近日，西北農(nóng)林科技大學農(nóng)學院旱區(qū)高效農(nóng)作制度與農(nóng)田生態(tài)團隊在《Global Change Biology》發(fā)表題為“Do microplastics always harm agroecosystem services? A global synthesis”的研究論文，系統(tǒng)揭示了作物生產(chǎn)力與農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務對微塑料響應規(guī)律。農(nóng)學院23級博士研究生任云飛為論文第一作者，莫非教授為通訊作者。

覆膜栽培是被廣泛采用的農(nóng)藝措施，特別在旱作區(qū)，該技術已成為保障糧食增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的核心技術。然而，長期的覆膜栽培加之其他塑料農(nóng)資投入正導致大量微塑料在農(nóng)田中的快速累積，土壤系統(tǒng)已超海洋成為微塑料儲量的主要場所。在生產(chǎn)實際中，進入農(nóng)田系統(tǒng)的微塑料在物理、化學等屬性上差異明顯（如：類型、性狀、大小、數(shù)量和老化程度等），當前對這些差異如何進一步影響作物生產(chǎn)力與農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務尚不清楚。

該研究利用全球農(nóng)田微塑料數(shù)據(jù)融合手段，闡明了不同類型、形狀、尺寸、濃度及老化時間等微塑料特性對作物生產(chǎn)力（產(chǎn)量、生物量等）與關鍵生態(tài)系統(tǒng)服務功能的差異作用。主要結論包括：微塑料顯著降低了作物地上部生產(chǎn)力、植物生理機能（如抗氧化能力）、土壤持水能力及養(yǎng)分含量。然而，進一步分析微塑料屬性發(fā)現(xiàn)上述服務功能在程度，甚至方向上出現(xiàn)了明顯改變。具體表現(xiàn)為顯著的尺寸和劑量效應：微塑料粒徑越大、濃度越高，對作物地上生產(chǎn)力、抗氧化系統(tǒng)和根系活力的危害越強。可能是由于大粒徑在根際形成物理屏障，阻礙水養(yǎng)吸收；高濃度則易積累于植物組織，堵塞維管束和氣孔，并釋放更多碳源與添加劑。老化時間方面，長期殘留持續(xù)損害作物光合作用與土壤養(yǎng)分保持，而地下生產(chǎn)力、抗氧化系統(tǒng)和根系活力等其他指標則隨時間逐步恢復。形狀上，纖維狀微塑料比薄膜狀和顆粒狀對地上、地下生產(chǎn)力及土壤固碳能力有顯著正效應，可能因其線性結構促進團聚體形成與孔隙連通。該研究還發(fā)現(xiàn)，可生物降解微塑料對作物生產(chǎn)力、根系活力、光合作用及養(yǎng)分保持的負面影響甚至超過聚乙烯、聚酯等傳統(tǒng)塑料，或因其短期內(nèi)快速降解釋放大量微碎片及外源碳，擾動土壤理化與微生物功能。綜上，本研究揭示了作物生產(chǎn)力與農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務對微塑料特性依賴的復雜響應模式，為精準評估與科學管理微塑料污染提供了依據(jù)。

基于上述結論，該研究進一步梳理了當前農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中微塑料研究的局限性。首先，實驗室到田間的理論可拓展性。模擬試驗難以反映田間環(huán)境的復雜性，更無法揭示氣候和地域差異對微塑料效應的調(diào)節(jié)作用，亟需開展多點長時序田間試驗以評估其真實的生產(chǎn)與生態(tài)風險。其次，濃度設定的生產(chǎn)生態(tài)現(xiàn)實性。當前關注的微塑料濃度遠高于環(huán)境水平，易高估生態(tài)危害，后續(xù)研究應以環(huán)境中常見濃度為基準，開展更具現(xiàn)實意義的風險評估。第三，作物產(chǎn)量品質(zhì)的關聯(lián)性。對微塑料引起的作物生理、生化特征變化的結論較多，但其如何參與作物產(chǎn)量形成與品質(zhì)調(diào)控的直接證據(jù)尚不足。最后，多要素耦合評估框架的緊迫性。需要構建集成氣候、土壤、生物等多要素耦合的綜合評估框架，為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)微塑料的生產(chǎn)和生態(tài)風險的準確評估與高效消減提供科學依據(jù)。

該研究得到國家重點研發(fā)計劃（2023YFD2302300, 2025YFE0104600）、國家自然科學基金（32272233）、陜西省重點研發(fā)計劃（2024NC2-GJHX-22）等項目的資助。

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.70269