李 娟，王亞靜，陳月波，顧典潤(rùn)，林 茹，楊相東

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物營(yíng)養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

緩/控釋肥料能精準(zhǔn)的控制養(yǎng)分釋放，具有優(yōu)化肥料養(yǎng)分供應(yīng)、減少養(yǎng)分損失、降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及實(shí)現(xiàn)一次性施肥等諸多優(yōu)點(diǎn)[1–2]，能夠達(dá)到經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及社會(huì)效益于一體。包膜控釋肥料是目前緩/控釋肥料產(chǎn)品的核心，根據(jù)其包膜材料的不同可分無(wú)機(jī)包膜和有機(jī)包膜控釋肥料[3]。其中以合成高分子材料(熱塑性聚烯烴類(lèi)和熱固性樹(shù)脂)為主的有機(jī)聚合物包膜材料由于其突出的機(jī)械性能與控釋性能，是肥料行業(yè)研究和發(fā)展的主要方向之一[4]。Meta分析綜合了所有作物體系的情況，表明施用聚合物包膜控釋氮肥平均使作物產(chǎn)量增加2.8%，氮肥利用率增加8.7%，活性氮排放減少可達(dá)64%[5]。近期本課題組在中國(guó)西南稻田的研究表明，與常規(guī)施尿素相比，施用聚合物包膜控釋氮肥可分別使環(huán)境可持續(xù)性提高2.82%～4.61%，氮素利用效率提高30.65%～43.96%，經(jīng)濟(jì)效益提高5.21%～11.44%[6]，因此，聚合物包膜控釋肥料的創(chuàng)制、開(kāi)發(fā)及施用是化肥提質(zhì)增效的重要研究方向。

近年來(lái)隨著化肥減量增效行動(dòng)的實(shí)施，2019年我國(guó)農(nóng)用化肥施用量較2015年相比降低了10.28%(中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng))，而控釋肥料用量卻以每年10%～15%的速度增加，據(jù)保守估計(jì)，到2025年，中國(guó)緩/控釋肥產(chǎn)量將達(dá)到 755×104～1126×104t [《中國(guó)緩控釋肥產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》(2006—2015)]，按照平均5%的包膜率，控釋肥料膜殼可達(dá)到38.0×104～56.3×104t[7]。每一粒控釋肥料養(yǎng)分釋放完后都會(huì)留下一個(gè)塑料膜殼(microcapsule)，塑料膜殼長(zhǎng)期累積可能對(duì)土壤生態(tài)功能和環(huán)境安全造成潛在危害?？蒯尫柿蠚埩裟ぶ睆酵ǔ?～5 mm[8]，屬于微塑料的范疇，不能像塑料薄膜那樣進(jìn)行人工回收，最終將長(zhǎng)期殘存于土壤中。國(guó)外研究表明，控釋肥料膜殼每年在土壤中的殘留量為50 kg/hm2，占整個(gè)歐盟每年養(yǎng)分(NPK)總投入量的1/2[9]，連續(xù)施用聚合物包膜控釋肥10年后，膜殼殘留量可達(dá)到500 kg/hm2，是長(zhǎng)期覆膜(超過(guò)10年)耕地土壤中地膜殘留量(50～260 kg/hm2)的2～10倍[10]，在土壤質(zhì)量被高度重視的今天，膜殼殘留成為控釋肥料農(nóng)田長(zhǎng)期施用的一個(gè)潛在安全問(wèn)題。

