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