玛纳斯河棉区不同覆膜年限下土壤微塑料分布特征及其生态效应

来源 :新疆农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:houjhz
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地膜覆盖广泛应用于农田,地膜使用量大,残留也很严重,对农田造成的污染问题越来越严重,地膜覆盖是土壤微塑料的直接来源,微塑料有较强的吸附性,一旦进入土壤中,便会广泛的存在于土壤中,对土壤生物群落、农业生产及人体健康造成了潜在的危害。棉花是新疆主要的经济作物之一,也是人民增收的主要来源之一,由于长期使用地膜,地膜回收不及时,导致棉田中积累了大量残膜,造成了严重塑料地膜污染,改变了土壤理化性质,导致棉花质量下降、产量降低,阻碍了新疆棉花产业的可持续发展。因此探究玛纳斯河棉区不同覆膜年限下土壤微塑料分布特征及其生态效应为控制土壤微塑料污染在源头输入和防治体系提出相应解决措施具有重要的指导意义。本研究以玛纳斯河棉区为研究区,分别于2021年4月、10月对玛纳斯河棉田土壤进行了调查取样,并通过采集玛纳斯河棉田不同覆膜年限(0、5、10、20、30年),不同土层深度(0-10、10-20、20-30 cm)下的土壤样品,分析了微塑料丰度、颜色、类型、粒径以及表面形貌特征,测定其土壤理化性质、土壤酶活性、土壤微生物量碳、氮、土壤团聚体、棉花产量等指标,探讨玛纳斯河棉区不同覆膜年限下土壤微塑料分布特征及其生态效应。主要研究结果表明:(1)玛纳斯河棉田土壤中微塑料丰度范围为1565.94~3560.66片·kg-1,并随着覆膜年限的增加微塑料丰度值呈现升高趋势,且差异显著(P<0.05),微塑料丰度值随着土层深度的加深而逐渐减小趋势。玛纳斯棉田土壤微塑料类型主要有薄膜类、碎片类、纤维类和发泡类4种,其所占比例分别为16.81%、24.69%、47.39%、11.11%;微塑料的颜色包括白色透明、黑色、黄色、其他颜色,其所占比例分别为69.02%、14.78%、6.49%和9.71%;微塑料粒径随覆膜年限增加而减少,粒径<0.5 mm的微塑料所占百分比最大。玛纳斯河棉田土壤微塑料颜色丰度分布特征中以白色透明微塑料丰度值最高;在类型丰度分布特征中纤维类、碎片类、薄膜类及发泡类微塑料丰度依次递减;在粒径丰度分布特征中<0.5 mm粒径微塑料丰度值显著高于其他3种粒径,占50%以上。微塑料样品表面粗糙,且呈不规则形状,裂痕明显,多孔隙,同时,表面裂缝中夹杂着土壤颗粒等杂质,风化程度较高。(2)随着覆膜年限的增加,土壤含水量、有机质含量逐渐增加,以覆膜30年时最高,分别为11.52%,21.60 g·kg-1,土壤容重和土壤速效磷呈现先升高后降低趋势,在覆膜10年时含量最高,分别为1.40 g·cm-3、49.60 mg·kg-1,土壤电导率、速效钾、碱解氮总体呈现降低趋势;同一覆膜年限下,随着土层深度的增加,土壤含水量、电导率逐渐增加,p H值、有机质、速效磷、速效钾、碱解氮逐渐降低,土壤含水量、容重无显著性变化。在不同覆膜年限下,土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶随着覆膜年限的增加呈现先升高后降低的趋势,在覆膜10年时含量最高,分别为10.57 mg·g-1·d-1,0.86mg·g-1·d-1,0.4 mg·g-1·d-1,土壤过氧化氢酶在1.80-2.20 m L·g-1。微塑料含量增加使土壤微生物量碳含量呈现先增加后减少的趋势,最高达到205.26 mg·kg-1,微生物量氮含量逐渐降低,且土壤微生物量碳、氮表现为表层高于深层。(3)随着覆膜年限的增加小粒级团聚体比例逐渐增加,土壤团聚体各粒级的百分比中以0.25-0.053 mm的土壤质量比例更高,占各粒级的48.77%。>2 mm的土壤团聚体粒级百分随着覆膜年限的增加而减小,2-0.25 mm的土壤团聚体粒级百分无显著变化,0.25-0.053 mm的土壤团聚体粒级百分逐年增大,<0.053 mm的土壤团聚体粒级百分比呈现无规律变化。(4)在不同覆膜年限下,覆膜5年、覆膜10年、覆膜20年、覆膜30年的棉花产量分别为6765.37kg·hm-2、6709.15 kg·hm-2、6203.15 kg·hm-2、6071.96 kg·hm-2,这说明连续覆膜30年对棉花产量无显著影响。
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