陸地是微塑料的“源”，同時(shí)也是重要的“匯”，每年釋放到土壤的微塑料是海洋的4～23倍，到2050年，農(nóng)業(yè)土壤可能比海洋儲(chǔ)存更多的微塑料[11]，微塑料作為一種新型污染物已經(jīng)成為全球性問(wèn)題[12]。雖然土壤微塑料的研究越來(lái)越被關(guān)注，但是相對(duì)于水環(huán)境，研究明顯滯后與缺乏，目前土壤系統(tǒng)微塑料監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)普遍不足，土壤微塑料的標(biāo)準(zhǔn)化提取、分離及鑒定分析方法仍然缺乏[13–14]，微塑料在土壤系統(tǒng)中參與的物理、化學(xué)或生物過(guò)程的轉(zhuǎn)化機(jī)制研究較少，土壤微塑料污染防控技術(shù)體系和宏觀決策體系研究仍為空白[14–17]?？蒯尫柿蠚埩裟ぴ谕寥乐袝?huì)發(fā)生各種轉(zhuǎn)化，如降解、吸附等，其在土壤中的賦存、降解程度等基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)的報(bào)道則少之又少。微塑料可影響土壤功能、結(jié)構(gòu)及生物學(xué)特性，如持水能力 (water holding capacity, WHC)、土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化及微生物群落組成[18]，對(duì)污染物有較強(qiáng)的荷載作用并可被動(dòng)植物攝取，同時(shí)，亞微米級(jí)甚至微米級(jí)的微塑料均可被小麥和生菜吸收，嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康[14,19]?？蒯尫柿夏な寝r(nóng)業(yè)土地上微塑料的另一個(gè)重要來(lái)源[20]，但其降解產(chǎn)物對(duì)土壤結(jié)構(gòu)、功能和質(zhì)量影響程度如何?它們是如何參與土壤物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化過(guò)程的?哪些降解產(chǎn)物對(duì)土壤及作物具有潛在的危害?這些問(wèn)題均需要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)給予科學(xué)評(píng)價(jià)。因此，本文將圍繞聚合物包膜控釋肥料殘留膜殼在農(nóng)田中的累積現(xiàn)狀、降解性能研究進(jìn)展及其對(duì)土壤質(zhì)量安全的影響和研究前景進(jìn)行綜述，為聚合物包膜控釋肥料的應(yīng)用、開(kāi)發(fā)及標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考。

1 聚合物控釋肥料膜殼的農(nóng)田累積現(xiàn)狀

歐洲農(nóng)田的微塑料輸入量每年為6.3×104～43×104t，北美每年為 4.4×104～30×104t，澳大利亞每年為 2800～1.9×104t[11,21]，這致使農(nóng)業(yè)土壤中存在著高濃度的微塑料。中國(guó)農(nóng)用地微塑料含量為4.3×104～6.2×105個(gè)/kg土，即使雨水充足的南方，云南滇池周邊的農(nóng)田土壤中粒徑在0.05～1 mm 范圍的微塑料豐度平均也可達(dá)1.9×104個(gè)/kg土[22]。相比之下，在德國(guó)，從未使用過(guò)農(nóng)業(yè)塑料的農(nóng)田微塑料顆粒值為0.34個(gè)/kg土[23]。農(nóng)業(yè)土壤上的微塑料主要來(lái)源于農(nóng)膜覆蓋、污水污泥、堆肥、有機(jī)肥和控釋肥等，其濃度因土地利用方式不同而存在差異。此外，初級(jí)和次級(jí)微塑料可通過(guò)大氣沉降、降雨和地下水徑流等進(jìn)入農(nóng)田[14]。

日本的控釋肥料70%應(yīng)用于稻田種植，近期在日本沿海農(nóng)田的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，施用的控釋肥包膜材料95%為聚乙烯，其他為聚氨酯[20]?？蒯尫柿蠚埩裟ぴ谑┓?0年的19個(gè)日本稻田中(0—15 cm)積累濃度為 6～369 mg/kg 土 (平均為 144 mg/kg 土)，且豐度隨著土壤深度的增加而降低；研究發(fā)現(xiàn)膜殼累積量與施用量基本相同，因此隨著時(shí)間的延長(zhǎng)膜殼會(huì)繼續(xù)積累[20]。另外，該農(nóng)區(qū)海洋微塑料的68%來(lái)源于控釋肥料膜殼，在灌溉季節(jié)海灘中膜殼濃度占總微塑料的比例高達(dá)90%以上，可通過(guò)農(nóng)業(yè)用水遷移到海洋[24]。有研究表明，雖然2020年該沿海農(nóng)區(qū)只有0.067%～0.076%的累積膜殼被沖刷掉，但卻是該農(nóng)區(qū)海灘微塑料污染的主要來(lái)源[8]。1976—2018年，日本進(jìn)口和生產(chǎn)的控釋包膜肥料累積量為239.5868萬(wàn)t (日本農(nóng)林統(tǒng)計(jì)協(xié)會(huì)，2019)，且使用量每年有增加的趨勢(shì)。假設(shè)膜材料的重量是肥料的10%，則日本農(nóng)用膜材料的用量為23.95868萬(wàn)t[8]。因此，評(píng)估高濃度膜殼對(duì)土壤質(zhì)量及生態(tài)環(huán)境的影響迫在眉睫[20]。鑒于不同農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤環(huán)境的高度復(fù)雜性和異質(zhì)性，了解聚合物包膜控釋肥料膜殼在土壤中的存在狀況，是科學(xué)評(píng)估這些新興污染物對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量安全潛在影響的先決條件。

