本文是一篇农业论文，本文选取新疆地区典型覆膜种植棉田为研究区域对微塑料的分布特征进行研究，揭示了地膜碎片污染对土壤环境中空间分布特征，从微塑料丰度、类型、表面特征、成分等方面进行分析，重点研究这一区域的农田土壤中的微塑料空间分布状态。
第1章绪论
1.1研究背景与意义
由于塑料材质轻便、耐用、不易腐蚀且成本低廉，各式各样塑料制品给生活各个领域带来便利，消耗量也在日益增加。目前，全球每年有280万～350万t的塑料被生产出来[1]。废旧塑料的回收利用率仍处于较低水平，塑料制品在被使用后，其中只有6~26%被再次回收利用[2]，导致每年大量的废弃塑料进入自然生态环境，且具有稳定化学性质，难以被降解在环境中。微塑料是一种新型污染物，英国科学家Thompson[3]于2004年首次提出微塑料的概念，国际上目前将粒径尺寸小于5 mm的塑料颗粒和碎片定义为“微塑料”[4-5]。目前，关于微塑料污染的生态环境问题倍受到全球的关注，成为生态与环境科学领域的研究焦点。研究表明微塑料已经不同程度地存在于海洋[6-7]、湖泊[8-9]、河流[10]、土壤[11-12]和沉积物[13]等中，目前微塑料的研究仍大多数集中在水环境中的污染程度和分布特点以及微塑料的对海洋、河流等水体环境中的毒性影响等方面[14]，对于陆地土壤环境中的微塑料的形成过程和分布特征的分析处在开始调查探究的阶段。Rilling[15]在2012年首次提出土壤生态系统微塑料污染的问题，目前对于人们对陆地农田土壤中塑料碎片的破碎过程以及微塑料的形成来源和分布情况知之甚少，土壤微塑料的污染水平、生态风险、迁移行为和影响机理等诸多问题尚不清楚，需要进一步系统地研究。因此，为了揭示微塑料对陆地环境、水环境和人类健康的影响，有必要明确微塑料在土壤环境中的空间分布特征。
陆地系统作为人类集中的主要活动区，是微塑料的“汇”，也是水环境中微塑料的“源”[16]。中国是塑料垃圾排放大国，塑料生产和消费量约占全球总量的25%，农业生产中广泛使用塑料地膜等制品[17]，由于微塑料体积小、重量轻，因此流动性强，可借助风吹、水流、动植物生长等方式从源头迅速扩散，在土壤环境中不易被降解，从而进入土壤环境并在土壤中积累至长期存在。微塑料污染问题日益突出，最终将导致生态环境持续恶化。因此，了解微塑料在农田土壤中的富集和分布具于具有重要意义。
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1.2土壤环境中微塑料的研究现状
微塑料以初级或次级形式出现在生态系统中，初级微塑料是指直接由人类生产和生活中产生的微塑料，而次级微塑料则来自于较大的塑料颗粒分解产生的微塑料[19]；土壤中的微塑料作为海洋环境微塑料的主要源头之一，备受关注[20]。有学者指出，陆地环境中的微塑料丰度可能比海洋高出4～23倍，每年向农田土壤中的微塑料输入量远超过海洋中，这意味着土壤可能是比海洋更大的塑料储存库[21]，可见，土壤中微塑料污染情况严峻。而土壤中累积的微塑料会影响土壤质量、农作物生长和生物多样性，甚至可能危害人类健康。
1.2.1土壤中微塑料的来源
1.2.1.1农用地膜的广泛使用
废弃塑料、农用地膜和土壤改良剂等是土壤微塑料的源头。农用地膜是农业生产中使用的塑料薄膜的总称，其对于农作物播种和生长过程中起着增温保墒、保湿保水和防治虫害的重要作用，对世界干旱地区粮食安全有具大贡献[22]。新疆地区在20世纪80年代开始覆盖地膜种植棉花，农用薄膜质量轻、透光性好，它的大面积使用保障了棉花高产和农民的收入[23]。我国作为农业大国，农用薄膜使用量逐年上升。据报道，我国农用塑料薄膜的使用总量自2000~2021年间显著增加，从133.5万t增至235.8万t，新疆农用塑料薄膜的使用总量也从8.8万t增至26.1万t；覆膜栽培技术得到大规模推广应用，全球覆盖地膜种植面积近年持续增长，全国的地膜覆盖总面积从10624.8 kha增至17282.2 kha，新疆地膜覆盖面积从1470.3 kha增至3606.2 kha[24]。
