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研究背景与摘要

农田土壤微塑料污染持续威胁作物生产与食品安全。蚯蚓作为典型土壤生态工程师，具备缓解污染物胁迫的潜力。本研究采用铕标记聚苯乙烯（PS）微塑料开展示踪试验，定量解析生菜体内微塑料富集规律，系统阐明蚯蚓消减微塑料作物毒害的内在机制。试验结果表明：PS微塑料主要富集于生菜根系并向茎叶转运，造成植株生物量下降、光合系统受损，可溶性糖、可溶性蛋白含量显著降低。蚯蚓活动可显著改善上述负面影响：生菜根、叶微塑料累积量分别下降 15%、5%；叶片 SPAD 叶绿素值提升 43%，净光合速率增幅达 103%，根、叶干重分别显著提升 17%、43%（P＜0.05）。

机制解析：蚯蚓能够提升土壤 pH、缓解酸化，恢复土壤微生物多样性并促进养分循环。偏最小二乘路径模型揭示：蚯蚓主要依靠三大路径改善生菜生长：优化土壤理化性质、降低植株氧化损伤、抑制作物吸收微塑料。

综上，本研究表明蚯蚓可作为天然土壤调控载体，依托生物扰动、微生物调控与土壤改良多重作用，缓冲微塑料对农作物的毒害胁迫。该成果为农田微塑料污染绿色修复、调控土壤微塑料生物有效性提供可持续解决方案。

主要结果

分组释义：CK为无蚯蚓无微塑料空白对照组，PS为仅施加聚苯乙烯微塑料处理，E 为仅投放蚯蚓处理，E+PS为蚯蚓与聚苯乙烯微塑料复合处理。

仅 PS 处理土壤pH显著下降，出现明显酸化；E组、E+PS组土壤 pH回升，酸化问题得到有效缓解。有机质方面，PS组、E+PS组有机质较对照组分别上升 5.1%、6.3%；四组土壤全氮、有效磷含量无统计学差异。土壤胞外酶存在明显分组差异：PS胁迫会大幅激活碳、磷分解酶，酸性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶、纤维二糖水解酶活性最高增幅分别达113%、120%、115%；添加蚯蚓后三类酶活性进一步提升，E+PS组相较PS组再提高 17%~45%。针对氮循环相关酶，PS处理显著抑制亮氨酸氨基肽酶、N -乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶活性，而蚯蚓存在可将两类酶活恢复至对照组水平。

微生物生物量实测数据：PS仅小幅降低微生物量碳（降幅 3.9%），E+PS 组微生物量碳显著下降22%（P＜0.05）；各组微生物量氮无显著变化；E、E+PS 两组微生物量磷分别显著上涨34%、65%。微生物测序结果细化对比：土壤层面，PS 处理使土壤细菌丰富度、香农多样性小幅走低；蚯蚓肠道菌群则相反，丰富度与多样性轻微上升，但两组变化均不显著。PCoA 群落结构分析显示，各组土壤、肠道菌群仅轻微聚类，整体群落结构差异不显著。门水平菌群组成存在特异性变化：土壤优势菌门为变形菌门、拟杆菌门、酸杆菌门；PS 暴露后变形菌门、酸杆菌门相对丰度上涨11%、1.8%，拟杆菌门下降9.8%。蚯蚓肠道原生菌群以变形菌门占绝对优势（E 组 75%）；叠加微塑料后肠道变形菌门丰度下降 18%，拟杆菌门、放线菌门分别提升 3.2%、9.4%，菌群结构发生明显重塑。

激光共聚焦显微镜可视化观测（图 4A）：荧光标记PS微塑料集中分布在生菜根系表皮、维管束、细胞间隙，荧光强度高；茎、叶组织荧光信号分散、强度微弱，证明根系是微塑料主要富集部位。

依托铕-微塑料浓度换算模型定量检测（图 4B）：相较于PS组，E+PS组生菜根系、叶片微塑料含量分别降低 15%、5%。蚯蚓体内可稳定检出微塑料，平均含量 134 mg/kg；蚯蚓粪中微塑料平均浓度 154 mg/kg，显著低于原土壤 200 mg/kg，直接证明蚯蚓消化道能截留、减少可利用态微塑料。