2 聚合物控釋肥料膜殼降解性能研究

控釋性能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T23348—2009)的控釋尿素產(chǎn)品幾乎都是采用有機(jī)高分子聚合物包覆制備而成的。聚烯烴(polyolefins)[25][主要為聚乙烯(polyethylene，PE)、聚丙烯 (polypropylene，PP)等]、聚氨酯 (polyurethane，PU)[26–27]、聚苯丙 (polyphenylene，PPL)[28]等聚合物，是常用包膜材料。自然條件下，這些聚合物首先在光、熱、水、氧、機(jī)械力等外界因素作用下發(fā)生非生物氧化降解，化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，如鏈斷裂、歧化、含氧官能基團(tuán)的增加等[21,29]；其次，當(dāng)分子量下降到一定程度后，可被生物及微生物降解，進(jìn)入生物氧化降解階段[30]，聚合物在土壤中的生物降解機(jī)制是微生物及其產(chǎn)生的酶將這些聚合物鏈解聚成具有改性性質(zhì)的中間體，從而增加其細(xì)胞同化的可及性[31–32]，最終形成 CO2、水和能量物質(zhì)(厭氧條件下，形成CH4、水和能量物質(zhì))[30]。但是這些過(guò)程非常緩慢(特別是在土壤中)，如聚乙烯的年降解速率為0.5%[33]，聚丙烯的年降解速率為0.43%[34]，如果按照這個(gè)降解速率計(jì)算，聚烯烴大概需要200～250年才能夠完全降解。相比聚乙烯材料，聚氨酯材料降解要容易一些，但是不同聚氨酯材料(如石油基、植物油基和生物基)降解的難易程度也存在較大差異[27,35]。為了促進(jìn)聚合物的降解，研究者通過(guò)添加鈦白粉[36]、納米TiO2[37]作為光敏劑，添加淀粉[38–40]作為生物降解增敏劑，開(kāi)發(fā)了大量的可降解聚合物材料。例如，將納米TiO2添加到聚苯乙烯(polystyrene,PS)中可使其在150 h紫外線照射下失重22.5%，較不添加處理增加了10.5%[41]。這些技術(shù)雖然可以大大促進(jìn)這些包膜材料的降解，但是為了保證控釋性能和質(zhì)量，其年降解速率大多數(shù)依然處于10%以下。而目前研發(fā)的以聚乳酸(polylactic acid，PLA)為原料的可降解材料，其降解條件是50℃以上的高溫和一定的濕度，自然條件下基本無(wú)法同時(shí)滿足。以纖維素等材料為膜材制備的可完全降解的包膜肥料，在纖維素酶作用下12 h后可實(shí)現(xiàn)完全降解[42]，但土壤中的纖維素酶水平遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件，纖維素的降解速度較緩慢。這說(shuō)明，環(huán)境友好型替代材料研發(fā)和生產(chǎn)難度大，短期難以大規(guī)模普及[43]。

