《Microplastics》：Biochar as a Soil Amendment for Mulch-Derived Microplastics-Contaminated Soils: Impacts on Raphanus sativus L. Growth Under Greenhouse Conditions
Honorio Pati?o-Galván,
María de la Luz Xochilt Negrete-Rodríguez,
Dioselina álvarez-Bernal,
Marcos Alfonso Lastiri-Hernández,
Guillermo Antonio Silva-Martínez,
Fabiola Estefanía Tristán-Flores,
Aurea Bernardino-Nicanor,
Leopoldo González-Cruz and
Eloy Conde-Barajas
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本研究评估了在受地膜源微塑料（MPs）污染的土壤中添加生物炭（BC）对温室条件下萝卜（Raphanus sativusL.）生长的影响。结果表明，MPs污染会影响多项土壤理化指标，而添加3%（w/w）的松木生物炭（BC3）可显著改善土壤肥力（如总有机碳TOC、有机质OM、总氮TN、铵态氮N–NH4+和硝态氮N–NO3-），并显著提高萝卜块茎的鲜重及全株总鲜重。该研究为利用生物炭修复MPs污染的农田土壤、提升作物生产力提供了科学依据。
材料与方法
本研究采用盆栽实验，在温室条件下进行。实验土壤来自墨西哥塞拉亚市的农业用地，采集0-30 cm耕作层，经风干、过筛后使用。所用微塑料（MPs）源自广泛使用的银黑双色农用地膜，经人工剪切并过筛，制成约1 mm2的碎片，以0.5%（w/w）的浓度掺入土壤，以模拟地膜残留导致的污染。生物炭（BC）为购自美国的商用松木热解生物炭。实验设置四个处理：不添加生物炭的对照组（Control），以及分别添加1%（BC1）、3%（BC3）和5%（BC5）（w/w）生物炭的处理组，每个处理三个重复。播种前，生物炭与土壤预培养7天，随后加入MPs。每个盆栽装入600g处理过的土壤，播种20粒萝卜（“冠军”品种）种子。实验期间，通过称重法维持土壤含水量约30%（w/w）。在萝卜达到商业成熟度时收获。
土壤、生物炭与微塑料表征
对土壤和生物炭进行了系统的理化性质表征。土壤质地采用比重计法测定，pH和电导率（EC）分别采用电位法和电导法测定，持水能力（WHC）通过滤纸法评估。总有机碳（TOC）采用重铬酸钾氧化-比色法测定，有机质（OM）由TOC乘以Van Bemmelen因子（1.724）得出。总氮（TN）采用凯氏定氮法测定。铵态氮（N–NH4+）和硝态氮（N–NO3-）经K2SO4提取后比色测定。交换性阳离子（K+, Ca2+, Mg2+, Na+）和阳离子交换量（CEC）也进行了测定。生物炭的pH、EC、灰分、有机碳、全碳、全氮、磷、钾、硫含量均按标准方法测定。此外，利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析了生物炭的官能团，并利用衰减全反射FTIR（ATR-FTIR）对地膜源MPs进行了分子表征。
结果
对土壤理化性质的影响：除碳氮比（C/N）外，大多数土壤理化指标在各处理间均存在显著差异（p < 0.05）。与对照组相比，添加生物炭的处理，特别是BC3和BC5，显著改变了土壤pH、EC、WHC、TOC、OM、TN、N–NH4+和N–NO3-的含量，表明生物炭的添加有效改善了MPs污染土壤的肥力状况。
对萝卜发芽的影响：各处理间（包括对照组）的发芽率（GR）、发芽活力（GV）和发芽速度（GS）均无显著差异（p ≥ 0.05）。这表明在本实验设置的MPs污染浓度（0.5%）下，微塑料及不同用量的生物炭对萝卜种子的萌发过程未产生明显影响。
对萝卜生长的影响：对于叶片性状，BC1处理的叶片干生物量显著低于其他处理（p < 0.05）。对于关键的块茎（萝卜肉质根）性状，BC3处理的块茎鲜重显著高于其他处理（p < 0.05）。同样，全株（叶片+块茎）总鲜重也在各处理间存在显著差异，其中BC3处理的值最高（p < 0.05）。这表明3%（w/w）的生物炭添加量最有利于促进萝卜在MPs污染土壤中的生长发育。
结论
总体而言，在本研究条件下，向受地膜源微塑料污染的土壤中添加3%（w/w）的松木生物炭（BC3），能够最有效地改善土壤的理化性质，并显著促进萝卜块茎的生长和全株生物量的积累。然而，生物炭对植物生长的促进作用并非与添加量呈线性正相关，1%的添加量（BC1）甚至对叶片生长产生了抑制。这提示在实际应用中，需要优化生物炭的施用量。该研究为利用生物炭这一具有碳封存和土壤改良潜力的材料，来修复和管理因塑料地膜使用而日益严重的农田微塑料污染，提供了重要的实验证据和可行性参考。未来需要针对不同类型的微塑料、生物炭或其他作物开展进一步研究，以更全面地评估生物炭在治理微塑料污染农业土壤中的作用。
