生物炭作为土壤改良剂可缓解黑麦草中由微塑料引起的氮素抑制作用：通过15N示踪技术揭示了阈值效应

微塑料威胁农业可持续性，生物炭通过调节酶活性、氮转化及利用效率实现土壤修复。低浓度（0.5%）生物炭在轻污染土壤中提升氮利用效率10.89%-37.56%，但高浓度微塑料下效果下降；高浓度（2%）生物炭可稳定氮循环，减少氮流失，提升利用效率3.84%-36.77%，适用于重污染场景。研究成果为农业微塑料污染治理提供理论指导。

　　

摘要

微塑料（MPs），定义为直径小于5毫米的颗粒，通过损害土壤健康和降低作物产量，对农业可持续性构成了严重威胁。生物炭（BC）是一种多孔的碳质材料，具有独特的结构和化学性质，已被证明是修复受微塑料污染土壤的有效方法。然而，生物炭与微塑料对关键土壤功能及植物氮利用效率的协同作用尚未完全阐明。本研究利用¹⁵N同位素追踪技术，在土壤-植物系统中研究了生物炭与聚氯乙烯（PVC）微塑料之间的相互作用。测试了不同施用率（0.5%和2% w/w）的生物炭对微塑料污染土壤中酶活性、氮转化及¹⁵N利用效率的影响。在微塑料浓度较低的土壤中，施用0.5%的生物炭可以提高脲酶和蛋白酶活性，促进有机氮的矿化作用，并使¹⁵N利用效率提高10.89%-37.56%；但随着微塑料浓度的增加，其效果会减弱。相比之下，2%的生物炭能够持续增强酶活性，改变氮代谢途径，并在微塑料浓度增加的情况下使¹⁵N利用效率提高3.84%-36.77%，同时减少¹⁵N的损失。0.5%的生物炭适用于轻度污染的土壤，以维持作物产量；而2%的生物炭对于稳定氮循环和减轻重度污染的影响至关重要。这些发现为受微塑料污染影响的农业领域提供了理论框架和实际指导，有助于制定针对性的生物炭修复策略。

图形摘要

微塑料（MPs），定义为直径小于5毫米的颗粒，通过损害土壤健康和降低作物产量，对农业可持续性构成了严重威胁。生物炭（BC）是一种多孔的碳质材料，具有独特的结构和化学性质，已被证明是修复受微塑料污染土壤的有效方法。然而，生物炭与微塑料对关键土壤功能及植物氮利用效率的协同作用尚未完全阐明。本研究利用¹⁵N同位素追踪技术，在土壤-植物系统中研究了生物炭与聚氯乙烯（PVC）微塑料之间的相互作用。测试了不同施用率（0.5%和2% w/w）的生物炭对微塑料污染土壤中酶活性、氮转化及¹⁵N利用效率的影响。在微塑料浓度较低的土壤中，施用0.5%的生物炭可以提高脲酶和蛋白酶活性，促进有机氮的矿化作用，并使¹⁵N利用效率提高10.89%-37.56%；但随着微塑料浓度的增加，其效果会减弱。相比之下，2%的生物炭能够持续增强酶活性，改变氮代谢途径，并在微塑料浓度增加的情况下使¹⁵N利用效率提高3.84%-36.77%，同时减少¹⁵N的损失。0.5%的生物炭适用于轻度污染的土壤，以维持作物产量；而2%的生物炭对于稳定氮循环和减轻重度污染的影响至关重要。这些发现为受微塑料污染影响的农业领域提供了理论框架和实际指导，有助于制定针对性的生物炭修复策略。

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