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第2章土壤样品的采集与分析测试方法
2.1样品的采集
采样地点选取中国新疆，新疆位于中国西北部，气候干旱少雨，目前，新疆是我国最大、世界重要的棉花产区，棉花种植模式主要为覆膜种植。据统计，2022年全国棉花播种总面积为3000.3 kha，其中新疆棉花总播种面积为2496.9 kha，新疆棉花产量占到全国90.2%[75-76]。新疆地区棉花采用膜下节水滴灌连作种植，即地膜长期连续性覆盖，具有研究代表性。农田地膜覆盖量平均达到82.5 kg·ha-1。为明确典型覆膜棉田土壤微塑料的分布情况，根据农用土地利用特点，为使所采土壤样品包括不同的土壤类型，对兵团阿拉尔市和胡杨河市的不同覆膜年限棉田土壤进行随机布点，典型连续覆盖5、10、15、20、25、30年种植棉田各10个样点，共设置土壤采样点60个（见表2-1），最大面积为40 ha，最小面积为2 ha，用全球定位系统工具（Global Positioning System）定位阿拉尔市周边典型覆盖棉田50个样点和胡杨河市农场的10块典型覆膜棉田样点的地理位置，共有6个土壤剖面（0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm、40~50 cm、50~60cm），具体土壤样品采样点布点如图2-1所示（绿色采样点表示采样棉田土壤位置）。
为确保土壤样品的代表性和可比性，在每个采样点随机用正方尺框取100×100 cm的样方，采集土壤样品时，采用垂直切面的方式，长、宽、深各为100 cm、100 cm和60 cm，每10 cm土壤层深度为一层，采样过程如图2-2所示，逐层将10 cm深度的土壤挖至帆布上，自下向上逐层采集各个土层的土壤，仔细筛取0~60 cm深度各层土壤中的残留打款塑料地膜碎片（粒径大于5 mm），初步去除掉土块、棉杆和树根等杂质后装入样品袋并做好标记，同时将每一土层的土壤经5 mm的标准筛网筛选后，在各层内用铲子切取约1 kg土壤样品，并收集至标记好的棉布袋重，以避免与外部的塑料混合，每个采样点的取土深度和样品量保持一致。采集的土样在运输过程中应尽量避免挤压，以保持原有的土壤结构。在实验室内25℃干燥的环境下将样品均匀铺开自然风干，并除去肉眼可见杂质后，密封保存备用，每个样点从0~60 cm的采样深度每10 cm土壤深度为一层，共采集6个样品，从60个覆膜棉田样点共采集360份土壤样品。
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2.2农田土壤中塑料的分离
将土壤样品中按照塑料碎片、微塑料方式分类提取塑料样品，其中，粒径>5 mm为残膜样品，即大片地膜碎片样品。粒径<5 mm为微塑料样品，两种类型塑料样品提取方法如下：
2.2.1粒径>5mm塑料残膜的分离提取
采样过程中将每一层的土壤经5 mm的标准筛网筛选后，去除掉土块、棉杆和树根等杂质后装入样品袋并做好标记，筛分过程如图2-3a所示。将采样获取的塑料残膜样品带回实验室后，首先进行人工的用清水清洗掉附着在残膜上的泥土等杂物，在清洗时选择对塑料残膜碎片无损伤和不产生化学反应的洗涤剂，然后采用超声波清洗机（WN-030S，唯能超声设备有限公司）清洗去除附着在残膜表面上更细微的杂质，如图2-3b。在室内25℃阴凉干燥环境处自然晾干残膜上的水分（如图2-3c），采用电子天平（0.00001 g精度，QUINTIX35-1CN，北京赛多利斯科学仪器有限公司，中国）称取每一块残膜的重量（如图2-3d），并用Excel软件统计分类，根据称得的每个残膜碎片的重量大小，将所有的残膜碎片分为1组（0~0.010 g/片）、2组（0.010~0.025 g/片）、3组（0.025~0.050 g/片）、4组（0.05~0.100 g/片）和5组（>0.100 g/片），并统计每个组别的塑料地膜碎片的数量，进行分类计数，探究耕层残膜几何分布的分布规律。
