塑料薄膜覆盖时长与面积对土壤微塑料丰度的尺度依赖性影响

《Journal of Hazardous Materials》：Duration- and area-dependent influences of plastic film mulch on soil microplastics abundance

本研究通过野外观测与遥感技术，揭示了中国北方农牧交错带农田土壤微塑料（MPs）污染受塑料薄膜覆盖时长与空间尺度的双重影响机制。研究发现MPs丰度与覆膜时长呈正相关，并首次确定4.5公里半径范围为MPs空间关联的最优尺度。HYSPLIT模型模拟进一步验证了风动力传输途径，为农业面源MPs的土壤-大气界面模拟提供了关键参数。

　　

研究亮点

塑料薄膜覆盖被认为是土壤微塑料污染的主要来源之一，这归因于其在农业中的广泛使用以及缺乏适当的废物管理系统。本研究中自下而上的微塑料丰度评估结果，与众多在不同地理环境中进行的研究结果一致。此外，研究揭示了纤维状和非纤维状微塑料在尺寸和形态上存在显著差异。随后的分析强调了覆膜时长对微塑料，特别是纤维状微塑料丰度的显著影响。这些发现与先前的研究相符，即长期覆膜会导致塑料碎片在土壤中逐渐积累。此外，我们的研究结果还表明，微塑料的分布受到风蚀等自然过程的显著影响，这可能导致微塑料从农田向周边环境扩散。

讨论

我们的研究结果揭示了微塑料丰度与覆膜时长之间的正相关关系，这与微塑料在环境中持久存在并随时间累积的特性一致。值得注意的是，纤维状微塑料对覆膜时长的响应比非纤维状微塑料更为敏感，这可能源于它们不同的物理化学性质和降解动力学。关于空间尺度，我们发现微塑料丰度与覆膜面积的相关性在4.5公里半径范围内最为显著。这一尺度可能代表了风动力传输作用下微塑料从源区（覆膜农田）扩散并影响周边土壤的有效范围。HYSPLIT模型的模拟结果进一步支持了这一观点，揭示了潜在的、风驱动的微塑料跨区域传输路径。这表明，除了本地源贡献外，区域性的传输也是影响采样点微塑料丰度的重要因素。因此，在评估农业活动对微塑料污染的贡献时，必须同时考虑时间（覆膜时长）和空间（最佳影响尺度）维度的影响。

结论

本研究报告了农业土壤中微塑料的丰度特征，并量化了半干旱地区塑料薄膜覆盖的时长和面积如何影响土壤微塑料丰度。需要指出的是，在以往的研究中，空间阈值和时长依赖性影响等关键问题常被忽视。我们的研究结合了多尺度缓冲区分析、遥感反演的覆膜数据以及野外采样，旨在确定关键空间尺度并量化覆膜时长对微塑料丰度的贡献。研究结果表明，覆膜时长与土壤微塑料丰度，特别是纤维状微塑料丰度，存在正相关关系。覆膜面积的影响表现出明显的尺度依赖性，在4.5公里半径范围内相关性最高。HYSPLIT模拟进一步指示了潜在的风驱动传输路径。这些结果证明，我们可以使用采样点周围4.5公里半径范围内的覆膜面积和覆膜时长作为土壤-大气界面微塑料排放模拟的可能估算依据。我们的发现进一步强调了塑料薄膜覆盖对土壤微塑料丰度存在的时长和面积依赖性影响，表明需要对影响因素进行进一步研究。

环境意义

目前，我们对塑料薄膜覆盖的时长和覆盖面积如何影响不同农业土壤中的微塑料丰度仍知之甚少。我们的结果表明，我们可以使用采样点周围半径为4.5公里的薄膜覆盖面积和覆盖时长作为土壤-大气界面微塑料排放模拟的可能估算依据。我们的发现进一步强调了塑料薄膜覆盖对土壤微塑料丰度存在的时长和面积依赖性影响。