《Applied Soil Ecology》：Short-term greenhouse vegetable cultivation induced residue of phthalate esters and changes of soil microbial community
编辑推荐：
本研究分析长期水稻-小麦轮作农田转为温室蔬菜栽培（GVC）初期（6个月）的土壤环境变化。结果显示，GVC显著提升土壤中邻苯二甲酸酯类化合物（PAEs）浓度，无机肥处理下PAEs浓度达1.03 mg/kg，有机肥处理达1.21 mg/kg，并造成辣椒根系至叶片的系统性积累。施肥均导致土壤pH下降（无机肥-6.35%，有机肥-5.49%），其中有机肥处理微生物多样性下降更明显（Chao1指数降9.76%，Shannon指数降12.2%）。pH、有机碳、钾含量及PAEs是驱动微生物群落重构的关键因素，细菌多样性随PAEs浓度升高显著降低（p<0.05）。
王宇|向蕾蕾|文欣|张晓璐|顾成刚|边永荣|姜欣|马丁·埃尔斯纳|格尔德·德康|王芳
中国科学院土壤科学研究所土壤与可持续农业国家重点实验室，南京，211135，中国
摘要
将长期种植水稻和小麦的农田转换为使用塑料薄膜覆盖的温室蔬菜种植（GVC）在中国已被广泛采用，因其具有经济效益，然而其短期环境影响仍不甚清楚。本研究考察了在最初的六个月过渡期间，GVC、潜在的塑料衍生物邻苯二甲酸酯（PAE）污染与土壤微生物群落之间的相关性。我们调查了在无机肥料和有机肥料条件下，从长期种植水稻和小麦转为GVC的土壤中的这些变化。结果表明，施肥增加了土壤养分的有效性。然而，无机肥料和有机肥料的应用分别使土壤pH值降低了6.35%和5.49%。GVC显著提高了土壤中的PAE浓度，从0.26 mg kg?1分别升高到1.03 mg kg?1和1.21 mg kg?1，并在辣椒中引发了系统性积累（根 > 茎 > 果实 > 叶）。与无机肥料相比，有机肥料的应用导致土壤微生物丰富度显著下降，Chao1指数降低了9.76%，系统发育多样性降低了12.2%。冗余分析确定土壤pH值、溶解有机碳、总钾、C/N比、粘土含量和PAE是微生物群落重组的关键驱动因素。随着PAE浓度的增加，土壤细菌的丰富度（Chao1指数）和多样性（Shannon指数）显著下降（p < 0.05）。这些发现突显了在集约化GVC系统中，提高土壤肥力与生态风险之间的权衡，并强调了需要优化施肥策略以减轻PAE污染并保护土地利用转换期间的微生物完整性。
引言
由于温室蔬菜种植（GVC）在水果和蔬菜产量方面的高生产力，近年来在全球范围内受到了重视（Lamichhane, 2024; Tong et al., 2024），尤其是在中国（Kianpoor Kalkhajeh et al., 2021）扩张迅速。在中国许多农村地区，GVC已成为支持保护性农业基础设施发展的支柱产业（Qiu and Wu, 2021）。国家“购物篮”计划的实施进一步加速了塑料温室系统的扩展，从根本上改变了传统的土地利用模式（Zhong et al., 2020）。然而，这种以过量施肥和简化轮作制度为特征的集约化种植模式引发了一系列土壤退化过程，包括土壤酸化（Shen et al., 2021）、次生盐碱化（Wang et al., 2022）和微生物群落恶化（Tian et al., 2017）。
在GVC中，微气候条件（温度和湿度升高）的改变以及过量施肥的共同作用显著改变了土壤微生物群落的结构和生态功能（Hu et al., 2017）。具体来说，长期GVC暴露被证明会降低土壤真菌的α多样性，并改变细菌和真菌群落的组成。对于细菌群落，优势门如变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和蓝细菌门（Cyanobacteria）的相对丰度下降，而绿弯菌门（Chloroflexi）、 Gemmatimonadetes、厚壁菌门（Firmicutes）、浮霉菌门（Planctomycetes）和疣微菌门（Verrucomicrobia）则得到富集。在真菌群落中，子囊菌门（Ascomycota）以及核盘菌纲（Sordariomycetes）、盘菌纲（Pezizomycetes）、球壳菌纲（Orbiliomycetes）和接合菌门（Zygomycota）的丰度增加，而担子菌门（Basidiomycota）和壶菌门（Chytridiomycota）则减少（Song et al., 2018）。此外，长期GVC还改变了古菌氨氧化群落，减少了Nitrososphaerales Clade B4的丰度，同时增加了支系的丰度（Liu et al., 2019）。尽管这些研究为了解土壤微生物对长期GVC和施肥制度的响应提供了宝贵的见解，但短期GVC管理下土壤微生物群落的动态变化仍不够明确。
