摘 "要：地膜殘留及破碎形成的微塑料（Microplastics，MPs）持續(xù)增加，成為農(nóng)田土壤MPs的重要來源之一。通過盆栽試驗，分析地膜MPs處理水平（0.5%，1%和2%）對玉米形態(tài)、生理、生物量及養(yǎng)分吸收的影響。結(jié)果表明，與對照（CK）相比，0.5%地膜MPs對玉米生長無明顯影響。隨著地膜MPs水平增加（1%和2%）和暴露時間延長（拔節(jié)期和抽穗期），玉米株高、莖寬、葉面積、根系長度、表面積及生物量顯著減少。葉片葉綠素含量、SOD酶含量減少而MDA含量升高表明地膜MPs導致玉米光合受損及氧化應(yīng)激。較高水平地膜MPs（1%和2%）也會抑制玉米吸收養(yǎng)分。農(nóng)田土壤地膜MPs積累對作物生長的抑制可能消減地膜覆蓋栽培的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：微塑料；地膜；玉米；形態(tài)；生理；生物量；養(yǎng)分吸收

中圖分類號：X171.5 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2096-9902（2024）08-0052-04

Abstract： The residual and broken microplastics（Microplastics，MPs） of mulch film continue to increase， which has become one of the important sources of MPs in farmland soil. A pot experiment was conducted to analyze the effects of mulch film MPs treatment levels （0.5% 1% and 2%） on the morphology， physiology， biomass and nutrient absorption of corn. The results showed that compared with the control （CK）， 0.5% mulch film MPs had no significant effect on the growth of corn. With the increase of MPs levels of mulch film （1% and 2%） and the prolongation of exposure time （jointing stage and heading stage）， corn plant height， stem width， leaf area， root length and surface area and biomass decreased significantly. The decrease of chlorophyll content and SOD enzyme content and the increase of MDA content in leaves indicated that mulch film mulching MPs caused photosynthetic damage and oxidative stress in corn. Higher levels of mulch film MPs （1% and 2%） also inhibited nutrient absorption by corn. The inhibition of MPs accumulation of soil mulch film on crop growth may reduce the advantage of mulch film mulching cultivation.

Keywords： microplastics; mulch film; corn; morphology; physiology; biomass; nutrient absorption

微塑料（Microplastics，MPs）指粒徑小于5 mm的塑料類污染物，可通過多種途徑輸入農(nóng)田土壤，如污泥和有機肥施用、廢水灌溉、農(nóng)膜殘留、塑料廢物丟棄及大氣沉降等[1-2]。我國云南、山東、廣東等地土壤調(diào)查結(jié)果顯示，土壤MPs豐度最高達到40 800個/kg[3-5]。MPs作為一種持久性污染物，影響土壤理化性質(zhì)、生物生長、養(yǎng)分循環(huán)，增加土壤污染風險[6]。因此，農(nóng)田土壤MPs積累已成為影響作物產(chǎn)量、品質(zhì)、安全的潛在威脅。目前，已開展了多種作物（小麥、玉米、水稻、生菜和黃瓜等）的MPs影響效應(yīng)研究，結(jié)果因MPs種類、形狀、粒徑、濃度及作物種類不同而有所不同，相關(guān)機制仍不清楚[7-8]。

地膜覆蓋栽培在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。傳統(tǒng)聚乙烯（PE）地膜，用量大，但回收率低，難降解[9-10]。我國覆膜農(nóng)田土壤累積殘膜量高達118.5萬t[11]。殘留地膜受機械力、光照、高溫等環(huán)境作用及土壤生物作用不斷碎裂。隨著地膜覆蓋的持續(xù)使用，地膜殘留及破碎形成的MPs將持續(xù)增加，成為土壤MPs的重要來源之一[12-13]。因此，本研究以玉米（Zea mays L.）為供試作物，采用盆栽試驗方法，分析土壤中不同地膜MPs水平對玉米形態(tài)、生理、生物量及養(yǎng)分吸收的影響，為深入研究土壤MPs積累的植物效應(yīng)及對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的影響提供參考。

