【专家视角】兰州大学刘杰与天津师范大——{学贺梦璇团队｜植物群落对聚丙烯微塑料与镉共暴露的响应：对滨海湿地菌}根策略的启示
（来源：生态修复网）
第一作者：蒲鑫、赵宁宁（共同第一作者）
通讯作者：贺梦璇、刘杰（共同通讯）
通讯单位：兰州大学，草地农业科技学院，草地微生物组中心，草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室；天津师范大学，地理学部；西藏农牧大学，林草学院，羌塘高寒草地生态系统定位研究站
论文DOI: 10.1016/j.jhazmat.2026.141411
图文摘要
成果简介
近日，兰州大学刘杰教授与天津师范大学贺梦璇副教授在环境领域期刊Journal of Hazardous Materials 上发表了题为“Plant community responses to polypropylene microplastic and cadmium co-exposure: Implications for mycorrhizal strategies in a coastal wetland” 的研究论文。该研究突破了传统单物种实验的局限性，以滨海湿地土壤种子库自然萌发的植物群落为研究对象，模拟了聚丙烯微塑料（0–1% w/w）与重金属镉（0或10 mg·kg⁻¹）的复合污染条件，首次从植物群落尺度揭示了微塑料-镉复合污染对滨海湿地生态系统功能的负面影响机制。结果表明，在复合污染条件下，以丛枝菌根（AM）型植物为主的共生体系受到显著抑制，群落生产力随之下降。研究指出，菌根策略的改变是驱动植物群落响应微塑料-镉复合污染的关键因素，这为理解滨海湿地稳定性机制及发展基于菌根生态功能的修复策略提供了新见解与科学依据。
全文速览
在陆地生态系统中，微塑料与重金属（尤其是镉）共暴露构成不可忽视的生态风险，但其对植物群落功能的复合效应尚不明确。本研究通过双因素全因子实验，设置四种聚丙烯微塑料浓度水平（0%、0.1%、0.5%和1% w/w）及两种镉处理浓度（0和10 mg·kg⁻¹），评估了群落水平的生态效应。对土壤性质、植物群落组成、根系性状及生产力的分析表明，微塑料-镉共暴露通过削弱丛枝菌根（AM）型植物的优势度，持续降低群落生产力。根系性状分析显示，微塑料-镉共暴露下，植物自身的养分获取能力下降，导致其对丛枝菌根真菌（AMF）的共生依赖性增强，并进一步缩小了AM 型物种的生态位宽度。结构方程模型分析表明，群落菌根化程度是生产力损失的关键因素；随机森林分析也将菌根指数（由群落菌根化程度决定）列为最强预测因子。此外，在复合污染条件下，土壤C:N:P化学计量比与离子组成改变被证实为制约AM型植物的关键环境驱动因子。综上所述，微塑料-镉共暴露会破坏植物-土壤共生关系，并通过削弱AM型植物的主导地位来降低群落生产力，这凸显了AM型植物优势群落的脆弱性，以及将菌根共生策略纳入生态风险评估的重要性。
引言
全球塑料年消费量已超过5亿吨，导致微塑料在土壤中广泛积累。这些微塑料可作为重金属（尤其是镉）的有效载体，二者通过协同作用进一步放大生态风险。尽管微塑料-镉共暴露具有重要的生态学意义，但目前相关研究仍局限于物种尺度。在群落水平上，微塑料-镉共暴露如何通过改变植物菌根共生策略来驱动群落结构重组，并进一步影响生态系统功能，仍缺乏深入研究。为此，需聚焦植物与丛枝菌根真菌（AMF）的共生关系。AMF共生能够增强植物养分获取与幼苗建成的能力，AM型植物与非菌根（NM）型植物在复合污染条件下可能表现出截然不同的响应。然而，AM共生究竟是缓解了群落生产力的下降，还是因共生受损而导致AM依赖型物种竞争衰退，进而破坏群落功能，尚不清楚。基于此，本研究聚焦群落尺度，深入解析微塑料-镉共暴露下，菌根共生策略的调整对植物群落构建的调控，以及该过程对生态系统生产力等核心功能的反馈。