針對(duì)聚乙烯包膜材料，已有研究發(fā)現(xiàn)在土壤培養(yǎng)3個(gè)月的條件下，聚乙烯控釋膜層的降解速率為0.15%，約167年完全降解。如果在聚乙烯包膜劑中添加15%降解添加劑(淀粉和其他添加劑)，則膜材的年降解速率可達(dá)12.36%，僅需6年就完全降解[44]。進(jìn)一步的研究也證實(shí)，在紫外光和自然光照射情況下，聚乙烯膜殼的平均分子量成倍下降、熔點(diǎn)略有降低、羰基含量增加，且添加15%降解添加劑(淀粉和其他添加劑)的包膜劑變化更加明顯[45]。利用納米TiO2與低密度聚乙烯(LDPE)復(fù)合形成的包膜液來(lái)制備具有光催化活性的納米包膜控釋肥，在有效延長(zhǎng)釋放期的同時(shí)，可提高包膜材料在紫外光條件下的降解率[37]。與光降解相比，生物降解高度依賴(lài)于土壤環(huán)境及微生物種類(lèi)[31,46–48]。以液化麥秸和異氰酸酯為原料合成的聚氨酯控釋肥料，在土壤中埋藏12個(gè)月后，發(fā)現(xiàn)由于聚氨酯肥料中存在異氰酸酯單體，PU聚合物發(fā)生崩解，且埋藏的PU表面有生物膜堆積，為生物降解機(jī)理提供了證據(jù)[49]。由此可見(jiàn)，聚合物包膜材料的降解是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，通過(guò)技術(shù)手段可以調(diào)控聚合物包膜控釋肥料膜殼的降解性能。實(shí)際應(yīng)用中，工程技術(shù)和研究人員更關(guān)注聚合物控釋肥料性能不變情況下的使用壽命，在養(yǎng)分釋放過(guò)程中，應(yīng)盡量減少聚合物的光熱降解、生物降解、化學(xué)降解和機(jī)械破壞；而從物質(zhì)循環(huán)與環(huán)境污染的角度則希望其一旦失去使用價(jià)值就立刻分解。因此，在評(píng)價(jià)肥料控釋膜材降解性能時(shí)，必須將具體膜材的化學(xué)組分、結(jié)構(gòu)及其功能同所使用的土壤環(huán)境結(jié)合起來(lái)分析，才能夠得到科學(xué)的結(jié)論?？蒯尫柿线M(jìn)入土壤后，殘留膜殼自身特性和外界環(huán)境因素的相互作用控制了膜殼在土壤中的遷移和滯留，在不同土層深度的降解機(jī)制也不同。掌握控釋肥料膜殼在土壤中的降解性能及其影響機(jī)制是闡明其在土壤中遷移轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)。