1 "材料與方法

1.1 "試驗材料

土壤取自安徽省淮北市某農(nóng)田耕作層?；拘再|(zhì)如下：pH7.16；有機質(zhì)86.16 g/kg；堿解氮206.38 mg/kg；速效磷3.02 mg/kg；速效鉀156.30 mg/kg。

地膜為市售黑色LDPE膜，密度為0.910～0.925 g/cm3。地膜采用液氮冷凍破碎制得MPs，碎片狀，尺寸在0.25～0.45 mm。

玉米品種為蘇玉9號，選取飽滿、大小均勻的種子。

1.2 "試驗設(shè)計與培養(yǎng)

采用盆栽試驗，以不加地膜MPs為對照（CK），設(shè)計3種MPs水平（以MPs與土壤重量的百分比表示）：0.5%（T1）、1%（T2）、2%（T3）。每處理4次重復(fù)。每5 kg土壤，加入MPs，充分混勻，裝盆。人工溫室內(nèi)預(yù)培養(yǎng)2周，期間保持土壤水分在田間持水量的60%～80%。2周后，每盆播種10粒玉米種子。出苗后，每盆保留2株幼苗繼續(xù)培養(yǎng)，保持土壤水分在田間持水量的70%～80%。玉米生長期中，分3次施加肥料（分析純Ca（NO3）2、KH2PO4、K2SO4），每次施肥量以施入土壤N 60 mg/kg、P2O5 30 mg/kg、K2O 50 mg/kg為標準，配制養(yǎng)分溶液均勻施用。玉米生長到抽穗期末期，收獲。

1.3 "測定指標及方法

1.3.1 "玉米形態(tài)

玉米苗期、拔節(jié)期及抽穗期，使用直尺測量株高、游標卡尺測量莖寬。從玉米頂端選取新長出并完全展開的葉片，測量葉長、葉寬，按下式計算葉面積

葉面積=0.75×葉長×葉寬[14]。

1.3.2 "玉米生理

抽穗期末期，使用便攜式葉綠素儀（SPAD-502PLUS）測定葉片葉綠素含量（SPAD值）。隨后，取同一新鮮葉片，冰浴下研磨，用磷酸鹽緩沖液（pH 7.8）提取-NBT法測定葉片超氧化物歧化酶（SOD）含量，用5%三氯乙酸提取-硫代巴比妥酸法測定葉片丙二醛（MDA）含量[15]。

1.3.3 "根系形態(tài)

玉米抽穗期末期，沿土壤表面收獲地上部，將根部小心挖出，清洗，吸干表面水分，利用根系掃描儀（Epson Perfection V700 Photo）掃描根系圖像，用WinRhizoPro Vision5.0軟件得到根系長度及表面積。

1.3.4 "生物量

玉米地上部和根部分別裝入紙袋，70 ℃下殺青，105 ℃下烘至恒重。以單株玉米地上部及根系干重表示其干生物量。

1.3.5 "養(yǎng)分含量

玉米地上部和根系烘干后使用植物粉碎機磨細。H2SO4-H2O2消煮后，消解液中N、P、K含量分別采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法、火焰光度法測定[16]。

1.4 "數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0進行處理間差異顯著性分析（Plt;0.05），用Origin 9.0繪圖。圖表中數(shù)據(jù)以平均值±標準誤表示。

2 "結(jié)果與分析

2.1 "地膜MPs對玉米株高、莖寬及葉面積的影響

由圖1（a）可知，相對CK，地膜MPs對苗期玉米株高沒有明顯影響；但到拔節(jié)期和抽穗期，T2處理株高分別顯著減少16.06%和9.67%，T3處理株高顯著減少18.49%和11.07%。由圖1（b）可知，各處理莖寬在苗期和拔節(jié)期均差異不顯著；到抽穗期，T2和T3處理莖寬相對CK顯著減少11.74%和13.17%。由圖1（c）可知，T3處理的葉面積在拔節(jié)期和抽穗期相對CK明顯減少14.96%和11.76%，而其他處理相對CK差異不顯著。因此，土壤中地膜MPs積累水平增加和暴露時間延長導致玉米生長形態(tài)明顯抑制。這與地膜MPs暴露的水稻生長效應(yīng)相似。Qi等[17]發(fā)現(xiàn)1%的可生物降解地膜MPs對分蘗期小麥株高產(chǎn)生一定的抑制，但到2個月收獲期時，小麥莖寬、葉面積等生長指標也顯著減少。

