综述：微塑料对土壤氮储存、氮排放以及氨挥发的影响与土壤健康和作物生产力之间的关系：机制及未来研究方向

《Frontiers in Plant Science》：Microplastic effects on soil nitrogen storage, nitrogen emissions, and ammonia volatilization in relation to soil health and crop productivity: mechanism and future consideration

农业土壤中微塑料污染显著影响氮循环，导致氮利用效率降低和氨挥发增加。PE、PVC、PP等微塑料通过改变土壤物理化学性质、抑制微生物活性及干扰氮代谢酶功能，抑制硝化、减少硝态氮积累，并加剧氨挥发。生物炭因吸附微塑料、改善土壤结构和增强微生物功能，被证实可缓解部分负面影响。然而，长期累积效应、不同土壤类型及气候条件下的差异化影响仍需深入研究，需建立标准化检测方法及多维度防控策略。

　　农业土壤中的微塑料污染正成为一项日益严峻的环境挑战，其对土壤健康、氮循环以及作物产量的不利影响正逐渐显现。随着塑料在农业中的广泛使用，以及大块塑料材料的降解过程，微塑料污染已成为影响农业可持续发展的关键问题之一。微塑料是指尺寸小于5毫米的塑料颗粒，它们通过多种途径进入土壤，包括塑料地膜的使用、灌溉过程、生物固体的施用等。这些微塑料不仅改变了土壤的物理和化学特性，还影响了土壤中的微生物活动，进而对土壤生态系统产生深远影响。因此，如何有效应对微塑料污染，成为当前农业可持续发展研究的重要议题。

### 微塑料对农业土壤氮循环的影响

氮循环是维持土壤肥力和作物生长的重要过程，包括氮矿化、硝化作用和反硝化作用。研究表明，微塑料对这些关键过程具有显著的干扰作用。例如，聚丙烯（PP）微塑料能够降低铵氮含量，并减缓硝化过程，从而减少植物可利用的氮素。而聚乙烯（PE）微塑料则可能促进氨气（NH3）的挥发，导致土壤肥力下降和作物产量减少。这些影响表明，微塑料的存在可能破坏土壤中的氮转化机制，从而影响植物的氮吸收效率。

微塑料对氮循环的干扰不仅体现在直接改变土壤中的氮含量，还可能通过改变土壤的物理结构和化学性质间接影响氮的转化。例如，微塑料的添加可能降低土壤的孔隙度，影响水分渗透和氧气供应，从而改变土壤微生物的活动和酶的活性。此外，微塑料可能吸附土壤中的氮化合物，降低其生物可利用性。因此，研究微塑料对氮循环的具体影响，有助于理解其对农业生态系统和作物生长的长期后果。

### 微塑料与氮肥的相互作用

不同类型的氮肥与微塑料之间的相互作用也值得深入探讨。例如，尿素（common urea）在土壤中容易发生氨挥发，而微塑料可能加剧这一过程。研究表明，微塑料能够改变尿素的释放模式，影响其在土壤中的转化效率。相比之下，生物炭包覆尿素（biochar-coated urea）和聚合物包覆尿素（polymer-coated urea）可能具有更好的氮保留能力，但其与微塑料的相互作用仍需进一步研究。

此外，有机氮肥如堆肥（FYM）也可能受到微塑料的影响。微塑料可能改变堆肥中的微生物群落结构，影响氮素的矿化和转化过程。因此，了解微塑料如何与不同氮源相互作用，有助于优化氮肥的使用策略，减少氮素损失，提高氮的利用效率。

### 生物炭作为缓解微塑料污染的策略

生物炭作为一种具有吸附和稳定作用的材料，被广泛认为是缓解微塑料污染的潜在解决方案。生物炭能够改善土壤结构，提高氮素的保留能力，并减少氨气的挥发。研究表明，生物炭的应用可以有效降低土壤中微塑料的浓度，促进其分解，并增强土壤微生物的活性。这些特性使得生物炭成为一种有价值的土壤改良剂，特别是在受微塑料污染的农业土壤中。

然而，生物炭的应用并非没有限制。不同来源的生物炭可能具有不同的化学和物理特性，影响其对微塑料的吸附能力。例如，某些生物炭可能含有重金属或其他污染物，反而对土壤和作物产生新的风险。因此，选择合适的生物炭类型和应用方式至关重要。此外，生物炭的长期效果和对土壤微生物群落的影响也需要进一步研究，以确保其在农业中的可持续应用。