图文导读
丛枝菌根真菌定植
Meta分析显示，镉单独暴露显著抑制AMF菌根定殖率（-16.5%）、孢子密度（-56.2%）和菌丝密度（-31.6%）；微塑料单独暴露选择性降低孢子密度（-20.8%）；二者共暴露使菌根定殖率降幅扩大至-30.1%，表明微塑料可能加剧镉诱导的AMF共生紊乱。
群落结构与生产力
研究结果表明，微塑料和镉均显著降低总生物量（地上部减少76.6%-92.6%，地下部减少63.4%-93.6%）。丛枝菌根（AM）型植物地上地下部生产力降幅（地上：79.5%-95.5%；地下，67.7%-95.5%）均大于非丛枝菌根（NM）型植物（地上，57.5%-81.8%；地下，30.4%-81.1%）。微塑料显著降低物种丰富度，且主要由AM依赖型物种的丧失驱动。NMDS和PERMANOVA分析显示，微塑料和镉均显著影响群落β多样性，且二者交互作用显著。
根系性状与生态位
主成分分析（PCA）显示，微塑料使根系性状沿“自主获取→菌根依赖”轴（PCA1）正向偏移，具体表现为比根长和比根面积降低、根直径增大，表明根系对AMF的依赖性增强。但Levins生态位宽度分析显示，微塑料显著降低AM型植物的生态位宽度，而NM型植物不受影响，说明AM型植物在胁迫下维持种群能力减弱。
土壤性质
微塑料-镉共暴露改变土壤速效钾、速效磷、铵态氮含量及C:N、N:P、C:P化学计量比，并抑制蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性。土壤pH和盐度也发生显著变化，形成不利于植物-微生物互作的离子环境。
驱动因素
镉的介入削弱了微塑料对植物群落组成的直接效应，同时放大了土壤理化因子（尤其是pH、养分比）对植物群落结构的调控作用；菌根共生型植物群落与土壤化学计量比（C:P、N:P）及pH呈稳定的负相关。
Mantel检验表明AM型植物群落与土壤速效钾、C:P、pH等显著相关。PLS-SEM揭示：无镉时，微塑料通过直接抑制AM型植物群落（λ=-0.62）进而降低菌根指数（AM型植物优势群落对菌根指数的贡献λ=0.98），间接导致生产力下降；有镉时，微塑料主要通过降低土壤养分有效性（λ=-0.78）和加剧化学计量失衡（λ=0.39）间接抑制AM依赖型物种。随机森林分析将菌根指数列为生产力最重要预测因子。
小结
本研究揭示了微塑料-镉复合污染通过重塑土壤-植物-微生物互作，导致滨海湿地群落生产力下降。微塑料-镉复合污染导致磷限制而碳富集的土壤化学计量环境，进而抑制微生物功能并破坏植物-菌根共生。丛枝菌根（AM）型植物经历生态位收缩和优势度下降，非丛枝菌根（NM）型植物仅能部分补偿，最终削弱群落生产力。这些发现强调了菌根与非菌根策略的转变是生态系统对微塑料-镉复合污染响应的重要生态路径。这表明微塑料-镉复合污染会损害生物多样性和生态系统功能，亟需在陆地生态系统中评估该风险。
作者介绍
第一作者：蒲鑫，西藏农牧大学林草学院，草学硕士研究生。
第一作者：赵宁宁，兰州大学草地农业科技学院，草学博士研究生。
通讯作者：贺梦璇，天津师范大学，副教授，研究方向为全球气候变化下的生物多样性保护。
通讯作者：刘杰，兰州大学，教授，博士生导师，研究方向为草地生态学与土壤微生物学，包括微生物功能性状驱动的群落构建与生态过程、高寒草地生态系统多功能性与稳定性维持机制及微生物调控的土壤修复与生态工程技术等。
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