由于塑料地膜可以有成效的调节土壤温度和湿度，促进作物产量，并预防各种病虫害因此被广泛使用。随着传统地膜（PE、PS、PP）的使用量不断增加，土壤中的塑料残膜越来越多，使农用土地存在严重的白色污染问题，土壤质量下降，进而影响作物质量产量安全等。因此，可生物降解地膜（BDMs）逐渐发展成为传统塑料地膜的主要替代品，成为缓解农田白色污染的有效途径。理论上，BDMs可以通过微生物代谢转换转化为无毒化合物，如二氧化碳或甲烷，和大程度上减少了对环境的威胁。

有研究表明PE膜残留物降低了土壤细菌的活性和α-多样性并对微生物网络的稳定性和复杂性产生了负面影响；而BDMs可作成为某些特定微生物的碳源，从而形成特殊类群这可能导致暴露细菌群落内的变化和特定分类群。另有研究表明BDMs残留物在土壤中的积累不影响结构组成或相关生态系统功能和过程。因此，长期或短期使用特定BDMs是否对农田生物群落和土壤植物系统产生影响亟需研究

针对存在问题利用传统PE膜和BDMs对花生种植农田进行研究，研究设置CK（无塑料薄膜覆盖），PE膜和3个不同厚度的BDMs（T2:0.008 mm、QT4:0.010 mm和QT3:0.012mm）研究内容：（1）研究不同生态位不同类型地膜对花生产量、细菌群落多样性和结构的影响；（2） 揭示PE膜和BDMs代表性生物的差异；（3）探索微生物共生模式和关键物种对不同类型地膜的响应。

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，结果如表1

不同类型的塑料地膜对农田土壤的pH、TN以及温度和湿度产生了显著影响。覆膜降低了土壤pH值，却显著增加了TN含量，并在QT4组的BDMs处理下，TN含量增幅最大，增加了25%。作物产量也因塑料地膜类型的不同而存在差异，BDMs显著增加了花生产量，增加了53.7%。

图1细菌群落多样性变化

图1细菌多样性分析结果显示，所有处理（PE和BDM）Chao1指数显著减少而Shannon指数仅在BQT2显著下降。根际Shannon指数和Chao1指数BDMs组的土壤表现出显著增加，并达到较高水平。

图2样品中细菌群落在门、属水平上物种相对丰度变化

由图2可以看出所有样品的优势菌门（RA＞10%）均为变形菌门，拟杆菌门、放线菌门、不动杆菌门和蓝藻门。再不同类型样品中，塑料地膜细菌群落结构有明显影响。在生物膜中变形菌门、拟杆菌门和放线菌门在PE膜上定植的相对丰度分别为43.51%、18.75%和12.74%）高于BDMS（26.92%、9.64%和7.27%）。门水平上蓝细菌在BDMs含量较高（33.72%）。塑料地膜应用降低了非根际土壤中拟杆菌门的丰度，而BDMs组减少程度明显低于PE组，但PE组中Acidobacteria和Chloroflexi的丰度显著增加，根际土壤中，BDMS处理中Acidobacteria的相对丰度增加较为显著。

图3不同类型塑料地膜表面生物膜定植微生物群来源的追踪分析及线性判别分析效应大小（LEfSe）分析确定了两种塑料薄膜之间差异最大的类群（p<0.05；LDA得分3.1）

由图3分析得出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。通过线性判别分析（LEfSe），评估生物膜区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，生物膜区间富集了111个差异物种，均为LDA得分最高的细菌（LDA>3.1，p<0.05）如图所示。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。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）。

图4 细菌群落的共现网络。生物膜区间：（a）PE，（b）BDM（QT4）。非根际土壤区间：（c）CK，（d）PE，（e）BDM（QT4）。根际土壤区间：（f）CK，（g）PE，（h）BDM（QT4）。不同的颜色表示不同的模块。

图4结果表明PE组生物膜和QT4组根际土壤中的微生物相互作用更具集群性和连通性，这与上述两个共现网络中更高程度的节点级拓扑特征和显著的紧密中心性所表现出的一致。

通过分析得出如下结论：

（1）不同类型的塑料地膜对农田土壤的pH、TN以及温度和湿度产生了显著影响。覆膜降低了土壤pH值，却显著增加了TN含量，并在QT4组的BDMs处理下，TN含量增幅最大，增加了25%。作物产量也因塑料地膜类型的不同而存在差异，BDMs显著增加了花生产量，增加了40.28%。

（2）尽管农田不同区间细菌总量并未因塑料地膜类型的不同而发生显著变化，但细菌群落多样性及结构变化明显。覆膜显著降低了非根际土壤的Chao1值，但却使根际土壤区间细菌的多样性指数增加，BDMs显著提高了了根际土壤区间的细菌多样性；NMDS分析表明农田细菌群落，在区间因素的影响下分区明显，同一区间，不同类型塑料地膜处理下细菌群落也存在显著差异（p<0.001）。

（3）农田各个区间细菌物种组成变化因塑料地膜类型的不同而不同。生物膜区间，蓝细菌门（Cyanobacteria）在BDMs上大量富集；非根际土壤区间的酸杆菌门（Acidobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）在PE组丰度增加，拟杆菌门（Bacteroidetes）在BDMs中相对丰度的降低超度远远小于PE组；根际土壤区间的拟杆菌门（Bacteroidetes）只在BDMs组中显著降低，酸杆菌门（Acidobacteria）在BDMs组中丰度增加。

（4）共现网络分析表明不同类型塑料地膜对根际土壤区间细菌群落模式影响更为显著。BDMs使根际土壤细菌网络的节点数、边数大幅增加，细菌与细菌之间的正相关关系更加紧密，根际土壤细菌的共现网络更加复杂稳定。

上述成果发表在《Science of the Total Environment》，赵志瑞为第一作者，澳门沙金在线平台为第一单位。

论文信息：ZhiruiZhao,HaimiaoWu,TuoJin,et al.Biodegradable mulch films significantly affected rhizosphere microbial communities and increased peanut yield, Science of The Total Environment 871(2023), 162034. 

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.162034