《Journal of Environmental Management》：Long-term biodegradable mulch films application in agricultural fields: effects on soil functionality and microplastic generation
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微塑料在农业土壤中的积累及其对土壤功能的影响研究。在意大利北部两个农场长期应用生物降解地膜（BMF）的条件下，检测到土壤中25-5毫米微塑料含量为300-580个/千克干土，控制区高达1000个/千克干土。光谱分析表明BMF相关塑料占比极低，外部输入源占主导。土壤生化功能显示BMF处理显著提升微生物生物量碳（+27%）和酶活性（β-葡萄糖+23%，β-木糖+13%，PME+31%），但效应受土壤类型和农场位置显著影响。研究证实长期BMF应用不会导致可检测的微塑料积累或损害土壤功能，支持其作为环保替代方案。
M. Mazzon|C. Edo|S. Guerrini|P. Gioacchini|J. Cupi|P. Malena|R. Rosal|C. Marzadori
博洛尼亚大学农业与食品科学系，Viale Fanin, 46 40127, 博洛尼亚，意大利
摘要
微塑料（MPs）在农业土壤中的积累已成为日益严重的环境问题，尤其是由于使用了塑料地膜。可生物降解的地膜（BMFs）被提出作为一种可持续的替代方案，但长期的田间证据仍然不足。在这项研究中，我们评估了意大利北部两个商业农场中MPs的存在情况以及土壤功能，这些农场已经使用BMFs超过十年。我们从有地膜和无地膜的地块中收集了土壤样本，分离并化学分析了25 μm-5 mm大小的MPs，并评估了土壤的生化参数。结果表明，塑料的组成多样，主要与农业活动无关，这表明它们可能来自大气沉降或灌溉水等外部来源。总体而言，两个田块中的MPs浓度在300至580个MP颗粒/kg·d之间，而对照区域的浓度超过了1000个MP颗粒/kg·d。值得注意的是，在那些光谱特征与可生物降解材料相符的碎片中，其来源无法直接与所使用地膜关联，因此推测它们来自外部来源。从生化角度来看，BMFs的应用平均增加了微生物生物量碳（+27%）和酶活性（β-葡聚糖酶+23%，β-木聚糖酶+13%，PME酶+31%），尽管这些效应具有很强的地点特异性，土壤类型是影响变量的主要因素。总体而言，我们的发现表明，长期使用BMFs并不会导致所评估尺寸范围内的MPs明显积累，也不会对土壤功能产生不利影响，这支持了它们作为传统聚乙烯地膜的环境友好替代品的潜力。然而，仍需要进一步的研究来更好地了解其在田间条件下的长期转化和环境归趋。
引言
在过去的十年中，人们对微塑料（MPs）的生成及其影响产生了越来越多的兴趣。微塑料被定义为“具有规则或不规则形状的合成固体颗粒或聚合物基质，尺寸范围从1 μm到5 mm，可以是初级或二次制造的，且不溶于水”（Frias和Nash，2019）。大量关于MPs的研究集中在海洋环境（Ortega-Zamora等人，2025）、废水（Edo等人，2025）和大气层（Casella等人，2025）中。这些研究反映了科学界和社会对理解这些污染物的环境归趋、它们对生态系统和农业系统的潜在影响以及对人类健康的意义的日益关注（Casella等人，2026）。
近年来，由于土壤污染与食品生产系统之间的直接联系，人们对土壤中MPs的存在也越来越关注。土壤中的MPs来源于多种途径，包括农业活动、土壤改良剂（如堆肥或污泥）以及大气沉降等扩散性输入（Horton等人，2017；Lofty等人，2022；Pérez-Reverón等人，2022）。据报道，土壤中的塑料浓度差异很大，质量占比从0.000001%到0.3%不等，相当于每公顷50-250公斤的负荷（FAO，2025；Rashid等人，2025）。这种污染具有高度异质性，使得在不同环境中识别主要来源变得复杂（FAO，2025）。
欧盟委员会已经出台了减少MPs排放的监管措施（Casella等人，2024），包括REACH法规（EU 2023/2055），这与欧盟塑料战略（EU，2018）和零污染行动计划（EU，2021）保持一致。同时，欧盟肥料法规（EU，2019）为有机肥料中的MPs设定了限制，并为聚合物和地膜制定了生物降解性标准，以减轻土壤污染（Hechmi等人，2024）。