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第3章农田土壤中塑料分布特征.....................19
3.1农田土壤中残膜的基本分布............................19
3.2残膜在土壤分层空间的分布特征................................21
第4章农田土壤中塑料形态与组成特征....................30
4.1农田土壤塑料地膜的形貌特征.................................30
4.2农田土壤微塑料的样貌形态..........................................31
第5章结论与展望........................41
5.1结论...........................41
5.2展望...................................42
第4章农田土壤中塑料形态与组成特征
4.1农田土壤塑料地膜的形貌特征
使用扫描电子显微镜对新、旧地膜样品的表面结构进行观察，新的地膜在田间种植前表面均光滑、平坦，但经过覆膜种植和机械翻耕后，残留在土壤环境环境中的地膜碎片的表面形貌都发生了显著的变化，图4-1展示了农田土壤环境中的塑料残膜的形貌特征。覆膜种植前的新地膜表面光滑无痕，纹路清晰规则且没有明显杂质（如图4-1a）；覆膜种植后，短期残留的地膜碎片的表面产生了一些较小的裂纹且出现了明显的划痕，在表面可以观测到一些凸起和微小的孔洞（图4-1b）；而长期残留在土壤环境中的地膜碎片表面就变得非常粗糙，且有许多明显的块状凸起，另外出现了破损以及剥落的情况和较深的孔洞（图4-1c），多处孔洞均变为层状结构，表现为多层式孔洞，层状结构往往面积较大且边缘破损的更加比较严重，在持续氧化产生更多的面积更大且更明显的孔洞。
农业论文参考
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第5章结论与展望
5.1结论
本文选取新疆地区典型覆膜种植棉田为研究区域对微塑料的分布特征进行研究，揭示了地膜碎片污染对土壤环境中空间分布特征，从微塑料丰度、类型、表面特征、成分等方面进行分析，重点研究这一区域的农田土壤中的微塑料空间分布状态。本文主要结论如下：
（1）覆膜种植回收不完全会为土壤中带来大量的残膜碎片，不同覆膜年限农田土壤中的塑料残膜含量差异较大，其在农田土壤中0~60 cm深度均有分布，主要分布在0~30 cm耕作层，在非耕作层土壤中也发生了明显的积累。随着覆膜年限增加，地膜残留量显著增加，5~30年残留量范围大小在40.22±5.53 kg·ha-1~164.08±8.31 kg·ha-1之间。随着土壤深度的增加，残膜碎片的残留量、数量和平均大小呈下降趋势，且较小质量的残膜数量不断增多。表明随着覆膜年限的增加，土壤中残留的塑料地膜在逐渐变得破碎化，细小的残膜不断开始向深层土壤中渗透，渗透的过程中在不断地被氧化破裂成更小的碎片，成为土壤微塑料的主要来源。
（2）微塑料分布特征研究结果说明，所有采样点中均检测到微塑料，棉田土壤中微塑料丰度范围为36.83±3.24~78.51±2.57个·100g-1（土壤），微塑料丰度值随着覆膜年限的增加显著增加（P<0.05），随着土壤深度增加而逐渐减小。微塑料一旦进入土壤环境中，便长期存在成为微塑料的重要聚集处。0~30 cm土壤层是新疆种植棉花的主要耕作层，受机械耕作作业、温度、光照等作用的塑料地膜碎片主要集中于此耕作层，使微塑料丰度主要富集在0~30 cm土壤层。微塑料0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40cm、40~50 cm、50~60 cm土层微塑料丰度值占比分别为21.80%、25.95%、19.65%、15.27%、10.55%、6.78%，在更深层的土壤中也发现微塑料的存在，表明较小粒径的微塑料可以从浅层土壤随滴灌等水分运移通过土壤的孔隙在不断的向下迁移和扩散迁移到更深的土壤层。
参考文献（略）