文章精选 | 南京大学/河海大学等联合研究 – 可生物降解塑料残留物对农作物的生态风险是否低于传统塑料残留物?一项荟萃分析比较
论文DOI: 10.1016/j.jhazmat.2025.140732近日，南京大学邹欣庆教授团队联合河海大学王腾副教授在Journal of Hazardous Materials上发表了题为“Do biodegradable plastic residues pose lower ecological risks to crops than conventional plastic residues? A meta-analytic comparison”的研究论文。本研究采用荟萃分析方法对全球相关研究进行定量整合，首次使用成对可比数据，从而对可生物降解塑料残留物（BPRs）和传统塑料残留物（CPRs）进行更为严谨、直接的比较，旨在探讨BPRs对农作物生态风险是否低于CPRs。农业是可生物降解塑料的重要应用领域。然而，BPRs是否比CPRs对农作物具有更低的生态风险，仍有待明确。本研究采用严格的成对比较方法，对来自55项研究的1530组配对比较数据进行了荟萃分析，直接比较了BPRs与CPRs的生态效应。与CPRs相比，BPRs显著降低了地上部生物量（降低11.5%）、根系长度（降低9.52%）以及铜含量（降低20.58%），同时显著增加了根系氧化损伤（增加19.72%）。在发芽率、地上部形态、总生物量、光合作用色素含量、净光合作用速率及抗氧化酶活性方面，BPRs与CPRs之间未观察到统计学显著差异。随着塑料浓度的增加，BPRs相对于CPRs的不利影响呈现出加剧趋势。尽管塑料尺寸、形状、BPR类型、作物类型、初始土壤pH、初始土壤有机质（SOM）含量及暴露时间整体上对结果的影响有限，但在特定条件下，其中部分因素仍对效应产生调节作用。值得注意的是，在酸性土壤和低SOM条件下，与CPRs相比，BPRs显著降低了根系生物量并损害了根系形态。鉴于现有研究的局限性，尤其是暴露时间较短且多采用原始塑料，需要进行更多视角的研究，以得出BPRs和CPRs对农作物构成何种生态风险的更明确结论。可生物降解塑料作为传统石油基塑料的潜在替代品，近年来受到广泛关注。然而，BPRs相较于CPRs对农作物的影响仍存在较大争议，这在一定程度上制约了相关政策的科学制定和管理措施的有效实施。因此，本研究通过荟萃分析方法，对全球已有实验研究证据进行定量整合，以系统回答一个具有争议性的问题：BPRs对农作物的生态风险是否低于CPRs？本研究首次采用成对可比数据，从而确保对BPRs与CPRs生态风险的比较更加严谨和直接。此外，开展亚组分析和元回归分析，探讨塑料特征等潜在调节因素的影响。最后，本文讨论了现有研究的局限性，并提出了未来研究展望。本研究可为塑料污染治理和可持续发展相关政策的制定提供重要的科学依据。与CPRs相比，BPRs显著降低了农作物地上部生物量（−11.5%）、根系长度（−9.52%）和Cu含量（−20.58%），并显著增加了根系氧化损伤（19.72%）。而在发芽率、地上部形态、总生物量、光合作用色素、净光合作用速率以及抗氧化酶活性方面，BPRs与CPRs之间无显著差异（图1-3）。图1 BPRs相较于CPRs在11大类效应指标上的效应量图2 BPRs相较于CPRs在亚类别效应指标上的效应量图3 BPRs相较于CPRs在亚类别效应指标上的效应量（按地上部与根系分类）2. 影响BPRs与CPRs对农作物生态效应差异的因素在塑料特征方面，塑料形状对各效应类别均未产生显著影响。虽然塑料粒径对根系生物量具有显著调节作用，但在各亚组中，BPRs相较于CPRs均无显著差异。BPR类型仅在氧化损伤指标上表现出显著调节作用，但其亚组效应均未显著不同于CPRs。此外，尽管BPR类型对养分元素含量的影响未达到统计学显著水平，但与CPRs相比，PLA残留物显著降低了农作物养分含量，而PBAT残留物未表现出显著效应（图4）。塑料浓度是调节BPRs与CPRs对农作物影响差异的关键因素。随着浓度升高，BPRs相较于CPRs对农作物的不利影响进一步加剧，主要表现在地上部生物量、根系生物量、总生物量、根系形态、净光合作用速率以及养分元素方面（图5）。不同农作物类型的比较显示，在粮食作物与蔬菜作物之间，BPRs与CPRs的效应差异在所有效应类别中均未达到统计学显著水平（图4）。