【摘 要】
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包膜肥料是一种新型控释肥,通过在化学肥料的表面覆盖一层膜壳的方式制成。合成有机聚合物因其对环境因素不敏感,制成的肥料释放时期较长,成为了目前应用最广泛的膜壳材料。在包膜肥料施入土壤、内部养分释放完全后,残留膜壳可以被视为微塑料,经风化作用成为粒径更小的成分,可能会影响重金属污染物的分配、土壤结构和土壤微生物。因此,需要探明膜壳微塑料与重金属污染物的界面化学行为,以及长期施用包膜肥料后膜壳微塑料对土
【基金项目】
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国家重点研发计划“新型缓/控释肥料与稳定肥料研制”项目子课题“改性包膜肥料产品的养分释放与作物需肥规律的匹配研究”（项目编号:2017YFD0200704）； 国家自然基金青年科学基金项目“一氧化氮清除剂Carboxy-PTIO调控土壤硝化过程的微生物机制”（项目编号:41703080）；
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包膜肥料是一种新型控释肥,通过在化学肥料的表面覆盖一层膜壳的方式制成。合成有机聚合物因其对环境因素不敏感,制成的肥料释放时期较长,成为了目前应用最广泛的膜壳材料。在包膜肥料施入土壤、内部养分释放完全后,残留膜壳可以被视为微塑料,经风化作用成为粒径更小的成分,可能会影响重金属污染物的分配、土壤结构和土壤微生物。因此,需要探明膜壳微塑料与重金属污染物的界面化学行为,以及长期施用包膜肥料后膜壳微塑料对土壤结构和细菌群落的影响。本研究以聚丙烯酸酯（Polyacrylate,PAT）、石油基聚氨酯（Petroleum based polyurethane,PPU）和生物基聚氨酯（Bio-based polyurethane,BPU）为吸附剂,进行对Cd2+、Cu2+和Pb2+的吸附试验,探讨膜壳粒径、环境p H和温度对吸附的影响。并从长期包膜氮肥定位试验土壤中分离残留膜壳,分析膜壳变化,评估包膜氮肥施用对土壤结构和细菌群落的长期影响。主要的研究结果如下:（1）150μm粒径膜壳微塑料对Cd2+、Cu2+和Pb2+的吸附量显著高于1～2mm粒径膜壳微塑料。常温下（25℃）150μm粒径PAT对Cd2+、Cu2+和Pb2+的最大吸附量分别为12.31、29.85和34.68mg/g,BPU对Cd2+、Cu2+和Pb2+的最大吸附量分别为8.06、23.62和31.49mg/g,PPU对Cd2+、Cu2+和Pb2+的最大吸附量分别为6.34、19.11和35.65mg/g。温度和p H显著影响微塑料的吸附过程。（2）原始膜壳微塑料和紫外老化膜壳微塑料对Cd2+、Cu2+和Pb2+的吸附动力学曲线对准二级动力学模型拟合结果较好,六种膜壳微塑料对重金属的吸附为物理吸附和化学吸附共存、化学吸附占据主导的复杂吸附过程。（3）Langmuir-Freundlich模型和Langmuir模型均能够较好地拟合吸附过程,说明吸附过程是非线性的单分子层化学吸附。由吸附热力学模型,得出膜壳微塑料对Cd2+、Cu2+和Pb2+的吸附为自发性吸热反应,温度上升有利于吸附的进行。（4）基于包膜肥料长期施用定位试验,只施用磷钾肥（Control）处理的沙粒有机矿物复合体含量最高,其次是不施肥（Nonfertilizer）处理,中等施氮量包膜肥料（CRF2）处理最低。粉粒有机矿物复合体在所有处理中所占比例最大（46.2%～66.6%）,中等施氮量尿素（Urea2）处理含量最低,与中等施氮量掺混肥料（Mix2）和CRF2处理差异不显著,高施氮量尿素（Urea3）处理粉粒有机矿物复合体含量显著低于高施氮量尿素掺混肥料（Mix3）处理。基于回归分析和方差分解分析,施氮量解释了22%的土壤结构变化和8%的土壤有机矿物复合体有机质含量变化,微塑料几乎无法解释土壤结构或土壤有机矿物复合体有机质含量的变化。（5）通过对所有土壤样品进行细菌16S r RNA扩增子分析,发现施氮量显著影响了土壤中细菌群落的分布和丰度,样本间的聚类主要基于施氮量而不是氮释放模式或微塑料。通过线性判别分析进一步发现,膜壳微塑料可以特异吸引拟杆菌门（Bacteroidetes）、链霉菌属（Streptomyces）、芽孢杆菌（Bacillus）、硫杆菌（Thiobacillus）、嗜氢菌科（Hydrogenophilaceae）和不动杆菌（Acinetobacter）等与有机聚合物降解或硫利用的细菌。
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