微塑料与盐分共存下壤土水分特性及孔隙分布的协同变化机制研究

推荐：本研究针对农田盐渍化与微塑料(MPs)污染加剧导致的土壤退化问题，通过测定不同盐度(0-5 g/kg)和MPs含量(0-30 g/kg)条件下壤土的水力参数，揭示了MPs通过改变孔隙分布和疏水性削弱土壤持水能力，而盐分通过离子相互作用缓解MPs影响的机制，为盐碱地塑料污染治理提供理论依据。

　　

随着全球农田盐渍化与塑料污染问题日益严峻，土壤退化已成为威胁粮食安全的重要生态挑战。中国作为全球地膜使用量最大的国家，每年约40%的塑料残留物进入土壤，其中聚乙烯微塑料(MPs)在西北黄土高原的累积量已超过250 kg/hm²。与此同时，盐碱化土壤在黄淮海平原、东北平原等地区广泛分布，二者协同作用对土壤水力特性的影响机制尚不明确。针对这一科学问题，中国科学院相关团队在《Geoderma》发表研究，首次系统揭示了MPs与盐分共存条件下壤土水分特性与孔隙分布的响应规律。

研究采用离心法与恒定水头法测定16种处理(4盐度×4 MPs浓度)的土壤水分特征曲线(SWRC)和饱和导水率(K_s)，通过van-Genuchten模型拟合参数，并计算水分常数与孔隙分布。实验土壤采自黄土高原(108°2′E, 34°4′N)典型农田，MPs选用0-500 μm聚乙烯颗粒，盐分类型为Na₂SO₄。

研究结果显示：1）水力传导性方面，MPs使非盐渍土(NS)的K_s降低14.9%-46.8%，而盐分增加削弱该效应，中重度盐渍土(MS/SS)中MPs对K_s无显著影响；2）水分保持特性上，MPs使NS土壤饱和含水量(θ_s)降低4.6%-8.1%，盐渍土降幅较小(2.7%-6.2%)，且MPs显著提高非盐渍土的α值(15.9%-47.8%)，表明其排水效率增强；3）水分常数分析发现，MPs使NS土壤田间持水量(FC)和凋萎系数(PWC)分别降低3.9%-9.0%和5.0%-10.3%，对有效水(AWC)的影响在NS土壤更显著；4）孔隙结构方面，MPs使盐渍土微孔隙(<5 μm)和小孔隙(5-30 μm)比例增加5.3%-19.3%，但大孔隙(>75 μm)和空隙减少7.8%-25.7%，总孔隙度降低3.0%-6.1%。

讨论指出，MPs通过疏水性和占据有效孔隙削弱持水能力，而盐分通过Na⁺诱导的颗粒分散和离子水合作用形成补偿效应。该研究首次阐明盐分-MPs-土壤三相交互机制，为盐碱地塑料污染治理提供了关键理论支撑。研究建议加强农田MPs长期监测，并考虑水分特性变化对灌溉制度的调整需求，对实现退化土地可持续管理具有重要实践意义。