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塑料地膜以其在农业种植方面的诸多优势在我国大面积使用，极大促进了我国农业发展的同时也给农田土壤带来了严重的塑料污染问题。
因此对于塑料地膜对农田不同空间的生态影响的研究是十分重要的，为后续解决土壤塑料污染问题积累经验。
本文分别比较了不同厚度的塑料地膜应用于农田后，非根际土壤和根际土壤空间微生物细菌群落特征与花生产量的差异。
历经花生整个生长周期，对覆盖不同类型塑料地膜的农田的花生产量和种植后土壤理化性质进行了测量评估，并按塑料地膜的不同类型进行了单因素方差分析，详情如下表所示。
结果表明，在类型因子的影响下，土壤pH、TN及湿度发生了明显变化（p0.05），而其他因子（MC、OM和TP等）则未受影响。
CK组的pH值最高，为7.96（±0.04），PE和QT4处理显著降低了土壤的pH值，PE和QT4均显著提高了TN的含量，尤以在QT4组TN的含量增加幅度最大，增加了25%。
土壤湿度在PE地膜的覆盖下达到最高，相较于CK，增加了3.34%，土壤温度在PE组也达到了最高为22.94℃。
对比CK花生产量和地上秸秆鲜重也发生了显著的变化。其中，CK组的花生产量为169.68±28.38kg/667m2。
秸秆鲜重为481.32±67.94kg/667m2，QT4组显著提高花生产量和地上秸秆鲜重，花生产量和秸秆鲜重分别增加了38.33%和40.28%。
如下表所示，作物产量与环境因子之间的相关性分析结果表明花生产量和地上秸秆鲜重与土壤温度和湿度存在显著负相关关系。
这可能是由于在2021年大田实验期间，凌海试验田的降水量远远高于以往同期降水量，加快QT4组的可生物降解地膜破碎速度。
而PE地膜并不会快速破裂，这就造成PE地膜覆盖下的土壤增温、增湿效果明显，较高的温度和较大的湿度差异导致作物根系腐烂，阻碍根系发育和生长，进而影响PE组花生的生长，使产量降低。
通过qPCR实验对覆膜后农田不同空间细菌总量进行了定量分析，可以观察到可生物降解地膜QT4处理下，生物膜、非根际土壤和根际土壤三个空间的细菌总量均为最高值。
α多样性指数主要通过Shannon指数和Chao1指数来反映，Shannon指数可以观测样本中细菌的多样性高低，Chao1可以观测样本中细菌丰富度大小。
具体来看，α多样性指数随不同的空间而变化，生物膜空间的多样性指数高于根际土壤空间而低于非根际土壤空间。
而在同一空间，细菌的α多样性指数随覆膜类型的不同而变化，生物膜空间中不同处理之间的指数没有显著差异，而塑料膜改变了非根际和根际土壤空间中的细菌α多样性指数（Shannon和Chao1）。
两种类型的塑料地膜均显著降低了非根际土壤中细菌的Chao1，Shannon指数无显著变化。
这表明不同类型的塑料地膜均显著影响了非根际土壤空间的细菌丰富度，并在PE地膜处理下达到最低。
而根际土壤的Shannon指数和Chao1在可生物降解地膜QT4组中表现出显著增加并达到最高值，PE与CK相比略微降低了Chao1指数（如下图所见）。
细菌Shannon指数和Chao1存在显著差异，证实了PE和BDM覆盖的根际土壤中细菌群落是不同的。
同时，多样性指数和环境因子的相关性分析结果表明不同类型塑料地膜覆盖下的农田不同空间的细菌Shannon指数和Chao1值与环境因子无显著相关关系。
这说明覆膜后农田不同空间的细菌的α多样性并未受其所处的环境条件的影响（如下表所见）。
