塑料地膜与微塑料如何影响土壤氮循环？

塑料地膜覆盖技术作为干旱半干旱地区农业增产的重要手段，通过提高土壤温度、减少水分蒸发和优化养分循环，显著提升了作物的产量和质量。然而，随着地膜残留引发的农田微塑料污染问题日益凸显，这一“白色革命”正面临可持续发展的严峻挑战。

中国农业大学资源与环境学院刘学军教授和王锴副教授等通过一项综述研究系统揭示了塑料地膜覆盖（PFM）及微塑料对土壤氮循环过程的复杂影响机制，为农业绿色发展提供了重要科学参考。相关文章发表于《农业科学与工程（英文）》（DOI: 10.15302/J-FASE-2025642）。

氮素作为作物需求量最大的矿质营养，其在土壤中的循环过程直接关系到粮食安全生产与生态环境稳定。研究指出，地膜覆盖虽然通过改善土壤水热条件促进了作物的氮吸收和微生物活性，但同时也加剧了氧化亚氮（N₂O）等温室气体的排放风险。更值得关注的是，残留地膜分解形成的微塑料（直径 < 5 mm）正在通过改变土壤理化性质和微生物群落结构，深刻影响着氮素转化的关键环节。

地膜覆盖对土壤氮循环的影响呈现双面性。一方面，传统聚乙烯地膜能提高0–20厘米土层的全氮含量，使微生物生物量氮含量比裸土提高23.6%；另一方面，由于塑料膜的物理屏障作用，地膜覆盖下的总N₂O排放量降低了12%–41%。生物可降解地膜虽然在短期内表现出减排优势，但其降解产物对土壤溶解有机氮的影响强度显著高于普通地膜，这可能与聚乳酸（PLA）分解提供的额外碳源有关。

微塑料的累积效应则更为复杂。当土壤中聚丙烯微塑料浓度达到1%时，花生根系细胞出现损伤，氮吸收受到抑制；而1%聚乙烯微塑料可使稻田N₂O排放量增加3.7倍。此外，微塑料对氮循环功能基因的影响具有选择性：显著提高固氮基因（nifH）和尿素水解基因（ureC）的丰度，同时抑制硝化基因（amoA）表达。这种基因表达的差异化调控，导致土壤氮素在“固定-矿化-硝化”转化过程中出现失衡。

不同类型微塑料的影响存在显著差异。含85%聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）的生物可降解地膜，其微塑料对土壤有效氮的影响强度高于传统低密度聚乙烯地膜。这可能是因为生物可降解塑料在土壤中分解更快，为氮循环微生物提供了更多碳源，加速了有机氮的分解转化。

本文系统梳理了现有研究中地膜覆盖与微塑料对土壤氮循环各环节的影响路径，并强调这些影响受塑料类型、环境条件和作物生长阶段的共同调控。研究建议，未来应重点开展长期定位观测，结合先进统计模型量化微塑料在复杂自然环境中的动态影响。农业塑料污染治理需兼顾粮食安全与生态保护，相关成果为科学制定地膜管理策略提供了理论依据。