农业塑料是MPs的直接来源。不同的农业实践会导致不同类型的污染，包括来自灌溉管道、容器和包覆肥料的输入。然而，长期使用传统地膜（不可生物降解）被认为是导致农业土壤中MPs浓度增加的主要因素之一（Huang等人，2020；Sa'adu和Farsang，2023）。尽管可生物降解地膜（BMFs）被认为是减少土壤中塑料积累的有希望的解决方案，但长期使用的田间证据仍然不足，尤其是在中到长期内。实际上，尽管BMFs已经商业化使用了二十多年，但超过四年的数据仍然缺乏（Xiong等人，2025）。BMFs被设计为翻入土壤中，从而成为一种物理输入（难以识别）和碳（C）的输入，尽管量非常少（Bandopadhyay等人，2018；Xu等人，2025）。
从生化角度来看，BMFs已被证明可以增加微生物生物量和活性，同时改变微生物结构（Bandopadhyay等人，2018）。通过测量土壤中的酶活性可以研究微生物对BMFs掺入的反应。普遍认为，这些活性反映了土壤中的生化反应程度和养分循环的状态。正如Xu等人（2025）所指出的，它们还具有作为土壤健康敏感指标的优势，并能迅速响应变化。然而，微生物群落组成和酶活性的变化表明微生物分解过程可能加速，这可能会影响碳和氮循环（Bandopadhyay等人，2018）。
在这里，我们调查了在商业BMF（特别是Mater-Bi）使用超过10年的农民田地中MPs的存在及其对土壤生物化学和功能的影响。我们假设：（i）最近一次地膜应用（采样前<1年）产生的可生物降解塑料仍可检测到；（ii）也会存在大量的非农业来源的MPs；（iii）地膜的应用会增强微生物生物量和活性；（iv）土壤反应会因农场位置和土壤类型而异。
站点描述和采样方法
2022年春季，我们在两个处于活跃园艺生产中的意大利农业土壤中进行了采样。2022年4月，从位于艾米利亚-罗马涅地区沿海地区的费拉拉附近的一个有机农场（FARM 1）采集了一种沙质土壤（Arenosol；(WRB-IUSS, 2015)（图1）。该研究地点位于波河区域公园内，这是一个气候温和的地区，年降水量为500-700毫米，冬季寒冷，夏季炎热。2022年6月，
微塑料鉴定
在土壤样本中总共计数到700个具有人为来源的颗粒（图S3，补充材料）。随后随机选取了282个颗粒进行红外光谱分析（包括26个来自程序控制的颗粒）。选择的颗粒分布如下：在FARM 1中，地膜区有65个颗粒，对照组有70个颗粒被分析；在FARM 2中，地膜区有63个颗粒，对照组有58个颗粒被选为FTIR分析对象。
尽管这些颗粒可能具有人为来源
微塑料鉴定
在欧洲各地，农业土壤中MPs污染的情况越来越受到关注，本研究中测得的浓度与这一趋势一致（表S1，补充材料）。例如，Sa'adu和Farsang（2022）报告称匈牙利温室土壤中的MPs浓度为225 ± 62个MP颗粒/kg·d，而Isari等人（2021）在温室种植西瓜和番茄的实验中观察到的浓度分别为301 ± 140个MP颗粒/kg·d和69 ± 38个MP颗粒/kg·d。
结论
来自意大利北部两个商业农场的结果表明，在田间应用剂量（每年一次或每半年一次）和标准农艺条件下，未观察到来自BMFs的MPs在所评估的颗粒尺寸范围（25 μm - 5 mm）内的明显积累。此外，在使用BMFs改良的土壤与其对应的对照地块之间，未检测到对土壤功能有显著影响的差异。
这项研究提供了关于BMFs长期影响的深入见解
CRediT作者贡献声明
M. Mazzon：撰写初稿、数据管理、概念构思。C. Edo：撰写初稿、形式分析、数据管理。S. Guerrini：撰写初稿、概念构思。P. Gioacchini：撰写与编辑、形式分析。J. Cupi：撰写与编辑、形式分析。P. Malena：撰写与编辑、形式分析。R. Rosal：监督、资金获取。C. Marzadori：监督、资金获取。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
我们衷心感谢Società Cooperativa Agricola Agrifrutta (Peveragno)、Ezio Giraudo和Sandro Colombi为我们研究提供土壤样本。
