典型缓/控释肥料包膜材料的土壤生态影响研究

包膜型缓/控释肥料的广泛使用导致有机聚合物包膜材料在土壤中的不断积累，已对我国土壤环境形成严重威胁，但是，目前对于进入土壤的有机聚合物包膜材料的残膜环境阈值及其风险等生态环境效应研究较少，十分缺乏包膜材料残留的环境风险定量表证的科学依据。本项目选择聚乙烯和水溶性丙烯酸酯类两种典型的缓/控释肥料包膜材料，以生态环境安全为核心，结合国内自然生态环境条件，选择黑土、潮土和红壤3种代表性土壤为研究对象，以小麦、玉米和水稻3种主要粮食作物为指示植物，采用实验室模拟与田间微区试验，利用红外光谱、χ射线吸收精细结构分析等现代分析方法与常规方法相结合，探索两种代表性包膜材料对土壤有机无机复合体结构及其功能的影响，研究其对土壤生物的生态剂量-效应关系等环境毒理与风险，阐明典型缓/控释肥料包膜材料对几种代表性土壤的生态毒理机制，为高效、环境友好型的缓/控释肥料包膜材料研制与应用提供理论依据。

缓/控释肥料常年大量施用后残留的包膜材料可能带来环境问题，本项目选择树脂和水溶性聚合物2种典型的缓/控释肥料包膜材料，以我国粮食主产区三类土壤为研究对象，通过室内模拟试验和田间原位试验相结合的方法，研究了2种典型缓/控释肥料包膜材料对土壤理化性质、土壤微生物碳氮、土壤动物群落结构和作物幼苗生长及根尖细胞超微结构的影响，探讨了典型缓/控释肥料包膜材料的土壤生态剂量效应和对土壤质量的影响，初步揭示了该2种典型缓/控释肥料包膜材料的土壤生态毒理机制。研究得出如下主要结论：. 不同年限累积的2种包膜材料对黑土、潮土、红壤性水稻土三种土壤的微生物量碳、氮含量的影响各不相同：黑土在0-50年内，累积的包膜材料对土壤MBC、MBN含量无显著影响；在土壤中累积50年的水溶性聚合物包膜材料显著降低潮土MBC、MBN含量（p<0.05），分别降低23.5%、20.3%；而50年累积的2种包膜材料对红壤性水稻土MBN含量影响显著（p<0.05），树脂包膜材料处理和水溶性聚合物包膜材料处理土壤MBN含量分别降低56.6%、61.3%。.不同年限累积的包膜材料处理，土壤动物的个体数和类群数随作物生长时期的推进而增加；土壤中小型动物的组成比较稳定，大型动物属于环境敏感类土壤生物，比较容易受外界环境的影响。在黑土和红壤性水稻土中，0-50年累积的树脂和水溶性聚合物2种包膜材料均能增加土壤动物个体数。水稻土10年累积的包膜材料处理土壤动物个体数达到最大，在水稻成熟期，树脂和水溶性聚合物包膜材料处理的中小型土壤动物个体数分别是对照的4.6倍和4.3倍。.通过454高通量测序的手段分析土壤细菌群落结构的变化，结果表明，受两种包膜材料的影响，细菌群落的多样性稍有降低，其中20年积累的量对细菌群落的多样性影响最大，主要表现在降低了变形菌门和酸杆菌门在群落中所占的比例，而相应也增加了蓝藻细菌门的比例。. 不同年限累积的2种包膜材料对幼苗根系生长影响较大。根系形态分析结果表明，50年累积的树脂包膜材料和水溶性聚合物包膜材料均抑制了玉米幼苗根系生长，树脂和水溶性聚合物包膜材料处理的玉米总根长分别比对照降低了51.8%、47.6%，总根表面积分别降低了49.9%、41.0%；50年累积的树脂和水溶性聚合物包膜材料严重损伤玉米根尖细胞核，导致核变形。