摘要
地膜覆盖技术为我国农业生产活动作出了重大贡献。但同时由于使用后地膜机械强度显著降低，难以回收，导致大量地膜残留在农田土壤中，在光、热、氧等因素作用下逐渐破碎降解成粒径小于5mm的塑料颗粒（微塑料），造成农田土壤地膜源微塑料残留污染。本论文针对我国不同地区覆膜农田土壤微塑料赋存特征及空间分布开展系统研究，初步明确了我国各地区农田土壤微塑料残留污染现状与空间分布格局。采用化学鉴定、谱图分析、显微观察等技术方法，揭示了农田土壤地膜源微塑料的污染贡献率。通过室内控制性地膜老化实验及地膜源微塑料释放量与粒径特点跟踪监测，明确了地膜源微塑料的释放过程与机理，拟合材料光老化反应经典定律，构建了地膜源微塑料在农田土壤环境中的释放动力学方程。进一步通过对不同粒级土壤团聚体地膜源微塑料的分离检测，初步揭示了地膜源微塑料随覆膜年限延长在不同土层深度及土壤结构中的分布特点与变化过程。主要研究结果如下： （1）我国不同地区农田土壤微塑料丰度存在显著差异，西南地区农田土壤中微塑料丰度最高，为338.02个/g，西北地区和华北地区次之，农田土壤中微塑料平均丰度分别为301.17和250.70个/g，东北地区和华中地区的农田土壤中微塑料丰度相对较低，微塑料平均丰度分别为215.95和212.87个/g。不同农业种植模式下土壤微塑料丰度呈现出设施农田＞大田农业＞露地蔬菜的趋势。不同地区农田土壤中聚乙烯源微塑料的贡献率均在55%以上，其中华北地区聚乙烯源塑料的贡献率最高，达62.55%。不同地区农田土壤微塑料粒径分布均以0.02~0.10mm为主。 （2）地膜在农田土壤中的老化过程主要受光氧化反应影响，地膜中高聚物分子键氧化断裂产生的微塑料数量与地膜受到的累积光辐照强度存在明显剂量关系，并遵循光氧化反应动力学的经典定律（Schwarzchild’slaw）。经研究检测，生物降解地膜、氧化降解地膜、白色和黑色聚乙烯地膜的Schwarzchild’s反应系数p分别为2.0502、1.8778、1.7297和1.6309，即随累积光辐射强度增加，各类型地膜分子键断裂速率及微塑料释放数量分别以2.0502、1.8778、1.7297和1.6309指数增长。当地表累积光辐照强度为2.1MJ/m2（相当于新疆农区铺膜70天累积光辐射强度），生物降解地膜、氧化降解地膜、白色和黑色聚乙烯地膜累积降解产生的微塑料丰度分别为475、266、163和147个/cm2。 （3）选取新疆石河子长期覆膜农田土壤为研究对象，对地膜源微塑料的污染丰度、分布特点、影响因素进行系统研究。结果显示：地膜源土壤微塑料的污染丰度随覆膜年限延长显著增加，其中，覆膜年限＜10年、10-20年、＞20年农田土壤地膜源微塑料平均污染丰度（0~30cm）分别为264.91、307.45和416.68个/g。土壤微塑料丰度随土层深度的增加而逐渐降低，其中0~10cm、10~20cm、20~30cm土层微塑料平均污染丰度分别为390.10、348.82和250.12个/g。随土壤团聚体粒级的减小，小粒径（0~0.02mm）微塑料数量比例明显升高，中等粒径或大粒径微塑料数量比例明显降低。随覆膜年限增加，＞2mm的水稳性大团聚体中微塑料丰度年增长率逐渐提高，增幅为4.4%，0.25~2mm和0.053~0.25mm团聚体中微塑料丰度逐渐降低，降低比率分别为13.14%和15.46%。
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