化工产品的使用可显著促进粮食生产和土壤肥力改善，但化工产品的长期使用也为土壤养分供应和环境健康带来了潜在威胁。

近年来，地膜在农业生产上的应用越来越普遍。在我国，农用地膜使用量从1997年的62.57万t增长至2017年的143.66万t。

然而，大部分农用地膜没有及时回收，据估计2017年我国农业薄膜残留量已经达到46.5万t，占地膜使用量的1/3。

残留在土壤中的农用地膜经过反复的耕作、风化、紫外线辐射和降解等作用，可分解为尺寸更小的微塑料（MPs）残留在土壤中。

目前，我国土壤微塑料的浓度为45.3~2696.5个⸱kg-1，其中，陕西省土壤微塑料的浓度达1430~3410个⸱kg-1。

残留在土壤中的微塑料会破坏土壤结构、降低土壤酶活性、影响养分循环，因此，研究微塑料对农田土壤养分供应、迁移的影响，对于调控农业管理措施、保护土壤健康等具有重要的指导意义。

微塑料表面含有丰富的官能团，所带电荷可通过静电作用与非共价相互作用吸附土壤中的元素，是影响土壤吸附性能、改变元素毒性和迁移性的重要介质。

研究表明：残留在土壤中的微塑料可以吸附有机物、重金属和磷素等；并且不同种类微塑料对元素的吸附性能存在差异。

微塑料的表面结晶度及表面构造是影响其吸附能力的重要因素；聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）的吸附能力要高于聚乙烯（PE）和聚酰胺（PA），且粒径越小，吸附能力越强。

磷素是作物生长的必要元素之一，其在土壤中以多种形态存在，主要包括吸附态磷、矿物态磷、闭蓄态磷和水溶态磷，其中，只有水溶态磷可以被植物吸收利用，而有机磷、吸附态磷、矿物态磷可以与水溶性磷相互转化。

黏粒、有机质、活性铁铝氧化物、钙含量和pH等均会影响磷的植物有效性。微塑料作为一种新兴的污染物，它的介入可能会干扰土壤磷素原有的形态变化和植物有效性。

例如，黏粒含量不仅会影响磷素的有效性，还会影响土壤对微塑料的吸附能力，土壤黏粒含量与土壤对磷素的吸附能力呈正相关，与土壤对微塑料的吸附呈负相关。目前，有关微塑料的介入（残留量、种类、粒径大小）对磷素有效性的影响尚不明晰。

微塑料具有比表面积小、对污染物吸附能力强的特点，且微塑料对已有污染物的吸附能力因微塑料种类、浓度、粒径而异。

磷素带有负电荷，极易被土壤颗粒所吸附。当土壤中微塑料积累时，微塑料与土壤颗粒共同吸附磷素，导致磷素有效性降低，或是竞争土壤中磷素的吸附点位，释放磷素，这些还均未可知。

基于此，本研究提出以下假设：①微塑料残留在土壤中，会影响磷素的有效性；②微塑料对磷素有效性的影响会因种类、浓度、粒径而具存在差异。

黑垆土、黄绵土与风沙土为黄土高原地区自北向南分布的典型农田土壤，常年施肥，且已有研究调查显示黄土高原的陕西片区农田土壤均存在微塑料污染。

因此，本研究采用上述3种类型土壤，通过室内培养试验，分析微塑料种类、浓度和粒径对有效磷含量的影响，验证以上假设，以期为评价黄土高原地区农业土壤微塑料残留对养分循环的影响提供证据支撑。

上述3种类型土壤，以“S”形采样法选定10个采样点，采集0~20cm表层土壤，制成混合土样，并在其中添加PE、PVC、PBS、PLA这4种微塑料。

通过实验得知添加4种微塑料均不同程度地降低了土壤有效磷含量。在黑垆土中，添加PE、PVC、PBS、PLA4种微塑料后，有效磷含量显著降低，降低幅度分别为38.6%、19.1%、69.8%、73.6%。

在黄绵土中，添加PVC对有效磷含量的影响未达到显著水平，有效磷含量为16.03mg⸱kg-1，降低幅度为10.8%，但添加PE、PBS、PLA均显著降低了黄绵土有效磷含量，降低幅度分别为22.5%、63.9%、53.4%。

