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为探究长期施用有机肥带来的小微塑料（sMPs，20–500 μm）污染问题，研究人员以不同施肥方式处理土壤 44 年，利用激光直接红外光谱（LDIR）分析 sMPs。发现猪粪中 sMPs 丰度和类型显著增加，长期施猪粪土壤 sMPs 浓度升高，揭示其污染风险。
塑料污染已成为全球生态 “顽疾”，从浩瀚海洋到广袤农田，微塑料（MPs，粒径 < 5 mm 的塑料颗粒）的身影无处不在。在陆地生态系统中，农业土壤作为微塑料的重要 “汇”，其长期污染状况一直备受关注。尤其值得警惕的是，有机肥（如猪粪、堆肥等）在农业生产中被广泛使用，但其携带的小微塑料（sMPs，粒径 20–500 μm）却可能成为土壤污染的隐秘 “推手”。目前，关于长期施用有机肥导致 sMPs 在土壤中积累、迁移及形态转化的研究尚显匮乏，而 sMPs 因粒径小、表面积大，更易被生物吸附或摄入，可能通过食物链传递并加剧环境毒性，其潜在生态风险亟待深入探究。
为填补这一研究空白，沈阳农业大学的研究团队开展了一项跨度长达 44 年的田间实验，相关成果发表在《Environmental Research》。研究以不施肥（CK）、单施猪粪（M）、单施化肥（NPK）、猪粪与化肥配施（MNPK）四种施肥模式为研究对象，运用激光直接红外光谱（LDIR）技术，对土壤中小微塑料的时空动态进行了系统解析，旨在揭示长期有机投入下 sMPs 的污染特征及环境效应。
研究主要采用激光直接红外光谱（LDIR）技术，该技术具有高灵敏度、非破坏性分析的特点，可通过红外光谱特征精准识别聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等不同聚合物类型，有效区分土壤中的塑料颗粒与非塑料成分。实验样品来自 1979 年建立的长期田间试验站点，土壤类型为淋溶土，研究对不同年份的猪粪及不同深度土壤进行了 sMPs 的定量分析与定性表征。
猪粪与土壤中小微塑料的时间演变
研究发现，猪粪中的 sMPs 平均浓度从 1979 年的 7620 个?kg-1飙升至 2023 年的 21376±1008 个?kg-1，44 年间增幅达 180%。聚合物类型也从 1979 年的 7 种增加至 2023 年的 9 种，新增了聚氨酯（PU）、聚氯乙烯（PVC）等类型，其中聚丙烯（PP）和人造丝始终为优势组分。土壤中，1979 年初始 sMPs 浓度约为 3000 个?kg-1，至实验末期，单施猪粪（M）和猪粪配施化肥（MNPK）处理的土壤 sMPs 浓度分别达到 7183±568 个?kg-1和 5557±329 个?kg-1，显著高于未施肥对照（CK），表明长期施用猪粪是土壤 sMPs 积累的重要驱动因素。
土壤中小微塑料的垂直分布特征
除 CK 处理外，其他施肥处理的 sMPs 丰度均随土壤深度增加而上升，30–100 μm 粒径的颗粒占比超过 46%，成为主要组分。这一垂直分布模式暗示较小粒径的 sMPs 在土壤中有更强的迁移能力，可能通过土壤微孔渗透至深层，增加了污染扩散的风险。此外，施猪粪土壤中的聚合物类型与猪粪本身高度一致，进一步证实猪粪是土壤 sMPs 的直接来源。
长期施用猪粪的微塑料污染风险
全球塑料产量自 1950 年以来持续攀升，2015 年已达 3.22 亿吨 / 年，其中近 40% 为一次性用品，这些废弃物通过各种途径进入有机肥体系。本研究中猪粪 sMPs 的增长趋势与农业环境中塑料污染的整体加剧态势吻合。sMPs 因其高生物可利用性和化学吸附能力，可能携带重金属、持久性有机污染物等有害物质，对土壤生物和生态系统功能构成潜在威胁。
研究结论与意义
这项长达 44 年的研究首次系统揭示了长期施用猪粪对农业土壤中小微塑料污染的累积效应。结果表明，猪粪输入显著提高了土壤 sMPs 的丰度和多样性，且较小粒径颗粒在土壤深层的富集提示了其迁移持久性。聚合物组成的一致性证实了猪粪作为 sMPs 污染源的直接作用。该研究不仅为评估有机施肥模式下的土壤微塑料污染提供了长期数据支撑，也警示了农业系统中塑料污染的隐蔽性与复杂性。未来需加强有机肥生产过程中的塑料源管控，建立更完善的农业微塑料污染监测体系，以保障土壤健康和生态安全。研究成果为理解陆地生态系统微塑料循环提供了关键 insights，对全球农业可持续发展具有重要参考价值。