生长指标：PS胁迫下生菜根干重下降8.4%、叶干重下降29%（P＜0.05）；E+PS 复合处理可完全逆转该抑制，根、叶干重较PS组分别提高 17%、43%（图 2）。

光合指标（表 1）：PS 组叶绿素（SPAD值）显著降低；E、E+PS 组SPAD值分别提升 28%、43%。微塑料胁迫会造成生菜气孔过度开放，气孔导度、蒸腾速率、胞间CO₂ 浓度同步升高；E+PS组净光合速率较PS组提升103%，光合效率大幅恢复。

氧化胁迫指标（图 3A-D）：PS诱导生菜根系、叶片 SOD、POD、CAT抗氧化酶活性大幅升高，丙二醛（MDA）含量显著上升，细胞膜氧化损伤加剧；添加蚯蚓后，三种抗氧化酶活性与MDA含量同步回落，植株氧化胁迫显著缓解。

营养物质积累（图 3E-F）：PS处理显著降低生菜可溶性糖、可溶性蛋白含量；E、E+PS 处理可恢复两类物质含量。生菜氮磷养分：PS 仅小幅提升植株氮、磷含量；E、E+PS 组生菜氮含量分别暴涨 111%、120%，养分吸收能力大幅提升。（图2 不同处理对生菜生长状况的影响｜表1 生菜叶绿素与光合参数｜图3 不同处理对生菜生理及氧化胁迫指标的影响）。

直接作用：改良土壤环境，改善生菜生长基础：蚯蚓生物扰动疏松土壤、提升通气保水能力，分泌物与蚓粪活化土壤养分，稳定植株光合与代谢水平，直接提升生菜生物量与净光合速率。

间接作用：降低根际微塑料生物有效性，减轻生菜氧化损伤：蚯蚓取食、团聚、迁移土壤颗粒，降低根土界面微塑料局部浓度，减少根系吸收；植株体内微塑料积累量下降后，活性氧（ROS）生成减少，无需大量合成抗氧化酶抵御损伤，可溶性糖、蛋白等营养物质得以正常积累。

偏最小二乘路径模型（PLS-PM）量化验证双重调控逻辑：蚯蚓对土壤养分存在显著正向促进作用，同时显著降低生菜体内微塑料富集量与抗氧化酶活性；模型数据显示，生菜体内微塑料积累越多、抗氧化酶活性越高，植株生长越受抑制，“明确减少生菜微塑料吸收、降低生菜氧化损伤”是保障植株正常生长的两大核心条件。

试验局限性与展望

本试验仅45天短期盆栽试验，仅能反映短期蚯蚓-微塑料互作规律，无法表征微塑料长期破碎、降解、迁移动态；后续将设置90-180天长期盆栽试验，探究时间梯度带来的效应差异。

本研究仅设置200 mg/kg 单一微塑料污染浓度，无法判断毒性阈值、浓度梯度效应；后续将设置多梯度污染浓度，并开展田间原位长期试验验证结论。

全周期蚯蚓存活率100%，但 E、E+PS 组蚯蚓生物量分别下降10%、15%，虽无显著差异，但说明微塑料长期暴露会对蚯蚓产生潜在生理胁迫。

研究总结

综合生菜植株生理指标、土壤理化与酶活、土壤及蚯蚓肠道微生物测序、偏最小二乘路径模型全部试验数据，蚯蚓同时具备调控土壤微塑料生物有效性、修复受损土壤生态的双重功能，通过三条具象化路径协同促进生菜生长：改良土壤理化与养分循环、减少生菜根系微塑料吸收、缓解生菜体内氧化胁迫。本研究依托铕标记定量手段，定量验证了蚯蚓缓解微塑料生菜毒害的双重作用途径，为农田微塑料污染绿色生物调控提供清晰理论支撑与田间应用思路。

论文题目：Europium-labeled polystyrene tracing reveals earthworm-mediated inhibition of root uptake and reduced

phytotoxicity in lettuce

期刊：Journal of Hazardous Materials

论文下载: DOI:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.142726