在这两种土壤中，生物可降解微塑料对有效磷含量的降低幅度均高于传统微塑料，大约是传统微塑料的2倍多。

但在风沙土中，4种微塑料对有效磷含量的影响均未达到显著水平。在3种土壤中，微塑料对有效磷含量的影响程度表现为黑垆土黄绵土风沙土。

在黑垆土与黄绵土中随着PE与PL浓度的升高，有效磷含量呈一致的降低趋势，微塑料浓度为5%时，有效磷含量降低程度最高，在黑垆土中PE、PLA降低有效磷幅度分别为38.6%、73.6%，在黄绵土中PE、PLA降低有效磷幅度分别为22.5%、53.4%。

随着传统微塑料PE浓度的升高，在黑垆土与黄绵土中，有效磷含量的降低幅度为低浓度高浓度中浓度，且在黑垆土中有效磷含量差异均达到显著性水平，中浓度时，有效磷含量最低，为7.89mg⸱kg-1。

而在黄绵土与风沙土中，所有微塑料浓度对有效磷含量的降低幅度均未达到显著性水平。随着生物可降解微塑料PLA浓度的升高，在黑垆土与黄绵土中有效磷含量降低幅度为低浓度高浓度中浓度。

且3种浓度下有效磷含量差异均达到显著性水平，中浓度时有效磷含量最低，分别为3.39、8.38mg⸱kg-1。

然而，在风沙土中3种浓度的可降解微塑料对土壤有效磷含量的影响均未达到显著水平。在3种土壤中有效磷含量降低幅度表现为黑垆土黄绵土风沙土。

在黑垆土和黄绵土中，除了PE在黄绵土中粒径为（150±10）μm时有效磷含量最低，在其他处理中都是粒径为（25±10）μm时有效磷含量最低。

随着传统微塑料PE粒径的增大，黑垆土与黄绵土中有效磷含量的降低幅度逐渐降低，黑垆土中只有在PE粒径为（25±10）μm时有效磷含量与对照相比差异达到显著性水平。

黄绵土中PE粒径为（25±10）μm与（150±10）μm时有效磷含量与对照相比差异均达到显著性水平，但在风沙土中有效磷含量随粒径变化无显著差异。

随着生物可降解微塑料PLA粒径的增大，在黑垆土与黄绵土中，不同粒径处理组有效磷含量呈现：（25±10）μm组（150±10）μm组（270±10）μm组（550±10）μm组。

PLA粒径为（25±10）μm时有效磷含量降低最为显著，下降幅度分别达到73.6%、53.4%。在风沙土中，有效磷含量的差异均未达到显著性水平。

PE和PLA粒径为（25±10）μm时，有效磷含量在3种土壤中的降低幅度呈现：黑垆土黄绵土风沙土。

PE和PLA粒径为（150±10）μm与（270±10）μm时有效磷降低幅度均表现为：黄绵土黑垆土风沙土。而PE和PLA粒径为（550±10）μm时，有效磷降低幅度则为：黄绵土风沙土黑垆土。

我国是农业大国，各地区土壤类型、土地利用方式、施肥等均存在显著差异，这些差异导致我国农田土壤残留了不同类型的微塑料。

例如，青藏高原及北京城郊设施菜田土壤微塑料种类以PP和PE为主。陕西农田土壤微塑料种类以PP、PE、PS为主。

我国青藏高原粮田土壤中微塑料粒径为0~0.5mm的占比为61%；而我国陕西农田土壤微塑料粒径以0~0.49mm为主，占比高达79.7%~84.2%。

由此可见，我国各地区农田土壤中残留的微塑料种类、粒径等均存在显著差异，而这些差异将导致其对土壤中磷素有效性产生不同的影响。

微塑料种类对磷素的影响存在显著差异，这可能与微塑料种类间官能团性质的差异有关。

PVC含有氯原子易形成卤素键，PE可以形成π键，PLA与PBS含有羰基，易形成氢键。

研究表明，微塑料对有机污染物的吸附主要与氢键有关，由此推测，不同种类微塑料由于官能团的差异将导致对磷素吸附的机制存在差异，但具体机制还需进一步研究。

结晶度也是影响微塑料吸附的一个重要因素，结晶度越大，吸附能力越强。PVC的结晶度只有5%~10%，而PLA和PBS的结晶度为30%~60%。

此外，微塑料的疏水性也可能是影响其吸附性能的重要因素。研究发现，疏水相互作用是PE和PVC吸附污染物的主要机制。

在试验过程中发现，传统微塑料具有疏水性而生物可降解微塑料具有亲水性。另外，在水体中，由于微塑料具有较大的比表面积和较强的吸附能力，可以作为微生物的载体，进而形成表面生物膜，影响水体中元素的迁移与降解。