采用基于Bray-Curtis距离的非度量多维尺度分析（Non-MetricMultidimensionalScaling，NMDS）来可视化不同空间或同一空间不同处理下细菌群落β多样性的变化。
多元响应置换程序分析（MRPP）、相似度分析（ANOSIM）及非置换多元方差分析（PERMANOVA）来验证及确定不同组别之间的不相似性。
主要变量是塑料地膜的类型（PE、BDMs）及样品所属的空间因素（生物膜、非根际土、根际土），从上数两个因素角度分别分析了细菌群落的结构差异。
根据农田空间变量分析，细菌群落之间相互区分。沿着MDS1和MDS2轴，来自生物膜的细菌群落与非根际土壤和根际土壤的细菌群落相区别。
非根际土壤和根际土壤的微生物群落仅沿着MDS2轴相区分（如上图所见）,且相应的MRPP检验也表明空间因素的确使微生物群落群在显著差异（如下表所见）。
此外，来自单个空间的样本之间的距离也存在显著差异，这表明在不同类型的塑料地膜胁迫下，细菌群落的组成发生了显著变化。
生物膜空间内，两种类型地膜相比，可生物降解地膜QT4组沿MDS1轴显著缩小了细菌群落之间的距离。
MRPP分析显示，在两种类型的塑料地上定植的细菌之间存在显著差异（p=0.001）（如下图所示）。
对于非根际土壤和根际土壤空间采集的土壤样本，不同类型的塑料地膜也致使其样本中的细菌群落存在显著差异。
与对照组CK相比，非根际土壤PE组样本细菌群落的距离沿MDS1和MDS2轴均显著减小，而QT4组的样本细菌群落沿上述两轴距离显著增加。
由PE和QT4两组之间对比可知，在MDS1轴上无较大变化，QT4组在MDS2轴上较PE组距离显著增大（p=0.001）（如下图所示）。
与CK相比，QT4组可生物降解地膜在MDS1和MDS2两轴上均显著缩小了样本中微生物群落的距离，而PE组却增大了样本中细菌群落之间的距离。
两种塑料地膜覆盖下进行对比，QT4组中根际土壤样本中的细菌群落之间的距离沿MDS1轴和MDS2轴均远远大于QT4组。
对各个空间不同处理不同分类水平的细菌OTUs进行统计，并选择相对丰度排在前十五的门和属生成相对丰度柱形累积图来显示细菌群落的分类组成，以便查看在不同分类水平上不同处理下物种的变化情况。
蓝细菌是可生物降解地膜上最丰富的类群（39.94%）。塑料地膜降低了非根际土壤中Bacteroidetes的相对丰度，QT4组的减少程度远低于PE组，但PE组的Acidobacteria和Chloroflexi的相对丰度显著增加。
根际土壤中，尽管QT4组中Bacteroidetes相对丰度较低（17.85%），但Acidobacteria的相对丰度增加较为显著（4.33%）（如下图所示）。
不同类型塑料地膜覆盖后，Pseudomonas的相对丰度下降，Nitrososphaera显著增加，但上述两种菌属均在可生物降解地膜QT4组的根际土壤丰富存在。
同时，一些属的相对丰度在不同处理中呈现不同的变化趋势。例如Flavobacterium的相对丰度在PE组中显著增加，在BDM组中略有减少。
与生物膜和非根际土壤样品空间不同，根际土壤空间不同处理间细菌群落组成的变化主要在属水平上的变化更为显著（如下图所见）。
Sourcetracker程序用于分析生物膜和非根际和根际土壤空间之间潜在转移的微生物群。
对于每个处理组，将非根际土壤和根际土壤设置为源，而将生物膜设置为汇进行溯源分析。
具体可知，在可生物降解地膜的QT4组中，细菌群落的微生物群可能通过根际从根际土壤转移到生物膜的比例为8.81%，微生物群从非根际土壤直接转移到生物膜的比例更高为19.60%。
