微塑料对压实黏土水力特性及孔隙特征的调控机制与环境效应研究

针对微塑料污染对压实土壤水力特性的影响机制不明问题，研究人员通过聚乙烯(PE)微颗粒实验，揭示了其降低饱和导水率(5.5×10-5cm/s)、提升持水性与稳定性的规律，并首次发现环境相关浓度(0.5 wt%)即可显著改变压实黏土孔隙分布，为评估工程填土微塑料风险提供理论依据。

　　

随着全球塑料年产突破4.59亿吨，难以降解的微塑料(直径<5mm)已成为土壤环境的新型持久性污染物。农业地膜、轮胎磨损等来源的微塑料在工业区土壤中浓度可达6.7 wt%，而传统研究多关注松散土壤，对重型机械作业区常见的压实土壤影响机制知之甚少。吉林大学的研究团队在《Solid Earth Sciences》发表重要成果，首次系统揭示聚乙烯(PE)微塑料如何重塑压实黏土的水力性能与微观结构。

研究团队采用标准普氏击实法制备压实黏土样，通过饱和导水率测试、土-水特征曲线等实验表征水力特性，结合汞侵入孔隙测定法(MIP)和扫描电镜(SEM)直接观测孔隙结构。结果显示：PE微塑料使饱和导水率降低至10^-6cm/s量级，持水率提升15%-20%，且大粒径(250μm)微塑料的影响显著强于小粒径(50μm)。MIP数据表明，微塑料使>4μm的大孔隙占比下降，<0.04μm的微孔隙增加，SEM图像清晰显示其堵塞土粒间孔隙的过程。

饱和水力传导性

对照组的导水率为5.5×10^-5cm/s，添加2 wt%微塑料后降至1.8×10^-6cm/s，降幅达96.7%。这种阻碍效应源于微塑料占据孔隙空间并形成迂曲水流路径。

孔隙特征演变

MIP测试显示，微塑料使总孔隙率降低12%-18%，其中团粒间孔隙体积减少23%-35%，而团粒内孔隙增加8%-15%。这种孔隙重构直接导致持水能力提升，但削弱了水分快速渗透功能。

环境浓度效应

特别值得注意的是，0.5 wt%的环境相关浓度即可引发显著改变，这与松散土壤需要更高浓度(通常>5 wt%)才显现效应形成鲜明对比，提示压实土壤对微塑料污染更具敏感性。

该研究首次阐明微塑料通过"孔隙重构-水力性能耦合作用"影响压实黏土的机制，为评估填埋场、路基等工程填土的长期稳定性提供新视角。研究结果警示，现行基于松散土壤的微塑料安全阈值可能低估了对压实土壤的风险，对制定差异化土壤管理标准具有重要指导意义。