The long-term effects of microplastics on soil organomineral complexes and bacterial communities from controlled-release fertilizer residual coating

Resumo

O fertilizante de liberação controlada (FLC) tem sido amplamente aplicado na China como estratégia eficiente para aumentar a produtividade de grãos e reduzir a contaminação por nitrogênio. Contudo, os impactos do plástico inevitavelmente introduzido no solo sobre o desenvolvimento sustentável eram indeterminados. Após dez anos de experimento em local fixo, os microplásticos visíveis do revestimento residual foram separados do solo para medir suas alterações, e os efeitos de longo prazo da aplicação de FLC (teor teórico de microplásticos de 0,018–0,151 g kg−1 de solo) sobre a arquitetura do solo e as comunidades bacterianas foram avaliados. Com base em experimentos de distribuição dos complexos organominerais do solo (COM) e na análise de sequências do gene 16S rRNA, os microplásticos do revestimento residual não tiveram impacto significativo sobre a arquitetura do solo e tiveram efeitos limitados sobre as bactérias, mas tornaram-se um habitat microbiano específico. A dose de nitrogênio e o modo de liberação do nitrogênio afetaram os COM das frações areia e silte, e a dose de nitrogênio afetou as comunidades bacterianas do solo. O revestimento residual, composto por pequenas partículas inertes, é seguro para os COM e as comunidades bacterianas em solo agrícola. Devido à eficácia do FLC na redução da poluição ambiental, o FLC é considerado uma medida favorável ao desenvolvimento agrícola sustentável na província de Shandong, China.

Abstract

Controlled-release fertilizer (CRF) was applied widely in China as an efficient utilization strategy for improving grain yield and reducing the nitrogen contamination. However, it was indeterminate to know the impacts of inevitably imported plastic into the soil on sustainable development. After ten-year fixed-site experiment, the visible residual coating microplastics were separated from the soil to measure their changes, then the long-term effects of CRF application (theoretical microplastic content 0.018–0.151 g kg−1 soil) on soil architecture and bacterial communities were evaluated. Based on soil organomineral complexes (OMC) distribution experiments and soil 16S rRNA sequence analysis, residual coating microplastics had no significant impact on soil architecture and limited effects on soil bacteria, but became the specific microbial habitat. The nitrogen rate and nitrogen release mode affected sand- and silt-grade OMC, and nitrogen rate impacted soil bacteria communities. The residual coating, small inert particles, is safe for soil OMC and bacterial communities in agricultural soil. Due to the effectiveness of CRF on reducing environmental pollution, CRF is considered as a favorable measure to the sustainable agricultural development in Shandong Province, China.