黄河上游典型灌区农田土壤微塑料的垂直分布与多源途径：揭示农业活动对地下水生态风险的驱动机制

本研究针对农业土壤微塑料(MPs)污染问题，聚焦黄河上游灌区，通过对比不同土地利用方式(农田/森林/草原)和灌溉模式(畦灌/滴灌)，系统分析了0-100 cm土层MPs的垂直分布特征及其多源输入途径。研究发现农田MPs丰度(5,688.8±609.38 items/kg)显著高于自然生态系统，证实长期覆膜和畦灌会加剧MPs向深层迁移(PVC/PU为主要成分)，首次揭示了20-30 cm层因耕作形成的MPs富集带，为干旱区农业面源污染防控提供了重要理论依据。

　　

在当代环境科学领域，微塑料(Microplastics, MPs)污染已成为堪比气候变化的全球性挑战。这些直径小于5 mm的塑料颗粒，正通过意想不到的途径渗透到地球每个角落——从深海沟壑到珠峰积雪，甚至人类胎盘组织。农业生态系统作为MPs的重要汇和源，其污染状况尤为严峻。黄河灌区作为中国重要粮仓，长期依赖塑料覆膜和黄河水灌溉，每年消耗地膜超2.1万吨，灌溉引水量达50亿m³。这种高强度农业活动导致MPs通过农资投入、灌溉水和大气沉降等多渠道进入土壤，并可能随水分下渗威胁地下水安全。然而，现有研究多局限于表层土壤(0-30 cm)，对深层迁移规律和多源贡献的认识仍存在重大空白。

针对这一科学难题，河套灌区乌梁素海研究所的科研团队在《Environmental Pollution》发表了突破性研究成果。研究选取具有30年覆膜历史的乌兰特灌区为对象，创新性地采用六层分层采样法(0-100 cm)，结合显微傅里叶变换红外光谱(μFTIR)和热裂解气相色谱质谱(Py-GC/MS)技术，系统解析了MPs的垂直分布特征。通过对比畦灌与滴灌农田、以及森林/草原对照样地，同时采集大气沉降物、灌溉水和农资(肥料/种子包衣)等潜在来源样本，首次构建了农业土壤MPs的多源溯源体系。

研究结果揭示以下重要发现：

1. 平均丰度特征
所有土壤样品均检出MPs，30年覆膜畦灌农田MPs丰度最高(5,688.8±609.38 items/kg)，是森林(2,387.05±152.47 items/kg)和草原(669.64±131.83 items/kg)的2.4-8.5倍。畦灌农田MPs丰度(5,688.79±1,497.11 items/kg)显著高于滴灌农田(2,744.44±996.93 items/kg)，证实传统灌溉方式加剧污染。

2. 垂直分布规律
MPs丰度随深度总体递减，但在20-30 cm层出现反常富集，这与耕作扰动形成的犁底层密切相关。深层土壤(80-100 cm)仍检出1,200-1,500 items/kg的MPs，证明其已突破传统阻隔层。

3. 多源途径解析
聚合物指纹分析显示：PVC(聚氯乙烯)和PU(聚氨酯)主要来自肥料和种子包衣；CPE(氯化聚乙烯)和PI(聚酰亚胺)则与灌溉水和大气沉降相关。大气沉降年输入量达1,042±156 items/m²，是不可忽视的持续来源。

结论与意义
该研究首次量化了干旱区农业活动中MPs的"立体污染"格局：水平方向上，人类活动强度决定MPs负荷；垂直分布中，耕作和灌溉共同控制迁移深度。特别重要的是，发现畦灌会使MPs向下迁移速度提高2倍，且20-30 cm层成为"二次污染源"。这些发现为制定差异化管理策略提供了科学依据——滴灌技术可降低50%MPs输入，而深耕作业需避开20-30 cm敏感层。研究建立的"源-汇-过程"分析框架，对实现黄河流域生态保护和高质量发展具有重要实践价值。