### 微塑料污染对作物产量的影响

微塑料污染不仅影响土壤健康，还可能对作物的生长和产量产生直接和间接的影响。研究表明，微塑料的积累可能导致作物根系发育受阻，影响其对土壤中营养物质和水分的吸收。例如，小麦作为主要粮食作物之一，其生长可能受到微塑料的干扰，表现为根系发育不良、氮素吸收减少以及产量下降。

微塑料的物理特性，如形状、大小和表面电荷，可能影响其与作物根系的相互作用。例如，纳米塑料更容易穿透植物细胞膜，积累在根部和地上部分，从而干扰植物的生理过程。此外，微塑料可能吸附农药、重金属和其他有机污染物，这些物质可能通过根系进入植物体内，进一步影响作物的健康和产量。

### 微塑料污染的来源与分布

微塑料进入农业土壤的途径多种多样，包括塑料地膜的降解、灌溉水的携带、生物固体的施用以及大气沉降。其中，塑料地膜的广泛使用是微塑料污染的主要来源之一。地膜在使用过程中逐渐降解，释放出微塑料颗粒，这些颗粒可能对土壤结构和微生物活动产生负面影响。此外，农业废弃物如堆肥和污水污泥中可能含有大量微塑料，这些微塑料可能随着施肥过程进入土壤，进一步加剧污染问题。

微塑料在农业土壤中的分布具有地域差异。例如，在中国河套灌区，每千克土壤中微塑料颗粒数可达1,810至86,331个，而在其他地区如智利中央山谷，微塑料的浓度相对较低。这种差异可能与农业实践、土壤类型以及环境条件有关。因此，理解微塑料的分布规律和其与土壤特性之间的关系，有助于制定针对性的污染控制策略。

### 微塑料对土壤生态系统的影响

微塑料污染不仅影响氮循环和作物生长，还可能对土壤生态系统产生深远影响。例如，微塑料可能改变土壤的物理结构，影响其持水能力和通气性。同时，微塑料可能吸附土壤中的重金属和有机污染物，改变土壤的化学组成，进而影响微生物群落的多样性和功能。这些变化可能对土壤肥力、养分循环以及生态平衡产生不利影响。

此外，微塑料可能与土壤中的其他污染物发生相互作用，例如镉（Cd）等重金属。这种相互作用可能改变污染物的生物可利用性，增加其对作物和土壤微生物的毒性。因此，微塑料污染的治理需要综合考虑其与其他污染物的协同效应，以确保土壤生态系统的健康和稳定。

### 未来研究方向与政策建议

尽管已有大量研究探讨了微塑料对农业土壤和作物的影响，但仍存在许多知识空白。首先，目前的研究多集中在实验室环境，缺乏对实际农业条件的长期监测和评估。因此，未来需要更多基于实地的长期研究，以评估微塑料污染对土壤肥力、作物产量和生态系统功能的长期影响。

其次，现有的研究方法在微塑料的检测和量化方面存在不一致性。不同研究采用的微塑料浓度、颗粒大小、暴露时间和采样方法可能影响研究结果的可比性。因此，制定统一的检测标准和方法，对于提高研究的可靠性和推广性至关重要。

最后，政策层面的干预措施也是解决微塑料污染的关键。政府和环境管理部门应制定相关法规，限制非可降解塑料在农业中的使用，并鼓励可降解替代品的研发和推广。同时，应加强农业废弃物的管理，减少微塑料的排放。此外，生物炭等生态友好型材料的应用应得到政策支持，以促进其在农业土壤修复中的推广。

### 结论

微塑料污染对农业土壤和作物生长构成了严重威胁，影响了土壤健康、氮循环以及作物产量。聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）和聚丙烯（PP）等常见微塑料类型，由于其持久性和对土壤微生物活动的干扰，成为研究的重点。微塑料可能通过改变土壤的物理和化学特性，影响氮的矿化、硝化和反硝化过程，进而导致氮素流失和氨气挥发的增加。这些变化可能对农业生态系统和人类健康产生不利影响。

为了应对微塑料污染，需要采取综合措施，包括改进农业实践、加强废物管理以及推动生物炭等生态修复技术的应用。未来的研究应重点关注微塑料与不同氮源的相互作用，以及其在农业土壤中的长期影响。同时，政策制定者应推动标准化的微塑料检测方法，并制定相应的法规，以减少微塑料的使用和排放。通过科学研究、可持续农业实践和政策干预的结合，才能有效缓解微塑料污染对农业生态系统的负面影响，确保土壤肥力、作物产量和食品安全的可持续发展。