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全球塑料产量在过去75年间大幅增长，农业土壤成为塑料残留物的主要汇，这些残留物在表土中碎裂并积累。然而，它们在原位条件下对土壤含水量和地下水补给的影响仍知之甚少。本研究利用先进渗漏仪系统，在重复降雨条件下，探究了农业表土中环境相关浓度的塑料颗粒和纤维（<1 m
全球塑料产量在过去75年间大幅增长，农业土壤成为塑料残留物的主要汇，这些残留物在表土中碎裂并积累。然而，它们在原位条件下对土壤含水量和地下水补给的影响仍知之甚少。本研究利用先进渗漏仪系统，在重复降雨条件下，探究了农业表土中环境相关浓度的塑料颗粒和纤维（<1 mm）对土壤-水分动态的响应。随着塑料含量（0–0.5% w/w）的增加，研究人员观察到两种土壤（粉质黏土和壤质砂土）的水回收率显著提升，从无塑料时的约30%增至最高72%。研究人员通过HYDRUS1D模型和蒙特卡洛反演拟合，结合蒸发速率敏感性分析，发现塑料在土壤表面累积可能抑制蒸发，导致土壤含水量升高，进而增加非饱和导水率（K(θ)），促进垂直向下水流，从而增强潜在地下水补给。该效应在黏土中更为显著，且高塑料浓度下土壤含水量趋于饱和，排水效率提高。研究结果基于原位条件，为评估农业土壤塑料残留对地下水补给的影响提供了过程框架，并指出塑料积累可能伴随共污染物迁移风险增加，尤其在黏土中。
### 论文解读：农业土壤塑料残留对地下水补给的影响
#### 研究背景与问题
全球塑料产量持续攀升，2024年已达4.3亿吨，若不干预，预计2060年将超过12亿吨。农业土壤是塑料残留物的主要环境受体，年累积量超过1200万吨，主要来源包括地膜、生物固体、污染灌溉水及聚合物包膜肥料等。这些塑料在土壤中经机械、热、生物及紫外辐照降解，形成微米至纳米级颗粒与纤维，以聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等形态广泛存在于表土。尽管塑料在农业土壤中的丰度已被全球记录，但其对土壤含水量和入渗的原位影响尚不明确。现有研究多采用干燥过筛后重新填装土柱、均匀混合塑料的实验设计，这种体系破坏了土壤团聚体与孔隙结构，无法真实反映农地表土塑料的表面累积特征及重复降雨事件下的水文响应。鉴于农业土壤下方多覆盖用于饮用水的重要地下水层，即使土壤-水分动态的微小变化也可能直接影响地下水补给量和污染物迁移，因此亟需开展原位条件下的研究。
#### 研究内容与结论
研究人员从瑞典南部两个农业站点——Lanna研究站（粉质黏土，40–46%黏粒）和G?taland Herrg?rd（壤质砂土，<15%黏粒）——获取了未扰动土柱（长25 cm，半径7.5 cm），采用UGT精密铣削装置保持原位结构。以PE颗粒（50–125 μm）和PET纤维（200–500 μm，直径10–30 μm）为模型塑料，经UVA–UVB光老化21天后，按4:1（w/w）比例混合，以颗粒与纤维70:30的比率，在五个降水阶段逐步递增施加于土表，累积浓度分别为0、0.05%、0.1%、0.15%和0.5%（w/w）。每个阶段进行四次模拟降雨事件（每次约240 cm3），年累积降雨量约70 cm，模拟瑞典平均气候条件。通过高精度天平与数据记录仪每15分钟监测土柱重量变化，计算体积含水量（θ）和水回收率，并利用HYDRUS1D求解一维Richards方程，结合蒙特卡洛反演拟合无塑料基线期的水力参数，再与含塑料阶段对比。蒸发敏感性分析通过调整蒸发速率来评估塑料对土壤-水分动态的控制机制。
#### 研究结果
**3.1 水回收率、体积含水量及塑料施加的影响**
水回收率：无塑料时，Lanna黏土和Herrg?rd砂土的平均水回收率分别为29.66%和32.06%。随着塑料浓度增加，水回收率分别升至45–72%和45–57%，相对增幅为53–144%和42–78%。塑料表面施加抑制了蒸发，导致土壤含水量升高，进而提高非饱和导水率，促进向下水流。这一效应在黏土中更显著，但最高塑料浓度（0.5%）下，黏土含水量因接近饱和而排水增强，峰θ下降；砂土则因持水能力较低，含水量持续上升。
**3.2 土壤水力参数及塑料施加的影响**
通过蒙特卡洛反演拟合无塑料基线，得到Lanna黏土和Herrg?rd砂土的残余含水量（θ
r）分别为0.152和0.104，饱和含水量（θ
s）为0.32和0.231，饱和导水率（K
s）为0.195和0.283 cm/h，van Genuchten参数α和n分别为0.027和1.255（黏土）及0.013和1.189（砂土）。两土壤的水力参数分布显著不同（Mann–Whitney U检验p<0.05，除n外），表明其水文特性差异显著。随着塑料浓度增加，两种土壤的峰θ和田间持水量（θ
FC）均系统性升高，且非饱和导水率K(θ)随θ非线性增加，为水回收率提升提供了机械解释。
**3.3 水力参数与蒸发敏感性分析及塑料影响**
蒸发速率敏感性分析表明，随着塑料浓度增加，为使模拟θ(t)与实测吻合，所需蒸发速率逐步降低，证实塑料通过抑制蒸发主导了土壤含水量和水回收率上升。黏土中蒸发抑制效果更直接，而砂土需要更强抑制来补偿快速排水，且可能涉及入渗动态或边界效应等其他过程。
#### 讨论与结论
研究表明，农业土壤表土塑料累积可显著增强潜在地下水补给，主要通过抑制蒸发、提高土壤含水量和非饱和导水率实现。这一效应在黏土中尤为突出，可能同时增加水可用性和污染物迁移风险，因为塑料与农药等共存污染物在农业系统中常见。然而，本研究的局限性包括仅涉及两种土壤类型和表面滞留的塑料尺寸，对更小颗粒垂直迁移及其他土壤质地需进一步研究。实验设计未考虑地下水水位波动、毛细效应或侧向流等田间尺度过程，在解读或尺度放大时需谨慎。此外，研究区域冬季积雪可能延迟塑料对地下水补给的影响，但全年大部分时间仍以无雪液态降水为主，结果具有代表性。总体而言，本项研究为评估农业土壤塑料污染对地下水补给和污染物迁移的影响提供了过程基础，揭示了此前未被充分认识的潜在途径。