暴露时间对BPRs与CPRs在根系生物量、净光合作用速率以及养分元素方面的差异具有显著影响，但对多数其他效应类别未表现出显著作用（图6）。在土壤条件方面，土壤pH对两类塑料残留物效应差异的总体影响不显著，但在酸性条件下，BPRs对根系生物量和根系形态的负面影响显著强于CPRs。同时，初始SOM含量对根系生物量具有显著调节作用。在低SOM条件下，BPRs相较于CPRs显著降低了根系生物量并加剧了根系形态受损（图4）。本研究对55项相关研究（共包含1530组配对观测数据）进行了荟萃分析，以比较BPRs与CPRs对农作物生态效应的差异。与CPRs相比，BPRs显著降低了农作物的地上部生物量、根系长度和铜含量，同时加剧了根系的氧化损伤。然而，在发芽率、地上部形态、总生物量、光合作用色素含量、净光合作用速率以及抗氧化酶活性指标上，两类塑料残留物之间未观察到统计学显著差异。与CPRs相比，BPRs的不利生态效应随着塑料浓度的升高而进一步增强。整体来看，塑料粒径、形态、BPR类型、作物类型、初始土壤pH、初始SOM含量以及暴露时间等因素对结果的影响较为有限，但在特定条件下，这些因素仍可调节BPRs与CPRs之间的效应差异。值得注意的是，在酸性土壤和低SOM含量条件下，与CPRs相比，BPRs显著降低了农作物根系生物量，并对根系形态产生不利影响。鉴于现有研究仍存在诸多局限性，包括暴露时间普遍较短、实测数据不足导致环境相关浓度阈值界定不清、研究中主要采用原始塑料，以及实验条件多集中于室内环境，目前尚难以就BPRs相对于CPRs对农作物的生态风险是更高还是更低得出明确结论。未来研究应优先开展长期田间试验，采用经自然老化处理的塑料材料，并系统监测环境中塑料的实际浓度水平，以期更全面、准确地评估BPRs与CPRs对农作物生态效应的差异。
第一作者：袁峰，南京大学地理与海洋科学学院2022级博士研究生。主要研究方向为微塑料的生态效应。以第一作者在Water Research、Journal of Hazardous Materials等期刊上发表SCI论文6篇。通讯作者：博士，硕士生导师，河海大学副教授。主要从事近海污染物的环境过程与效应研究，重点关注海洋微塑料的源排放及环境归趋。主持国家级及省级项目3项，骨干参与两项国家重点研发项目和基金委原创探索专项。以第一&通讯作者Environmental Science & Technology、Water Research等期刊发表论文20余篇，包括两篇ESI高被引论文。入选ScholarGPS全球前0.5%顶尖学者榜单（污染领域）。通讯邮箱：tengwang@hhu.edu.cn通讯作者：邹欣庆，南京大学地理与海洋科学学院教授、博士生导师。主要从事海洋污染物环境行为、海洋碳循环与全球变化、人类活动的海岸海洋生态响应、流域海岸相互作用等领域研究。在Nature Geoscience、Journal of Geophysical Research: Atmospheres、Environmental Science & Technology、Water Research等期刊上发表SCI论文100余篇。通讯邮箱：zouxq@nju.edu.cnJHM家族期刊包括Journal of Hazardous Materials (JHM)，Journal of Hazardous Materials Letters (JHM Letters)，Journal of Hazardous Materials Advances (JHMA)，以及聚焦前沿细分领域的Journal of Hazardous Materials: Plastics (JHMP) 和 Journal of Hazardous Materials: Organics (JHMO)。JHM，JHM Letters和JHMA三本期刊具有相同的scope，侧重在环境危险物质的迁移，影响，检测和去除。旗舰期刊JHM发表高水平科研和综述文章，JHM Letters完全开放获取，发表Letter-type科研和前沿综述文章（3000字限制，4副图/表），JHMA定位为中档开放获取期刊。JHMP完全开放获取，专注微纳米塑料及其添加剂的环境行为、生态健康效应与污染控制技术研究，JHMO完全开放获取，致力于环境中各类有机污染物的分析、归趋、治理及毒理效应研究。