2.2 "地膜MPs對玉米根系形態(tài)的影響

由圖2可知，相較CK，較低的地膜MPs水平（T1）對玉米根系長度和表面積無明顯影響。隨著地膜MPs處理水平增加，T2處理的根系長度差異仍不顯著，但根系表面積顯著減少19.33%。地膜MPs處理增加到T3水平，根系長度和表面積較CK顯著減少13.89%和24.58%，而較T2差異不顯著。因此，較高的地膜MPs水平也會抑制玉米根系長度和根系表面積。

2.3 "地膜MPs對玉米生物量的影響

由圖3可知，與CK相比，T1處理的玉米地上部及根系生物量顯著減少9.55%和21.46%。隨著地膜MPs水平增加，T2和T3處理的玉米生物量減少更顯著，相對CK，地上部生物量分別減少了19.20%和27.14%，根系生物量分別減少了37.34%和38.68%。因此，較高的地膜MPs處理會顯著降低玉米生物量。在同樣地膜MPs水平下，玉米根系受到的生長抑制作用更加明顯。

圖3 "地膜微塑料對玉米生物量的影響

2.4 "地膜MPs對玉米葉片SPAD值、SOD和MDA含量的影響

由圖4可知，地膜MPs水平較低時（T1），玉米葉片SPAD值、SOD和MDA含量較CK差異不顯著。但地膜MPs處理達到T2水平，玉米葉片SPAD值顯著降低了14.43%，而MDA含量卻顯著增加了31.43%。T3處理中，葉片SPAD值、SOD和MDA含量較CK均差異顯著，SPAD值、SOD含量分別降低15.36%和10.99%，而MDA含量增加34.28%。土壤MPs暴露的作物抑制效應(yīng)可能與光合系統(tǒng)受損及生理氧化應(yīng)激有關(guān)。地膜MPs對玉米產(chǎn)生一定氧化脅迫，葉片SOD活性下降，不足以消除細胞中過量活性氧（ROS），從而導致光合受損和生長抑制[7]。

2.5 "地膜微塑料對玉米養(yǎng)分吸收的影響

由圖5可知，與CK相比，T2處理導致地上部和根系全N含量顯著減少6.10%、12.21%，而T3處理導致全N含量減少更顯著，地上部和根系分別達到13.28%、19.03%。與全N含量相似，地膜MPs處理水平達到1%（T2）和2%（T3）時，玉米地上部及根系全P含量平均減少25.26%、35.73%，地上部及根系全K平均減少12.77%、6.10%。因此，地膜MPs處理水平增加，玉米地上部和根系養(yǎng)分含量基本呈顯著減少趨勢，表明較高的地膜MPs水平（1%和2%）抑制玉米吸收土壤養(yǎng)分。首先，MPs可堵塞土壤孔隙，減少水分、養(yǎng)分運移。其次，薄膜狀MPs易附著或包覆在根系表面，減少根系與土水接觸界面。再者，PE地膜具有較強的疏水性，阻礙根系從土壤中吸收水分、養(yǎng)分[18]。

3 "結(jié)論

盆栽試驗中，0.5%地膜MPs對玉米生長無明顯影響，而較高的地膜MPs水平（1%和2%）一定程度上抑制了玉米生長形態(tài)、根系及生物量。較高的地膜MPs水平（1%和2%）導致玉米光合受損、氧化應(yīng)激及養(yǎng)分吸收減少，從而抑制玉米生長。農(nóng)田土壤地膜MPs積累對作物生長的抑制作用可能消減地膜覆蓋栽培的優(yōu)勢。

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