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微塑料对小麦农艺性状及氮素利用效率

的影响

摘要：微塑料会覆盖在海洋微藻表面抑制其光合作用和生长，也会被斑马鱼、

乌龟、海豚等许多生物摄入或吸附到体内，还可以通过食物链的富集效应，使得

高级捕食者和人类受影响的概率增大。目前，国内外关于微塑料危害的研究主要

集中于海洋生态系统等水体环境，并已取得较多成果.对所谓的可降解地膜降解

形成的微塑料在农田土壤耕作层积累对作物生长发育影响的研究还鲜有报道。

关键词：微塑料；小麦农艺性状；氮素

前言

塑料制品地膜为农作物增产作出了巨大贡献，被誉为“白色工程”。但地膜

难以降解，大量残膜碎片堆积在耕作层，导致土壤含水量和孔隙度降低，对土壤

肥力、作物根系发育等产生了不同程度的影响，导致了“白色污染”。光降解、

生物降解等多种可降解地膜被认为是解决“白色污染”问题的最有效途径之一。

然而，可降解地膜被迅速降解为在土壤中肉眼难以识别的小颗粒，其中直径小于

5mm的颗粒被认为是微塑料，这些微塑料在土壤中仍然难以降解，其安全性有待

进一步评价。

1土壤中塑料残留主要来源

陆地生态系统作为塑料污染的源和汇，对环境中塑料污染的分布、传播以及

积累起到至关重要的作用。土壤中的塑料残留主要由人类活动产生，可通过污泥

淤地、有机肥施用、污水及地表水灌溉、塑料薄膜覆盖以及大气沉降等方式进入

土壤。通过污水处理厂处理或者地表水灌溉等途径，部分塑料残留会进入污泥中，

这些污泥被用作肥料或者修复材料时，会导致大量塑料进入陆地环境中。

2土壤中塑料残留对植物的影响

残留于土壤中的塑料，一方面在耕作机械力的作用下，其破碎程度增加，并

可与土壤颗粒聚合，从而可能在土体内传输；另一方面，受光照、水分以及土壤

微生物的作用，进一步老化、降解，从而对植物生长及土壤环境产生影响。大量

的塑料残留可能会影响土壤渗透性、土壤水含量，影响种子对水分和营养物质的

吸收，从而破坏作物种子萌发和作物生长。土壤中因农膜的存在导致马铃薯减产

显著，当塑料残留量为720kg∙hm-2时，减产幅度最大，与对照相比减产9.7%-

14.5%。随着土壤中塑料残留量的增加，番茄幼苗的株高、茎粗、地上部分及根

系鲜重逐渐降低，从而对农作物的生长及产量产生了明显的不良影响。通过盆栽

试验和大田试验，结果表明随着残留地膜量的增加，小麦、玉米和棉花的生长发

育均受到严重影响，小麦产量降低0.8%-22.1%，玉米籽粒产量降低2.1%-27.5%，

棉花产量降低1%-7.5%。通过对比不同类型微小塑料颗粒和塑料残片对小麦的生

长，结果表明：不同类型的地膜对小麦生长有很强的影响，生物可降解膜比轻密

度聚乙烯膜具有更强的负面效应；大残片塑料对小麦生长的影响较弱，微塑料比

塑料大残片负面影响显著。此外，尽管根系是植物从土壤中获取养分的主要途径，

但其吸收的矿物质仅占总干物重的8%-9%，光合作用才是植物获取能量和积累养

分的主要来源，光合产物累积量占总干物重的91%-92%。因此，土壤塑料残留对

农作物生长及产量的影响不能仅考虑作物的萌发、根系生长及产量状况，还应对

植物光合作用特征进行探究。

3微塑料对土壤中氮转化的影响

土壤也是微塑料污染的重要场所,其主要来源于农业使用的塑料薄膜、污水

污泥、河水∕废水灌溉和堆肥等。微塑料进入土壤后会明显降低土壤的物理功能

和关键生态功能(如土壤微生物活性和养分循环)。PE和PVC等微塑料的添加均抑

制了土壤荧光素二乙酸酯水解酶的活性,并刺激了脲酶和酸性磷酸酶的活性,降低

了微生物群落多样性,其中PE微塑料对土壤的影响更大。微塑料对土壤中氮转化

会产生不同程度的影响。例如,土壤中PS微塑料的添加与关键氮循环酶、亮氨酸

-氨基肽酶的抑制有关。低密度聚乙烯(LDPE)微塑料的添加则降低了土壤氨氧化

细菌和亚硝酸盐还原酶的丰度,但对氨氧化古菌、亚硝酸盐还原酶和氧化亚氮还

原酶的功能基因基本没有影响。PE微塑料可以通过影响土壤中脲酶的活性而干扰

有机氮的水解。长期残留的塑料膜可以降低土壤无机氮含量,下调与氮循环相关

的微生物基因,降低相关酶的活性。微塑料对土壤氮转化的影响与其聚合物性质

及添加剂种类密切相关。相较于可生物降解的玉米淀粉共聚酯塑料,聚乳酸(PLA)

微塑料改性的土壤具有更高的氨转化速率,导致NH4＋浓度降低更快。此外,微塑

料释放的添加剂(如邻苯二甲酸酯)也会加速土壤污染,并通过限制关键的土壤酶

活性而破坏养分循环。总之,微塑料主要是通过