残膜老化过程中微塑料和塑化剂的厚度依赖性及生产效应

地膜覆盖释放微塑料和塑化剂对土壤环境带来巨大的威胁。目前主流的观点是，可生物降解塑料（BIO）薄膜可作为传统聚乙烯（PE）薄膜的潜在替代品。然而，BIO薄膜在土壤条件下的降解性能对环境的风险尚未得到很好的探索。此外，目前尚不清楚残膜老化如何影响土壤特性和作物生产力，这同时取决于残膜类型因素和厚度因素。针对上述问题，我们进行了为期两年的模拟残膜填埋试验，使用0.016毫米的厚的聚乙烯（PEt1）和可生物降解（BIOt1）薄膜，以及0.010毫米的薄的聚乙烯（PEt2）和可生物降解（BIOt2）薄膜作为材料，残膜零填埋处理作为试验对照（CK）。

上述试验结果表明，残膜类型和厚度对土壤性质和玉米生产力的影响不同。与PE残膜相比，BIO残膜对土壤性质和玉米生产力产生更强的负面影响。厚度比较表明，厚的残膜填埋处理的玉米生产力优于薄的残膜。扫描电镜和红外光谱分析表明，两年填埋导致BIO膜的物理形态和光谱峰发生较大变化，这在薄的膜中更为明显（薄的膜失重率可达36.90%）。相比之下，PE膜中观察到的变化较小。BIO添加处理的土壤微塑料（MPs）丰度显著高于PE；而残膜越薄，MPs的释放量就越大。这与薄膜中邻苯二甲酸酯（PAEs）的丢失密切相关。此外，玉米生产力指标与MPs和PAEs呈负相关。BIOt2和PEt1的玉米籽粒产量分别是最低和最高的。与PE薄膜相比，由于PAEs的物理释放和生物降解，BIO薄膜表现出更大的环境风险，对土壤生态和作物生产力的负面影响更强烈。在厚度方面，与薄的膜相比，厚膜释放更少的污染物。

图1 填埋后的残膜扫描电镜观测(×200)，(B) PEt1，(D) PEt2，(F) BIOt1，(H) BIOt2

图2 随时间变化的薄膜失重率

总体而言，为了在维持作物产量的同时减少旱地土壤污染，推广可抵抗快速分解以实现高效回收的厚PE地膜至关重要。本研究提出了一种有前景的地膜污染缓解方案，为旱地雨养农业区作物稳产和土壤可持续管理提供新的科学依据。

图3 土壤微塑料观测，(A)(F) CK，(B)(G) PEt1，(C)(H) PEt2，(D)(I) BIOt1，(E)(J) BIOt2；(A-E) 20 cm土层，(F-J) 40 cm土层

本研究得到国家自然科学基金(32161143012)、甘肃省重点研发计划 (20YF8WA083)、“111”计划 (BP0719040)等资助。