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CEJ. ! 农业塑料薄膜重塑设施农业中土壤微塑料分布、氮循环及生态风险

  • 2026-10-11 06:59:36
CEJ. ! 农业塑料薄膜重塑设施农业中土壤微塑料分布、氮循环及生态风险
文章信息

通讯作者:李振灵讲师

通讯单位:江西师范大学

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.140391

相关背景

      在设施农业快速扩张与集约化管理背景下,农业塑料薄膜的投入量持续上升,带来便利的同时也加剧了土壤中微塑料的积累风险。当前设施农业中微塑料的污染特征以及与土壤理化因素和重金属的耦合仍不明确。本研究对典型设施农业系统与传统农田土壤中的微塑料特征进行了比较分析,为农业面源污染管理提供科学依据,并为制定具有针对性的污染防控与治理策略提供支撑。

图文摘要

研究进展

1. 不同农业措施下微塑料的残留特征:

覆盖地膜农田(MF)中微塑料丰度最高,平均丰度为2474.22±2046.88个/kg,温室(GH)为1684.42±1002.93个/kg,传统农田(TF)最低,为1065.53±605.24个/kg。其中,共计检出8种聚合物成分,PE(36.8%)和PP(18.9%)检出频率最高。碎片(56.9%)、薄膜(21.4%)和纤维(18.8%)是微塑料颗粒的主要存在形态,尺寸多<1mm(84.25)。颜色以黑色(45%)、棕色(18.5%)和透明(18%)为主。

图1. (a)中国不同地区农业设施中微塑料的丰度;(b)研究区域内所有设施土壤中微塑料丰度,利用土耳其测试验证统计显著性;检测到的所有土壤微塑料特性,包括形状(c)、颜色(d)、尺寸(e)和聚合物成分(f)

2. 土壤中残留微塑料的溯源:

主成分分析表明,MF和GH中,土壤微塑料与透明、白色和薄膜形态颗粒显著相关,且与PE和PP呈强正相关,可能来源于农膜降解;TF中微塑料表现出与纤维状、蓝色和黑色微塑料相关特征,可能来源于大气沉积、生活废弃物或灌溉水源。

图2. 不同形状微塑料的颜色(a)、聚合物类型(b)和尺寸分布(c),以及(d)不同设施农业系统中微塑料特性的聚类分析和(e)主成分分析

3 微塑料特性与环境因素之间的耦合关系:

微塑料特征与土壤重金属铬和土壤中硝态氮(NO3--N)和铵态氮(NH4+-N)密切相关,暗示化肥使用和重金属污染共同影响微塑料迁移。此外,塑料际中固氮基因(nifDHK)丰度显著高于土壤,蓝藻门是主要贡献者,而土壤中硝化和反硝化基因更丰富。

图3(a)冗余分析;(b)微塑性特征和环境因素的相关分析

图4. 土壤和塑料际中氮和硫相关基因及微生物贡献丰度(门级)(n = 9) (a)氮循环  有机氮代谢(绿色):ureABC、glnA&GLUL和gltBD。脱硝化(蓝色):nasABC、narB、nrfAH、napABC、narGHIVYZ&nxrAB、nosZ和norBC。Annamox(橙色):nirABDKS。硝化(红色):hao和amoABC。氮固定(黑色):nifDHK;(b) 基于Wilcoxon秩和检验(p < 0.05)在土壤和塑形圈环境中与氮循环相关的基因相对丰度;(c) 塑料球中基因对土壤氮循环影响的示意图

4. 微塑料多指数生态风险评估:

采用包括聚合物危害指数(PHI)、环境状态指数(ESI)、污染负荷指数(PLI)和尺寸加权指数(CWI)在内的多维评估系统,以全面评估土壤微塑料在TF、MF和GH中的生态风险。结果表明,GH表现出最高的生态风险(MultiMP指数中等),可能的原因是小尺寸微塑料占比高且聚合物危害性(PHI)强;MF和TF风险较低。

图5 使用多指数评估方法(PHI、ESI、PLI、C、MultiMP)比较各采样点(a、c)及不同类型设施农业(b、d)的生态风险

研究结论

本研究聚焦于设施农业与传统农业之间微塑料特征分布的差异,以及它们与环境的关系。覆盖地膜农田(MF)中微塑料的丰度显著高于传统农田(TF)、温室(GH),且微塑料分布受到硝酸盐氮、铵氮和铬的显著影响。此外,塑料际中与固氮相关的基因丰度显著高于土壤中。通过综合生态风险评估,地膜覆盖农田(MF)和传统农田(TF)风险较低,而温室(GH)风险中等。

供稿:卞靖豪

审核:黄   婷

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