3 聚合物控釋肥料膜殼降解產(chǎn)物對(duì)土壤質(zhì)量及作物生長(zhǎng)的影響

掌握微塑料對(duì)農(nóng)田土壤質(zhì)量安全的影響及作用機(jī)制，對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)價(jià)其在農(nóng)田中的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要。微塑料進(jìn)入土壤后，積累到一定程度會(huì)影響土壤理化性質(zhì)、功能及生物多樣性[18,21,50–51]，明顯地改變了土壤微環(huán)境，其影響程度與微塑料的類(lèi)型、大小、形狀、自身理化性質(zhì)及豐度息息相關(guān)[52–53]，如土壤中微/納米塑料濃度高達(dá)1 g/kg就會(huì)對(duì)蚯蚓的生長(zhǎng)和存活造成不利影響[54]。微塑料顆粒通常與有機(jī)碳和微生物分泌物結(jié)聚嵌入土壤微結(jié)構(gòu)，從而破壞土壤團(tuán)聚性[55]，且濃度越高影響越大[53]，主要是因?yàn)槲⑺芰显趫F(tuán)聚體中引入裂縫點(diǎn)，暴露在外的有機(jī)碳被微生物逐漸分解。而有報(bào)道稱(chēng)聚酯微纖維可增加粘質(zhì)土水穩(wěn)性大團(tuán)聚體和土壤孔隙度[56]。有研究表明，添加微塑料可提升土壤肥力[17]，其主要原因是增加了土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量、水分含量和養(yǎng)分有效性，刺激酶活性，激活了有機(jī)碳、氮和磷庫(kù)，增加了溶解有機(jī)碳 (dissolved organic carbon, DOC)水平和穩(wěn)定有機(jī)碳庫(kù)[57]；而農(nóng)田土壤有機(jī)碳和氮儲(chǔ)量被地膜殘留耗盡，導(dǎo)致土壤肥力降低，溫室氣體排放增加[58]。PU添加促進(jìn)了沉積物的硝化和反硝化作用，而聚氯乙烯 (polyvinyl chloride, PVC) 添加則抑制這兩個(gè)過(guò)程，原因主要是改變了微生物群落組成[59]。微塑料的存在導(dǎo)致了土壤物理、化學(xué)及生物學(xué)性質(zhì)的變化，這些變化可間接影響植物生長(zhǎng)[50]，可能產(chǎn)生促進(jìn)作用[52–53]，也可能產(chǎn)生抑制作用[60]，其作用機(jī)制隨微塑料特性、土壤質(zhì)地及外界環(huán)境的不同而不同。與此同時(shí)，土壤質(zhì)地、理化性質(zhì)、生物特性等以及農(nóng)藝方式也反過(guò)來(lái)影響著聚合物的降解過(guò)程。受土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響，聚合物在粘質(zhì)土壤中的降解程度高于砂土[61]。PS在不同類(lèi)型土壤(沙土、黑土、紅壤)中的滯留量與土壤的鐵鋁化合物含量、有機(jī)碳成正比，與土壤pH成反比，這主要取決于土壤介質(zhì)與微塑料顆粒之間的吸附、靜電和疏水作用[62–63]。施氮和施磷可以加速LDPE的降解，主要是增加了降解LDPE的幾種主要微生物屬的生物多樣性和豐度[32]。以上表明，微塑料在土壤中降解的同時(shí)參與了土壤結(jié)構(gòu)改變以及養(yǎng)分轉(zhuǎn)化過(guò)程，微生物在其中起了關(guān)鍵性作用?？蒯尫柿蠚埩裟?duì)土壤物理、化學(xué)、生物特性及植物生長(zhǎng)的影響之前也有研究報(bào)道，但是與目前作為熱點(diǎn)的土壤微塑料相對(duì)系統(tǒng)的研究相比則處于起步階段。

3.1 聚合物控釋肥料殘留膜殼對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

控釋肥料進(jìn)入土壤后，殘留膜殼對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響隨自身特性及其所在土壤類(lèi)型的不同而不同。在模擬連續(xù)施用10、20、40年樹(shù)脂包膜肥料(即相當(dāng)于膜殼殘留量在90、180、360 g/m2)的情況下，發(fā)現(xiàn)隨著殘膜量的增加，粉壤土和砂壤土的容重、比重、孔隙度、田間持水量、pH以及電導(dǎo)率(electrical conductivity, EC)均無(wú)顯著變化[64]；在模擬連續(xù)施用50、100、200年，相當(dāng)于殘膜量在 540、1080、2160 g/m2(根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)換算)的情況下，發(fā)現(xiàn)施用100年后將影響到土壤基本理化性質(zhì)，降低了砂壤土容重和pH，增加了土壤孔隙度和磷含量，一定程度上改善了砂壤土理化性質(zhì)[45]；而更高施用量則造成土壤田間持水量明顯降低，透水加快，土壤保水性降低[44]。模擬20年累積的樹(shù)脂包膜材料和20年、50年累積的水溶性聚合物包膜材料顯著降低潮土有機(jī)質(zhì)含量，提升了紅壤性水稻土pH。50年累積施用樹(shù)脂包膜材料及水溶性聚合物包膜材料對(duì)黑土的土壤微生物量碳 (microbial biomass carbon, MBC)、微生物量氮 (microbial biomass nitrogen, MBN)無(wú)顯著影響，而對(duì)紅壤性水稻土MBN含量影響顯著；50年累積施用水溶性聚合物包膜材料顯著降低了潮土MBC、MBN含量[65]。近期研究表明，聚氨酯膜殼在土壤中的添加濃度為0.01%、0.1%和1%重量比培養(yǎng)42天的情況下，天津潮土的理化性質(zhì)(WHC、pH、EC、DOC)發(fā)生了顯著變化，而這在很大程度上取決于玉米品種的不同，但其未對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和鄰苯二甲酯 (pthalic acid esters，PAEs)產(chǎn)生影響[66]。

