微塑料和秸秆输入对黄棕壤和潮土中温室气体排放及氮淋溶比较研究

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塑料制品被广泛运用于农业地膜领域,我国的棚膜覆盖率已经远远超过世界其余国家。地膜在空气中经风化,磨损和紫外线照射等会形成“微塑料”颗粒进入到土壤环境,破坏土壤结构,对土壤生态系统产生一系列不良影响,因其难以降解,微塑料污染现已引起了科研工作者的关注。秸秆还田作为一种新型培肥方式,现已被广泛运用与农田生产中。微塑料以及秸秆进入土壤后会对土壤碳氮循环产生一定的影响。本研究探究微塑料和秸秆输入对不同土壤产生的环境效应,就应对全球温暖化及预防土壤污染研究具有一定的指导意义。为明确微塑料进入土壤后对不同土壤CO2、N2O排放以及氮淋溶的影响,选用湖北当阳黄棕壤(S1)和河南新乡潮土(S2),分别进行了以下室内培养试验,主要结果如下:(1)黄棕壤的CO2、N2O累积排放量显著高于潮土,黄棕壤在对照(未添加秸秆和微塑料)处理下CO2、N2O累积排放量分别为潮土中的2.60、1.18倍。添加秸秆促进了土壤CO2、N2O排放,在黄棕壤和潮土中仅添加秸秆(1%w/w)较对照CO2累积排放量增加了4.13、3.18倍,N2O累积排放量分别增加了1.76、1.80倍。PLA微塑料输入会显著提高土壤CO2排放,降低N2O排放,高量PLA(聚乳酸)微塑料(7%w/w)单独输入在黄棕壤和潮土中相比对照CO2累积排放量分别增加了71.49%、98.96%,而N2O累积排放量在高量PLA输入下分别降低了30.09%、66.30%,另一方面,高量微塑料和秸秆共同添加处理两种土壤的CO2累积排放量均高于仅添加秸秆处理,但两种土壤的N2O累积排放量却表现出相反趋势。(2)高量微塑料输入会显著增加土壤DOC、SOC含量,黄棕壤中较对照分别增加了80.57%,1.88倍,潮土中分别增加了1.57、1.02倍,但高量微塑料输入会显著降低土壤矿质氮含量。微塑料添加降低了土壤β-葡萄糖甘酶活性,中量微塑料(2%w/w)处理显著降低了土壤β-葡萄糖甘酶活性,但微塑料输入提高了土壤脲酶活性,对过氧化物酶影响不显著。微生物丰度在单独添加微塑料和秸秆处理下均有所增加,但高量微塑料和秸秆输入各功能基因拷贝数均有所下降,其中AOB基因拷贝数在黄棕壤和潮土中分别降低了7.49%、10.27%。(3)不同类型土壤氮淋溶特征不同,秸秆添加后显著增加了TN累积淋失量,但微塑料和秸秆输入会降低TN淋失量,高量微塑料和秸秆输入在黄棕壤中TN累积淋失量相比单独添加秸秆降低了14.16%。微塑料和秸秆添加均会降低淋出液铵态氮含量,硝态氮含量在黄棕壤中微塑料输入后累计淋失量有所降低,在中量微塑料输入下未添加秸秆和添加秸秆下分别降低了17.33%、73.47%,但在潮土中硝态氮含量在微塑料输入后累计淋失量增加,低、中、高量微塑料添加相比对照分别增加了68.35%、87.40%、118.01%。(4)土壤总磷淋失量在黄棕壤中秸秆添加下相比于对照增加了0.54倍,但潮土中秸秆添加降低了TP累积淋失量,下降了44.74%。微塑料输入在未添加秸秆下降低了淋出液总磷淋失量,中量微塑料输入在黄棕壤和潮土中分别降低了33.33%、20.82%,而添加秸秆后微塑料输入增加了总磷淋失量,中量微塑料和秸秆输入在黄棕壤和潮土中较仅添加秸秆分别增加了50.00%,7.13%。
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