【摘 要】
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塑料是人造高分子聚合物,因其耐久、轻便等特点在现代社会中得到极其广泛的应用。然而,大量塑料废弃物尤其微塑料,对陆地生态系统产生了重大的影响。目前研究推测微塑料对土壤生态系统的影响与其引起的土壤物理性质变化有密切关联。然而,当前关于微塑料影响土壤物理性质的研究结果是零散和矛盾的,因而难以系统、正确地认知微塑料对土壤物理性质的作用。基于此,本研究拟探明不同微塑料类型对土壤物理性质影响,试图揭示微塑料对
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塑料是人造高分子聚合物,因其耐久、轻便等特点在现代社会中得到极其广泛的应用。然而,大量塑料废弃物尤其微塑料,对陆地生态系统产生了重大的影响。目前研究推测微塑料对土壤生态系统的影响与其引起的土壤物理性质变化有密切关联。然而,当前关于微塑料影响土壤物理性质的研究结果是零散和矛盾的,因而难以系统、正确地认知微塑料对土壤物理性质的作用。基于此,本研究拟探明不同微塑料类型对土壤物理性质影响,试图揭示微塑料对土壤物理质量的作用机理。同时,还探究了热处理和添加天然有机物是否能消减微塑料对土壤性质的影响。本研究通过培养实验研究了两种微塑料,即聚酯微纤维(PMF,0%、0.1%、0.3%和1%土壤干重)和低密度聚乙烯微膜(LDPE,0%、0.1%、0.3%土壤干重),与天然有机物(黑杨(Populus nigra)叶凋落物(OM,0%,1%,3%土壤干重))对土壤物理结构、土壤持水能力以及天然有机物累积量的影响。本研究还探讨了热处理对聚酯微纤维污染土壤理化性质及其复原力的影响。主要研究结果如下:(1)本研究探讨了微塑料对土壤物理结构的作用,试图揭示微塑料对土壤结构稳定性和孔隙的影响。结果表明,与不添加微塑料(CK)相比,PMF和LDPE的添加均显著降低了土壤MWD,但是其对土壤中<30μm孔隙和>60μm孔隙数量均无显著影响。添加聚酯微纤维的土壤热处理后(HPMF),HPMF对土壤MWD无影响。1.0%HPMF处理与0%HPMF处理相比显著增加了土壤中<30μm孔隙数量,而降低了土壤中>60μm孔隙数量。土壤中添加OM能够消减LDPE处理对土壤MWD的影响,但是其无法改变PMF处理对土壤MWD的影响。HPMF处理在OM添加后对土壤MWD、<30μm孔隙和>60μm孔隙数量均无显著差异。由此表明,PMF和LDPE的添加可能会降低土壤结构稳定性。热处理改变了PMF对土壤物理结构的影响。OM的添加不能改变PMF对土壤结构的影响,但是其消减了LDPE和PMF的作用。(2)通过探究不同类型的微塑料对低吸力下,土壤水分特征曲线(SWCC)以及土壤水分常数的影响,试图揭示微塑料影响土壤持水能力的机理。模型分析表明,van Genuchten模型对低吸力段SWCC拟合度最好。与CK相比,PMF的添加显著降低了土壤的大孔隙空间(MPS)、滞后现象(H)和孔隙分布指数(I),然而其显著增加了土壤的进水值(ψw),但是其对土壤的进气值(ψa)、田间持水量、有效水、最大吸湿水量和凋萎系数无影响。LDPE的添加对低吸力下SWCC参数、土壤的水分常数均无影响。热处理后,HPMF处理对土壤的MPS、I、ψa、田间持水量、最大吸湿水量和凋萎系数均无显著影响。但是1.0%HPMF处理与0%HPMF处理相比显著增加了土壤的H、田间持水量和有效水,并显著降低了ψw。土壤添加OM后,改变了PMF和HPMF对低吸力下土壤水分特征曲线和水分常数的影响。由此表明:不同类型的微塑料对土壤水含量有不同的影响效应。丝状的PMF增加土壤持水能力,但是片状的LDPE对土壤持水能力无影响。热处理虽然已经使聚酯微纤维融化,但是融化的聚酯微纤维对土壤持水能力的作用仍然存在。(3)本实验探究不同类型的微塑料对土壤中天然有机碳累积量的影响,试图明确微塑料对土壤中天然有机物分解的作用。结果表明,土壤中天然有机碳的累积量随着PMF和HPMF浓度的增加而降低,LDPE的添加对土壤天然有机碳累积无显著影响。由此表明,PMF促进了天然有机物的分解,而LDPE对其无影响。PMF经热处理后仍然影响土壤天然有机碳的累积。本研究表明,添加聚酯微纤维和低密度聚乙烯均降低了土壤结构稳定性,但其对土壤孔隙分布特征均无显著影响。不同类型的微塑料对土壤持水能力影响不同。低密度聚乙烯的添加对土壤持水能力无显著影响,但聚酯微纤维的添加增加了土壤持水能力。聚酯微纤维经热处理后改变了土壤物理性质和土壤持水能力。添加天然有机质以及热处理能够部分消减微塑料对土壤物理性质的部分影响。无论热处理与否,添加聚酯微纤维均促进了土壤中天然有机物的分解。
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