《Journal of Hazardous Materials Advances》：Agricultural plastic films reshape soil microplastic distribution, nitrogen cycle and ecological risks in facility agriculture
编辑推荐：
微塑料污染在设施农业中加剧，本研究对比分析覆盖薄膜农田（MF）、温室（GH）与传统农田（TF）的微塑料特征，发现MF微塑料含量显著最高（p<0.05），主要形式为<1mm薄膜及碎片（占比84.25%），以聚乙烯（36.8%）和聚丙烯（18.9%）为主。环境因子中硝态氮、铵态氮及铬显著影响分布，固氮基因丰度在微塑料表面（plastisphere）中更高。生态风险评估显示GH风险最高，MF最低。
王浩|黄高翔|何晓康|单光春|李振玲|丁明军|冯成红|闫彩霞
教育部鄱阳湖湿地与流域研究重点实验室，江西师范大学地理与环境学院，南昌330022，中国
摘要
由于过度使用塑料薄膜，保护性农业中的微塑料污染问题日益严重。然而，关于不同保护性农业实践如何改变微塑料的残留特性，以及这些特性与土壤物理化学因素和重金属之间的相互作用仍知之甚少。本研究对比分析了典型保护性农业系统和传统农田土壤中的微塑料特征，探讨了它们与土壤物理化学因素和重金属之间的关系。结果表明，覆膜农田（MF）中的微塑料含量显著高于传统农田（TF）和温室（GH）（p < 0.05），这表明塑料薄膜而非温室薄膜是导致土壤中微塑料残留量增加的主要因素。主要存在的微塑料形式为尺寸小于1毫米的薄膜和碎片（占84.25%，其中小于0.5毫米的碎片占62.66%），主要为聚乙烯（PE，36.8%）和聚丙烯（PP，18.9%），颜色以黑色（45%）、棕色（18.5%）和透明（18%）为主。微塑料的分布受到硝酸盐氮、铵氮和铬的显著影响。此外，与固氮相关的基因在微塑料圈中的丰度显著高于土壤中，其中蓝细菌门（Cyanobacteriota）是主要贡献者。生态风险评估显示，温室农业（GH）的风险最高，其次是传统农田（TF），覆膜农田（MF）的风险最低。这些发现有助于更好地理解微塑料在农业系统中的行为，并为管理农业非点源污染提供科学依据，支持制定有针对性的缓解策略。
引言
农业塑料薄膜的广泛使用在全球范围内显著增加，这主要归功于其在提高作物产量、节约水资源和支持设施农业等集约化农业实践方面的有效性[1]。2022年，中国的塑料薄膜覆盖面积达到1200万公顷，年使用量约为1.4×10^9千克，极大地促进了设施农业的发展，但也带来了严重的土壤微塑料污染问题[2]。在设施农业中，用于土壤覆盖和杂草控制的塑料薄膜、用于调节气候的温室覆盖材料、用于水分管理的灌溉管道和滴灌系统以及其他物品（如育苗盘和包装材料）在紫外线辐射、机械破碎和生物降解的作用下逐渐分解成微塑料（<5毫米），这些微塑料广泛存在于农田中[3][4]。因此，系统研究设施农业土壤中的微塑料特征对于了解区域污染动态和制定有效的缓解策略至关重要。
残留的微塑料极易与土壤生物、营养物质和污染物相互作用，造成生态危害[5][6]。研究表明，微塑料会显著改变土壤的性质，包括结构、孔隙度、保水能力和养分有效性，最终降低土壤肥力并影响植物生长[7][8][9]。此外，微塑料可以吸附重金属和有机污染物，加剧土壤污染并提高生态风险[7][8]。在生物层面，土壤中的微塑料可以被微生物、植物和土壤中的动物吸收，导致一系列毒性效应，包括氧化应激、生长抑制、免疫抑制和生殖紊乱[10][11][12]。在农业环境中，微塑料还可能作为载体，促进细菌、病毒和抗生素残留物的传播，从而增强病原体的持久性和传播能力[13][14][15]。因此，探索农业残留微塑料的特征对于评估其生态风险至关重要。特别是在设施农业土壤中，覆盖、耕作和施肥等农业实践是影响微塑料污染特征的关键因素，进而导致土壤性质的变化[4][16]。然而，与传统农业相比，关于温室薄膜和塑料薄膜在设施农业实践中如何改变微塑料的残留特性，以及重金属和物理化学因素如何响应，目前了解甚少。
本研究旨在：（1）系统地描述不同设施农业用途和实践中的微塑料残留特征；（2）探讨微塑料特征与环境因素之间的关系，以提高可追溯性；（3）利用多指标生态风险评估框架评估生态风险。这些目标有助于深入理解设施农业中的土壤微塑料污染机制，并为制定有针对性的、基于证据的管理干预措施提供依据。
研究区域和样本采集
研究区域主要包括江西省的六个地区：宜春市的袁州区、景德镇市的浮梁县、抚州市的东乡区、鹰潭市的余江区、宜春市的高安市以及赣州市的宁都县。研究区域内的采样点包括未使用塑料薄膜的传统农田（TF）、覆膜农田（MF）和使用棚膜的温室（GH）。为尽量减少其他塑料来源的干扰，...
不同农业实践下微塑料残留的特征
土壤中微塑料的分布受到土地利用方式、农业实践和环境因素的显著影响，为区域污染管理和可追溯性提供了关键信息[26][27]。如图2b所示，微塑料的丰度范围为202.80至6814.29个/千克，平均值为2066.05±1616.20个/千克。微塑料丰度的差异主要由地理差异和农业设施类型决定（图2a）。
结论
本研究重点探讨了设施农业与传统农业中微塑料特征的差异及其与环境的关系，并进行了生态风险评估。结果表明，覆膜农田（MF）中的微塑料含量显著高于传统农田（TF）和温室（GH）（p < 0.05）。主要特征包括透明、白色、小尺寸（<1毫米）的微塑料。
环境影响
农业塑料薄膜改变了设施农业中土壤微塑料的分布、氮循环和生态风险。塑料薄膜而非温室薄膜显著增加了土壤中微塑料的残留量。微塑料的分布受到硝酸盐氮、铵氮和铬的显著影响。此外，与固氮相关的基因在微塑料圈中的丰度显著高于土壤中。
作者贡献声明
王浩：撰写初稿、数据可视化、方法设计、实验研究。黄高翔：资金筹集。何晓康：方法设计。单光春：软件应用。李振玲：撰写与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、软件应用、实验研究、资金筹集、数据分析、概念构建。丁明军：项目监督。冯成红：撰写与编辑、数据验证、实验研究、资金筹集。闫彩霞：资源支持。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：42307495和52470215）、江西省自然科学基金（项目编号：20232BAB213090和20242BAB23026）以及江西师范大学研究生创新基金项目（项目编号：YC2024-S201）的支持。
