大塑料碎片通过刺激反硝化作用抑制玉米氮吸收的机制研究

《Journal of Hazardous Materials》：Soil denitrification stimulated by macroplastics in maize cultivation

本文系统研究了大塑料（>2 cm）对玉米-大豆间作系统中氮循环的影响。研究发现大塑料虽不影响玉米地上部形态和产量，但通过抑制根系发育、降低土壤NO3--N浓度、增强反硝化细菌（如nirS/nirK基因）活性，导致氮肥利用率下降。该研究为塑料污染农田的氮素管理提供了理论依据。

　　

Highlight

大塑料碎片在玉米栽培中刺激土壤反硝化作用

Section snippets

Experimental materials and sites

玉米紧凑型品种（Zea mays L. cv. Zhongyu No. 3）购自俊豪种业有限公司，耐荫大豆（Glycine max (L.) Merr. cv. Zhonghuang No. 39）由山东省农科院提供。¹⁵N标记尿素（10 atom% excess）购自上海稳定同位素工程技术中心。聚乙烯地膜（图S1）购自鼎和现代农业有限公司。

Morphological responses of the intercropped maize to macroplastic stresses

大塑料暴露影响了间作玉米的若干形态特征，但盆栽试验中变化较少（图2和表S4）。大塑料对田间和盆栽试验中玉米地上生物量均无影响，最佳拟合线斜率接近0（图2）。大塑料对株高和根、茎、叶干重的影响较小。田间与盆栽试验中玉米产量无差异。

Discussion

源自农用塑料的大塑料可在土壤中存留100-200年，对全球土壤-植物系统的生物功能产生长期影响。我们的田间和盆栽研究未能证实假设（1），即大塑料在>75 kg/ha（GB/T 25413-2010预警阈值）时会产生植物毒性并降低玉米产量。我们发现大塑料对玉米株高、干重和产量影响微弱，但显著改变了土壤氮循环。

Conclusion

本研究证明大塑料首先通过影响微生物驱动的土壤氮过程，间接降低了玉米氮获取。微生物量和酶活性驱动有机氮向植物可利用形式（NH₄⁺/NO₃^-）的转化。较低的多样性削弱了这些过程，导致氮淋失或气态损失。大塑料通过抑制根系发育阻碍玉米吸氮能力，使更多氮滞留土壤而非被玉米吸收——这是由大塑料触发的级联效应。