研究发现，微塑料种类是影响表面生物膜的重要因素，生物可降解微塑料表面生物膜的丰度要远高于传统微塑料，而表面生物膜的形成会改变微塑料的性质，使其吸附能力增强。

同时，微生物种群丰度是磷素调控的关键因素，两种类型的微塑料在土壤中形成的表面生物膜存在差异，进而导致生物可降解微塑料对于磷素的降低幅度是传统微塑料的2倍。

随着微塑料浓度的升高，有效磷含量降低幅度呈现：低浓度高浓度中浓度，这与微塑料浓度升高引起的吸附点位增多有关。

Yang等的研究也呈现相同的结果，即微塑料浓度在2%以下时，有效磷含量随微塑料浓度的升高而降低，然而，当土壤中微塑料浓度达到10%时，有效磷降低幅度有所下降，可能是由于微塑料浓度过高，影响了土壤本身的性能。

例如，微塑料会降低土壤团聚体稳定性，浓度越高，团聚体稳定性降低越显著；浓度为2%的微塑料会降低酶活性，而浓度为14%的微塑料会激活酶活性，有利于土壤中可溶性磷素的累积。浓度为0.1%的微塑料会增加微生物活性，浓度为10%的微塑料会降低微生物的代谢功能等。

微塑料粒径在（25±10）μm时有效磷含量降低最为显著，随着微塑料粒径的增大，有效磷降低幅度不断下降。

产生这种现象可能是因为随着微塑料粒径增大，其比表面积大约从0.12m2⸱kg-1降低到0.012m2⸱kg-1，比表面积减小约10倍，导致微塑料表面的吸附点位减少，从而对有效磷的吸附量降低。

Yang等也发现有效磷降低幅度随着高密度聚乙烯（HDPE）粒径的增大而下降，不同粒径微塑料吸附金属及有机物的试验中也出现这个规律。

由此可见，在土壤环境中，微塑料很难降解，即使是生物可降解微塑料也需要在适宜的环境下才能快速降解。

例如，PLA只有在堆肥温度达到60℃以上才能完全降解，因此，残留在土壤环境中不断分解成更小粒径的颗粒，可能会使得磷素有效性持续降低。

土壤特性，尤其黏粒含量是介导微塑料影响磷素有效性的重要因素。本研究中，在黏粒含量较高的黑垆土与黄绵土中，微塑料均显著降低了两种土壤的有效磷含量，这与Zhang等的研究结果相似。

但本研究的风沙土中，微塑料残留对磷的有效性无显著影响。通过对4种微塑料降低有效磷的百分比与土壤颗粒组成进行拟合，发现PE、PBS与PLA对有效磷含量的影响均与土壤黏粒含量呈较好的线性关系。

R2分别为0.89、0.70和0.87，与粉粒含量拟合呈负向关系，R2分别为0.80、0.73、0.57，但与砂粒无明显线性关系。

已有研究报道指出，黏粒含量是影响土壤吸附磷素的关键因素，且土壤对磷的吸附与黏粒含量呈正相关。

磷素主要以磷酸根、亚磷酸根等形式存在于土壤中，表面带负电荷，土壤中的—OH、—H2O可以与其发生配位体交换以吸附磷素。

土壤中带正电荷的胶体也可以通过静电引力来吸附磷素；然而微塑料表面带有大量的电荷，可能与土壤共同吸附磷素。

另外，土壤对于微塑料的吸附也与土壤黏粒含量相关，且与黏粒含量呈反比，因此，微塑料在土壤中可能抢占了磷素原有的吸附位点。

随着黏粒含量的升高，土壤吸附微塑料的能力减弱，暴露吸附位点进而吸附更多的磷素。因此，土壤黏粒含量可能是微塑料影响磷素有效性的一个重要因素。