3.2 聚合物控釋肥料殘留膜殼對(duì)土壤生物的影響

在黑土和紅壤性水稻土中，模擬50年累積施用樹(shù)脂和水溶性聚合物包膜材料均能增加土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)[65]，且未明顯改變黑土中的細(xì)菌群落組成與多樣性[67]，說(shuō)明一定程度下殘留膜殼對(duì)土壤動(dòng)物和微生物群落未產(chǎn)生不良影響。在天津潮土中，添加1%聚氨酯膜殼促進(jìn)了土壤酶活性、根際代謝及增加了特定微生物群落多樣性(纖維桿菌門(mén)和疣狀菌門(mén))[66]。褐土中，短期內(nèi)(120天)添加高濃度聚氨酯控釋肥料殘膜(1400 kg/hm2)提高了細(xì)菌群落多樣性，影響了土壤細(xì)菌和真菌群落組成[68]。

3.3 聚合物控釋肥料殘留膜殼對(duì)作物生長(zhǎng)的影響

研究表明，一定范圍內(nèi)的樹(shù)脂包膜肥料殘膜量對(duì)油菜的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，其生物量、葉片數(shù)和葉綠素含量等指標(biāo)都隨殘膜量增加而增加[45]。隋常玲[69]也認(rèn)為，土壤中控釋肥料硫膜含量在0.1%～0.2%范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)作物沒(méi)有負(fù)面影響，甚至隨著累積量的增加還有增產(chǎn)的傾向。耿毓清[44]對(duì)控釋肥殘膜油菜生長(zhǎng)效應(yīng)的研究，也得出同樣的結(jié)論。聚氨酯殘膜對(duì)玉米生長(zhǎng)無(wú)明顯的抑制作用，甚至對(duì)于特定的玉米品種(ZNT 182)有促進(jìn)生長(zhǎng)的作用，且隨著殘膜濃度的升高促生作用表現(xiàn)明顯[66]。模擬20年累積的樹(shù)脂包膜材料和水溶性聚合物包膜材料均對(duì)水稻根系生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用，而累積50年情況下均抑制了玉米幼苗根系生長(zhǎng)，降低了玉米總根長(zhǎng)和總根表面積[65]。

上述研究表明，短期累積時(shí)間及低濃度下，聚乙烯、聚氨酯等控釋肥料膜殼累積不會(huì)明顯影響到土壤基本理化性質(zhì)及細(xì)菌多樣性[65–67]，甚至隨著積累量的增加，可以增加作物產(chǎn)量[66]。而在長(zhǎng)期累積到一定濃度，因膜殼形狀、聚合物結(jié)構(gòu)、降解、添加劑和濃度等條件和作物對(duì)象不同，這種影響作用存在很大的差異，因此仍要對(duì)其潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，膜殼累積量影響土壤質(zhì)量的安全閾值值得探索。膜殼材料密度通常小于1 g/cm3，疏水，呈球形，以固體形態(tài)進(jìn)入土壤后，與土壤組分之間的相互作用是涉及一系列相互關(guān)聯(lián)的物理–生物–化學(xué)變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程，但是目前控釋肥料膜殼對(duì)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化過(guò)程是促進(jìn)還是抑制尚不明確。且由于次級(jí)微塑料的鑒定鑒別方法有待建立，目前對(duì)膜殼的研究均聚焦在初級(jí)微塑料，尚未對(duì)膜殼降解產(chǎn)物進(jìn)行評(píng)估，因此后續(xù)對(duì)控釋肥料膜殼破碎及降解產(chǎn)生的次級(jí)微塑料研究有待加強(qiáng)[8]。通過(guò)膜殼降解特性及其與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化過(guò)程之間的相互關(guān)系研究，可以掌握膜殼對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響狀況；顆粒狀的膜殼很容易遷移到更深的土壤，研究不同土壤深度下膜殼賦存狀態(tài)、殘留量與效應(yīng)之間的關(guān)系，探明其參與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的作用機(jī)理是評(píng)估膜殼環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。通過(guò)了解膜殼賦存量、降解率及其與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化之間的相互關(guān)系，系統(tǒng)反映聚合物包膜肥料殘膜對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響程度，則是全面評(píng)價(jià)膜殼風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)。

