摘要
地膜覆盖是黄土高原旱作农田作物产量稳定与提升的核心技术。但长期采用地膜覆盖，加之残膜回收不彻底，已导致该区农田土壤地膜碎片和微塑料的大量残留，这不仅不利于土壤健康的维持，对该区作物生产能力和粮食安全的长期保障也带来了严重威胁与挑战。然而，目前就微塑料残留如何影响农田土壤理化特性、碳氮动态、以及作物氮素利用规律尚不清楚。本研究于2021、2022年两个玉米生长季，采用微区-大区嵌套方法，微区添加粉末状聚乙烯微塑料（粒径约为150um,浓度为30gm-2），大区不添加微塑料，同时设置三个氮肥施用水平（即N1：240kgha-1、N2：180kgha-1、N3：120kgha-1），系统分析了施氮水平与微塑料添加对土壤理化性质、土壤碳氮动态、玉米氮素利用与产量形成的影响。以期明确微塑料残留的生产、生态效应，为该区覆膜农业的可持续发展评估提供理论基础。主要研究结果如下： （1）与未添加微塑料相比，微塑料在高氮和中氮水平下都增加了两季玉米拔节期0-100cm土壤含水量，其中微塑料在高氮水平下增加前一季4.48%，在中氮水平下增加了后一季10.84%。微塑料对前一季玉米抽雄期土壤含水量有影响，在高氮和中氮水平下分别降低了0-100cm土壤含水量4.31%和5.05%，在低氮水平下增加了0-100cm土壤含水量17.43%。微塑料在中氮水平下对玉米收获期土壤含水量影响较大，前一季增加了各土层含水量，后一季降低了各层含水量。 （2）与未添加微塑料相比，微塑料在中氮水平下降低了两季粒径高于0.5mm团聚体含量29.26%，增加了粒径低于0.25mm团聚体含量14.26%；在高氮和低氮水平下对团聚体粒径的影响在两季试验中存在差异较大，前一季促进了小团聚体形成，后一季有利于大团聚体的形成。微塑料对土壤容重没有显著影响，但是对土壤呼吸速率有一定程度的影响，微塑料在高氮和中氮水平下降低了两季玉米大喇叭口期土壤呼吸，在低氮水平下降低了两季玉米整个生育期土壤呼吸速率。 （3）与未添加微塑料相比，微塑料在高氮水平下增加了两季玉米抽雄期0-100cm土壤硝态氮13.07%和铵态氮5.3%；在中氮水平下增加了两季玉米抽雄期0-100cm土壤硝态氮含量33.42%和铵态氮含量25.19%，增加了两季玉米成熟期0-100cm土壤硝态氮含量19.24%和铵态氮含量49.88%；在低氮水平下显著增加后一季抽雄期0-100cm土壤铵态氮含量100.67%。微塑料对土壤有机质含量没有影响，但是对后一季土壤全氮影响较大，其中微塑料在中氮水平下显著降低全氮含量30.55%。 （4）与未添加微塑料相比，微塑料在三个氮肥水平下促进了玉米拔节期根系生长，增加了株高、茎粗和生物量，但对玉米后期生长没有显著影响。微塑料对玉米各器官全氮含量的影响在两年试验中存在较大差异，在三个氮肥水平下促进了前一季茎秆氮素向叶片和籽粒转运，但是在后一季抑制了茎秆氮素向叶片和籽粒转运。 （5）与未添加微塑料相比，微塑料对前一季玉米产量和水肥影响较大，在高氮和低氮水平下产量分别降低了2.12%和11.81%，水分利用效率分别降低了3.16%和15.13%，氮肥利用效率分别降低了14.31%和32.59%；值得注意的是，微塑料在中氮水平下提高了两季玉米产量和水肥利用效率，特别是显著增加了后一季玉米产量3.07%。 综上，本研究表明：微塑料残留能够通过改善土壤水分固持，进而促进旱地玉米生长，特别在中氮水平下具有较强的增产作用。微塑料残留对土壤团聚体组分和结构、以及速效养分动态的影响变异较大，试验期内并未表现出一致性规律。总体而言，短期内，微塑料残留对土壤理化特性的作用程度不及氮素施用差异带来的影响，但对其长期的效应还需要进行连续的观测和验证。
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