相比之下，在PE组中发现主要的微生物群是从从根际土壤转移到生物膜的，而生物膜上只有少数微生物群从非根际土壤转移，占比14.70%（如上图所示）。
上述结果表明，不同类型的塑料地膜在使用后从土壤中转移的微生物群来自不同的富集微生物源。
转移的微生物群占比总体较低，塑料地膜上富集的大多数微生物群仍是自发在塑料地膜表面定植而形成生物膜的。
在可生物降解地膜（QT4）表面生物膜中，富集的门水平的特征类群Armatimonadetes，属水平的特征类群为Glutamicibacter（谷氨酸杆菌属）。
其中在PE膜表面生物膜中富集了科水平的Xanthomonadaceae（黄单胞菌科）和属水平的Pseudoxanthomonas（假黄单胞杆菌属）作为生物标志物。
通过线性判别分析（LEfSe），评估生物膜空间微生物细菌的差异物种，在PE和可生物降解地膜QT4处理下，生物膜空间富集了111个差异物种，均为LDA得分最高的细菌（LDA3.1，p0.05）如下图所示。
为了进一步探索使用不同类型的塑料地膜后农田不同空间的功能分类和动态演替，进行了FAPROTAX分析，并给出了生物膜和土壤样品的所有功能预测（如下图所示）。
根据16SrRNA基因序列注释，共获得37个功能组（相对丰度1%），与碳、氮和病原体相关的功能相对活跃。
通过比较生物膜、非根际土壤和根际土壤中的细菌功能，我们发现与碳和病原体相关的功能在生物膜中富集。
与碳和氮相关的功能类群主要集中在非根际土壤中。而在根际土壤中，一些丰度较高的功能类群主要是与碳相关的细菌功能（化学异养和甲基营养）和个别与氮相关的功能类群。
尽管在生物膜空间，PE组和QT4组的样品中碳相关和氮相关功能类群的丰度相对较高，但在功能类群的选择方面仍然存在明显的偏好。
例如，PE生物膜中的纤维素分解、暗反应和尿素分解代谢的功能类群丰度显著高于可生物降解地膜QT4组。
同时，与病原体相关的功能类群，包括动物寄生虫或共生体、人类相关病原体、人类病原体，也都在PE生物膜中大量存在。
使用塑料地膜显著增加了非根际土壤中碳和氮相关功能类群的丰度（甲烷生成、氢致甲烷生成和甲壳素分解），尤其是在PE组。
对于根际土壤，地膜增加了该去空间中执行氮相关功能的几个功能组的丰度，如硝酸盐还原和固氮，而在可生物降解地膜QT4组中这种趋势更为明显。
笔者认为，对比不同类型塑料地膜对农田影响的方法，是研究不同空间细菌群落受影响的绝妙办法，在观察微生物演替特征的同时，也能对细菌群落的影响因素进行深入探究。
在这种研究下，可以通过对比不同厚度的BDMs对农田细菌群落的影响后明确适宜厚度的BDMs有利于根际土壤中细菌与细菌之间的相互作用关系，从而提高作物产量。
另外，还能对了解应用不同塑料地膜对农田不同空间的生态效应影响和后续解决塑料污染问题提供了新的见解。
[1]赵志瑞,吴海淼,马超,李书缘,李晴,袁凯倪,孟祥源,刘硕,方晓峰.菌藻复合体系氮代谢性能及菌群特征[J/OL].环境科学:2022。
[2]贺宇环,刘硕,吴海淼,张兆涵,赵志瑞.饶阳县蔬菜大棚土壤重金属污染评价[J].中国资源综合利用,2021。
[3]赵志瑞,吴会清,毕玉方,展庆周,吴海淼,袁凯倪,孟祥源,李方红.补给水质与社会活动对白洋淀湿地微生物的影响特征[J].环境科学,2021。
[4]丁凡,李诗彤,王展,等.塑料和可降解地膜的残留与降解及对土壤健康的影响：进展与思考[J].湖南生态科学学报,2021。.
[5]张会平,谢东,李发勇,等.生物降解地膜及其应用研究进展[J].甘蔗业,2018。