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博亿堂官方下载:警惕!传统地膜产生的微塑料已经迁移至深层土壤

发布时间:2022-08-13 07:38:58 来源:博亿堂98手机版 作者:博亿堂官方下载    

  地膜覆盖技术是现代农业栽培的一把双刃剑。一方面,它通过改善了作物生长的水热条件,促进作物早熟、增产。另一方面,长期使用塑料地膜会导致残膜在土壤中积累,进而破坏土壤结构,威胁作物产量。随着时间的推移,残膜将破碎分解为体积更小的微塑料。这些微塑料身材娇小形态各异,不仅可以随风飘散,还可以通过淋滤和生物扰动在土壤中迁移,,已然成为地膜覆盖土壤中不容忽视的另一污染问题,近年来受到越来越多的关注。量化地膜覆盖产生微塑料的数量便是评估地膜污染、寻找治理途径的首要工作。

  本研究基于沈阳农业大学建立的长期地膜覆盖和施肥试验平台,调查连续32年覆盖聚乙烯地膜土壤中大塑料与微塑料污染情况,并探究氮肥对塑料污染的影响。

  该研究区为玉米连作,选取四个处理(两因素:施氮和地膜,施氮包括0和135 kg N ha -1 yr -1 两个水平,地膜包括覆膜和不覆膜两个水平),测定0-20cm土壤中大塑料的重量、数量(片数),同时对0-100cm土壤进行微塑料提取与计数并使用FTIR测定微塑料成分,SEM与EDAX联用测定微观形态与表面元素。并实地测定地膜回收率。

  对大塑料而言,施氮肥增加了大塑料的丰度。施氮小区比不施氮小区的大塑料的数量和重量分别高约10倍和6倍(图1A,1B)。这是因为施氮肥促进了根系生长,这增加了地膜与根系的纠缠,进而阻碍收获后地膜的回收。

  图1. 施氮对长期地膜覆盖玉米耕层 (0-20 cm)大塑料总量和尺寸分布的影响。A:大塑料数量;B:大塑料重量;C:每片塑料的重量;D:三种尺寸塑料的相对比例(4 cm 2 , 4-25 cm 2 , 25 cm 2 )。

  图 2. 施氮对长期地膜覆盖玉米土壤剖面(0-100 cm)微塑料数量、类型和深度分布A:微塑料总量;B:薄膜状微塑料;C:纤维状微塑料;D:颗粒状微塑料;E: 0-100厘米剖面累积的薄膜、纤维和颗粒微塑料数量。

  镜检观察到不同颜色(黑色、棕色、黄色、蓝色和透明)和形状(薄膜状、颗粒状和纤维状)的微塑料(图3)。

  其中,薄膜状微塑料和颗粒状微塑料均为透明塑料,纤维状塑料包括有色塑料和透明塑料。

  图3. 长期塑料覆盖土壤微塑料的红外光谱和显微镜图像。A:田间使用的聚乙烯塑料地膜;B、C、D:薄膜状微塑料;E、F、G、H:纤维状微塑料;I:颗粒状微塑料。%表示所测光谱与FTIR光谱库相匹配度。

  这些地膜来源微塑料(薄膜状微塑料)表现出明显的表面侵蚀特征,表面形貌表现为沟槽、凹坑和孔洞(图4A)。孔的表面和外边缘还有明显的风化痕迹。

  图4.微塑料的扫描电子显微镜图像。A:薄膜状微塑料,B:纤维状微塑料,C:颗粒状微塑料。元素光谱是能量色散的x射线光谱。

  长期使用塑料地膜会导致塑料残留物在土壤中积累。由于传统的塑料地膜是由低密度聚乙烯制成的,这种材料不易在土壤中降解,这些塑料残留物的积累会对土壤造成长期污染。随着时间的推移,宏观塑料残留物将分解成微塑料和纳米塑料,从而不仅增加塑料的数量浓度,而且增加其生物利用度。

  此外,如本研究所示,微塑料和纳米塑料有可能通过土壤剖面迁移,并分布到深层土壤层。本研究评估了长期塑料地膜覆盖土壤中塑料的残留与剖面分布特征,探究氮肥对大塑料及微塑料丰度造成的影响。为我国农田土壤塑料污染的风险管控与治理提供科学依据。

  作者:沈阳农业大学丁凡副教授为通讯作者,沈阳农业大学硕士生李诗彤为第一作者,共同作者包括华盛顿州立大学Markus Flury教授,沈阳农业大学王展老师,北京市农林科学院徐笠副研究员,沈阳农业大学李双异副教授,班戈大学Davey L jones教授,沈阳农业大学汪景宽教授。

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