4 研究展望

控釋肥料施用比例逐年提高，其最終目的是最大限度地提高生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)收益，而控釋肥料膜殼殘留對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的影響往往被忽視，因控釋肥料膜殼殘留是否對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響、膜殼殘留引起的土壤性能變化是否對(duì)作物的生產(chǎn)力、環(huán)境安全和土壤健康造成直接或潛在影響，這些問(wèn)題迫切需要研究數(shù)據(jù)給予回答。

1)中國(guó)施用控釋肥料大概在30年左右，一開(kāi)始是應(yīng)用于花卉、草坪的綠化和維護(hù)，后續(xù)應(yīng)用到大田糧食生產(chǎn)中。日本的使用年限在45年左右，主要用于水稻種植[20]。因此，廣泛開(kāi)展不同種類(lèi)控釋肥料膜殼在農(nóng)田土壤中長(zhǎng)期賦存、分布和累積的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)評(píng)估，量化各種自然過(guò)程和人類(lèi)行為對(duì)土壤中控釋肥料膜殼累積及污染的貢獻(xiàn)，以及不同農(nóng)田環(huán)境下的控釋肥料膜殼及其次級(jí)降解物的化學(xué)表征等研究工作亟需深入開(kāi)展。

2)控釋肥料膜殼及其次級(jí)降解物分離提取、鑒定和定量表征方法的研究和建立目前處于初級(jí)階段，土壤的異質(zhì)性和復(fù)雜性使得檢測(cè)極具挑戰(zhàn)?？山梃b目前土壤微塑料的提取、鑒定和表征方法[70–74]，建立健全控釋肥料膜殼分離、提取和表征的標(biāo)準(zhǔn)化方法。需要繼續(xù)開(kāi)發(fā)更有效和可靠的分析技術(shù)，作為檢測(cè)、量化土壤中控釋肥料膜殼及其次級(jí)降解物的標(biāo)準(zhǔn)方法。

3)控釋肥料膜殼如何影響土壤質(zhì)量及其潛在機(jī)制尚不清楚，控釋肥料膜殼及其中間降解產(chǎn)物對(duì)不同作物品種的影響亟待研究。了解控釋肥料膜殼及其降解產(chǎn)物在土壤中的去向和遷移過(guò)程，研究其對(duì)土壤物理–化學(xué)–生物等質(zhì)量參數(shù)如土壤物理結(jié)構(gòu)、碳氮等養(yǎng)分的循環(huán)轉(zhuǎn)化過(guò)程及土壤微生物群落、功能的影響，并闡明其影響機(jī)制，可為控釋肥膜材選取、制備工藝提供科學(xué)依據(jù)。此外，控釋肥料膜殼及其衍生污染物(包括一些添加劑及其吸附的化學(xué)品)的生物累積和養(yǎng)分遷移的潛在影響也有待探究。

4)我國(guó)控釋肥料包膜材料研究正向著智能化和綠色環(huán)保化的方向發(fā)展，利用天然、可降解生物基高分子材料進(jìn)行傳統(tǒng)包膜材料的改性和包膜材料的創(chuàng)新來(lái)創(chuàng)制新型控釋肥料勢(shì)在必行。如利用CMC改性聚氨酯包膜肥料[75]、篩選P (St-co-BA-co-MMA)latex[35]等創(chuàng)制生物可降解包膜材料等，因此為確?？蒯屝阅芗皺C(jī)械性能，研究新型可生物降解控釋肥料膜殼降解與養(yǎng)分釋放之間的相互關(guān)系，構(gòu)建新型可生物降解控釋肥料膜殼降解與養(yǎng)分釋放關(guān)系數(shù)據(jù)模型則顯得尤為重要。同時(shí)，可結(jié)合優(yōu)化施肥技術(shù)等方法從源頭上控制膜殼對(duì)環(huán)境的潛在風(fēng)險(xiǎn)[76]。