。从逻辑上讲，微塑料将对土壤性状和植物生长产生各种影响。在最近的一项研究中，发现六种类型的微塑料在植物的土壤系统中具有不一样的作用：例如，

  ）。每个结构在其表面上包含不同的官能团，具有不一样的性质，这可能决定它们在这种植物

  可能对植物生长过程中产生刺激或毒性作用。在本研究中，土壤是从高肥力的农田中采集的，特别是高有效磷。据报道磷通过形成不溶性磷酸锌与共存的锌具有拮抗作用，以此来降低了锌的毒性。此外，进入土壤后，

  。因此，它们的毒性可能被土壤养分（如磷和有机物）控制。同样，向土壤中添加

  对豆没有植物毒性，甚至对大豆的植物生长有轻微的刺激作用。最后，但重要的是，与单独使用

  从而影响植物生长。但是，通过比较单一处理和组合处理中植物锌的浓度，能得出结论，组合处理暴露的植物中的植物毒性主要来自

  的浓度。首先，我们得知微塑料会影响植物组织中锌的积累，从而证实在暴露于

  的土壤中，由微塑料推动的根部锌积累的增加表明，微塑料可能会增加可用锌的浓度。与土壤颗粒相比，微塑料通常对镉和锌的吸附能力要低得多，因此导致土壤

  从根部向空中部分的转运。一些研究发现，微塑料能改变元素的吸收和在土壤和水培条件的植物组织中分配。植物对养分

  污染物的吸收与土壤水位紧密关联。由于它们的疏水性，微塑料可能会改变土壤的水分利用能力和蒸发以及水分运动。在先前的研究中，我们发现

  ）减少了植物的生长和水分吸收。微塑料会抑制植物从土壤中吸收水分，并阻止其向上运输到地上部分，从而降低了

  的运输。在水培实验中，由于暴露于微塑料的水稻幼苗中砷的含量降低，从而抑制了蒸腾作用和气孔。水稻叶片的电导率以及根系活性。相比之下，

  ，可能是由于它们在表面特征和可降解性上的差异，从而对土壤生物物理特性及微生物群落和活性的影响也各不相同，但潜在的机制需要在未来的研究中得到验证。最后，

  ），这表明它们干扰了养分的供应以及植物的吸收和转运。锌被认为是农作物和人类中最普遍缺乏的微量营养元素，因为土壤中植物可用的锌含量低。因此，在农业ECO中，向土壤中输入微塑料可能会对土壤肥力性状（如锌，营养价值和食品安全质量）产生负面影响。

  ）。总之，这些发现暗示着微塑料的存在可能会改变土壤中的酸碱平衡。微塑料可以与土壤中的有机物和矿物质以及各种有机和无机污染物相互作用，因此间接影响土壤的

  的综合影响。不足为奇的是，微塑料可能会通过改变土壤中锌的环境行为（例如锌的溶解，沉淀，水解和吸附

  微塑料的存在会对细菌群落的丰富度和多样性产生负面影响，正面影响或无显著影响。最近只有一项针对微塑料对

  是不可生物降解的，因此预计对微生物就没有直接影响。在一项研究中，在土壤中添加

  ％）对葱的根菌根定植没有毒性作用。但是，微塑料可能会通过改变土壤结构和特性来增加植物对环境胁迫的抵抗力，从而使植物共生

  可被土壤降解细菌降解，因此可能会影响土壤特性（尤其是微生物活性）和植物的生长比不可生物降解的塑料更为显著。相反，

  物种。可生物降解的微塑料中的成分污染物，例如添加剂，增塑剂和矿物质，也可能对土壤微生物群落和活性产生负面影响。因此，我们有充分的理由相信

  毒性的保护作用。这些结果与微塑料对植物生长的刺激效果很吻合。方差分析根据结果得出，