GVC整合了多种可能导致邻苯二甲酸酯（PAE）污染的做法，如塑料薄膜覆盖（Wang et al., 2021）、施肥（Chen et al., 2017）和灌溉（Li et al., 2020）。作为内分泌干扰化合物，PAE对人类的呼吸、生殖和内分泌功能构成潜在风险（Chang et al., 2021; Wang et al., 2024）。虽然塑料薄膜通常被认为是PAE的主要来源，但在集约化农业地区的实地研究表明，施肥率与土壤PAE浓度之间存在正相关（Cai et al., 2005）。此外，通过施肥引入的溶解有机物质（DOM）可以通过分配机制增强土壤对特定PAE（如邻苯二甲酸二丁酯（DBP）的吸附（Wu et al., 2018）。尽管PAE的长期积累可能不是微生物群落变化的主要驱动因素（Song et al., 2018），但研究表明DBP可以改变土壤细菌群落的相对丰度、结构和组成（Kong et al., 2018）。此外，DBP被发现可以增加小麦生长土壤中微生物对氨基酸和碳水化合物的利用，同时减少其他碳水化合物和氨基酸的利用（Gao et al., 2020a）。我们之前的研究还发现，二-2-乙基己基邻苯二甲酸酯（DEHP）的共存可以缓解0.1%聚苯乙烯亚微粒对土壤细菌群落α多样性和ASV丰富度的降低（Wang et al., 2025a）。总体而言，这些发现表明土壤微生物可以在短时间内对PAE产生快速、短暂的响应。因此，需要重点研究短期GVC管理实践导致的PAE污染对土壤微生物生态系统的影响。
为了研究短期GVC施肥实践对PAE污染和土壤微生物生态的影响，本研究聚焦于从长期种植水稻和小麦到GVC的关键土地利用转换，比较了无机肥料和有机肥料的应用。通过对土壤-蔬菜系统中PAE生物积累模式和初始六个月转换阶段的高分辨率微生物群落分析，我们提供了GVC快速环境影响的实证验证。这些发现为农业集约化效应的时间动态提供了新的见解，并支持在农业生态系统中制定优化的施肥策略和可持续的土地利用转换实践。
采样地点
该研究在中国江苏省淮安市的一个农业研究地点进行。根据土壤分类学（Fischer et al., 2008），采样地点的土壤被归类为冲积土。该地点有超过二十年的长期种植水稻和小麦的历史，之后有一半的时间转为温室蔬菜种植（GVC）。GVC系统采用了一种覆盖有温室薄膜的塑料隧道结构。
土壤物理化学特性的变化
比较分析显示，施肥显著降低了土壤pH值（IG: -6.35%; OG: -5.49%）（图1A）和CEC（IG: -6.49%; OG: -6.49%）（p < 0.05，图1J），同时相对于对照组（无肥料）提高了关键土壤养分参数（p < 0.05）。具体来说，我们观察到有机质（OM）（IG: 5.47%; OG: 8.03%）（图1B）、总氮（TN）（IG: 26.7%; OG: 20.0%）（图1D）、总磷（TP）（IG: 36.4%; OG: 27.3%）（图1F）以及可利用养分（包括氮素（AN）（IG: 30.7%; OG: 33.7%）（图1）显著增加。
短期温室蔬菜种植（GVC）导致土壤酸化
在GVC下，IG和OG处理在六个月内都导致了显著的土壤酸化（图1A）。对于IG处理，这种快速酸化可能是由于无机肥料中高含量的硫酸铵。在植物吸收过程中，铵离子（NH??）优先于硫酸根离子（SO?2?）被吸收，导致离子失衡，从而刺激根部释放氢离子以维持电荷平衡（Zhang et al., 2024）。在OG处理中，微生物分解
结论
本研究调查了在不同施肥制度下，短期GVC对土壤和蔬菜中PAE的水平以及相关的土壤微生物群落变化。短期GVC提高了土壤养分的有效性，但同时也导致了土壤酸化。GVC土壤中的残留PAE浓度呈上升趋势，导致栽培蔬菜中PAE的积累。此外，短期GVC改变了细菌和真菌群落
王宇：写作 – 审稿与编辑、原始草稿撰写、可视化、方法论、研究设计、资金获取、正式分析、概念化。
向蕾蕾：写作 – 审稿与编辑、方法论。
文欣：写作 – 审稿与编辑、方法论。
张晓璐：方法论。
顾成刚：方法论。
边永荣：方法论。
姜欣：项目管理。
马丁·埃尔斯纳：写作 – 审稿与编辑、资金获取。
格尔德·德康：写作 – 审稿与编辑。
王芳：
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本工作得到了中国国家自然科学基金（42577040）、中国科学院土壤科学研究所（ISSAS2419）、土壤与可持续农业国家重点实验室（SKTSSA25K07）、江苏省自然科学基金（BK20241702）、中国博士后科学基金（BX20240388, 2024M753327）、国际原子能机构协调研究项目（D15021）以及英国和平利用倡议（PUI）项目的支持。
