近日，西北農林科技大學農學院旱區(qū)高效農作制度與農田生態(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)揭示了作物生產力與農田生態(tài)系統(tǒng)服務對微塑料響應規(guī)律。農學院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藝措施，特別在旱作區(qū)，該技術已成為保障糧食增產穩(wěn)產的核心技術。然而，長期的覆膜栽培加之其他塑料農資投入正導致大量微塑料在農田中的快速累積，土壤系統(tǒng)已超海洋成為微塑料儲量的主要場所。在生產實際中，進入農田系統(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力與農田生態(tài)系統(tǒng)服務尚不清楚。

該研究利用全球農田微塑料數據融合手段，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力（產量、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力與農田生態(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。

基于上述結論，該研究進一步梳理了當前農田生態(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與生態(tài)風險。其次，濃度設定的生產生態(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，作物產量品質的關聯(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量形成與品質調控的直接證據尚不足。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，為農田生態(tài)系統(tǒng)微塑料的生產和生態(tài)風險的準確評估與高效消減提供科學依據。

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