王志超，孟 青，于玲紅，楊文煥，李衛(wèi)平，楊建林，楊 帆

·農業(yè)生物環(huán)境與能源工程·

內蒙古河套灌區(qū)農田土壤中微塑料的賦存特征

王志超，孟 青，于玲紅，楊文煥，李衛(wèi)平※，楊建林，楊 帆

（內蒙古科技大學能源與環(huán)境學院，包頭 014010）

為闡明內蒙古河套灌區(qū)農田土壤中微塑料的賦存特征及其與覆膜年限、灌溉類型等的響應關系，該文采用田間取樣與室內試驗相結合的方法進行了系統研究，分析了研究區(qū)地膜覆膜現狀，并考慮覆膜年限（覆膜5、10、20 a）及灌水方式（滴灌和畦灌）2個因子，探索了河套灌區(qū)農田土壤中微塑料的豐度、類型、顏色、粒徑等賦存特征，并通過掃描電鏡、能譜儀等對微塑料表面特征及表面附著物進行觀察與分析。結果表明：內蒙古河套灌區(qū)不同覆膜年限下（5、10、20 a）土壤中微塑料平均豐度分別為2 526.00、4 352.80、6 070.00 個/kg，單層土的微塑料含量最大值（2 133.50 ind/kg）出現在覆膜20 a的0～10 cm土層，最小值（678.00 個/kg）出現在覆膜5 a的>20～30 cm土層；不同覆膜年限和灌溉類型影響土壤微塑料豐度，滴灌農田微塑料豐度值略大于畦灌農田，在不同土層深度上微塑料豐度值隨土層深度增加逐漸減??；微塑料類型主要有纖維類（23.34%）、碎片類（26.31%）、薄膜類（38.57%）和顆粒類（11.78%）等4種，且薄膜類在不同土層占比都較高，微塑料顏色包括黑色、透明、綠色、紅色、藍色等，比例分別為24.56%、23.83%、19.34%、16.52%和15.75%，其中0～10 cm土層中微塑料以黑色為主，占比30.25%，在>10～20、>20～30 cm土層中微塑料以透明為主，占比30.15%和29.23%，粒徑則隨覆膜年限增加而呈逐漸減少趨勢，粒徑小于1 mm的微塑料居多，隨著覆膜年限的增加，微塑料粒徑在0～10、>10～20、>20～30 cm土層間的差異逐漸減小，且粒徑大小與灌溉類型無顯著關系（>0.05）；微塑料樣品表面特征粗糙，呈現不規(guī)則孔隙，纖維類、薄膜類和碎片類微塑料均具有較多規(guī)則微小孔隙，而顆粒類微塑料表面孔隙則不規(guī)則且呈凹凸狀，土壤中微塑料的多孔特性造成微塑料比表面積增大，進而增加對土壤中其他污染物和微生物的吸附；微塑料的表面孔隙附著有機體和污染物，表面存在穩(wěn)定的鐵氧化物、稀土元素等，并容易形成有機－無機復合污染效應。研究對于明晰微塑料在河套灌區(qū)土壤中的分布現狀及危害具有重要意義。

農田；土壤；微塑料；分布特征；灌溉；河套灌區(qū)

0 引 言

微塑料（microplastics，MPs）是指粒徑小于5 mm的塑料纖維、顆?；蛘弑∧1]，與大塊塑料相比，微塑料具有體積小[2]、比表面積大[3]、吸附污染物能力強[4]、環(huán)境危害性更大且更持久[5]等特點。已有研究表明，微塑料在全球分布十分廣泛，無論是在海洋[6]、陸地[7]還是在人類活動較少的島嶼[8]，甚至極地冰川[9]、中國青藏高原湖泊內[10]都有發(fā)現，在2016年召開的第二屆聯合國環(huán)境大會上，微塑料污染被列入環(huán)境與生態(tài)科學研究領域的第二大科學問題，成為與全球氣候變化、臭氧耗竭等并列的重大全球環(huán)境問題[11]。微塑料的來源除化妝品、牙膏內含有的微塑料顆粒（初級微塑料）[12]外，更重要的是由大塊塑料經物理、化學和生物降解作用形成的次級微塑料[13]，大量微塑料經土壤、徑流等最終匯入海洋，并沿食物鏈進行傳遞、累積，進而影響整個生態(tài)系統，最終將對人類健康產生巨大危害[14]。

目前關于微塑料的污染效應研究主要集中在海洋，而陸地土壤作為海洋中微塑料的“源”，其相關研究更應該受到重視，但目前國內外關于土壤中微塑料的豐度、賦存特征、危害等的研究尚不多見。通過對中國滇池附近農田及森林土壤中微塑料分布開展研究，Zhang等[15]發(fā)現其微塑料平均含量達到18 760個/kg，最高甚至達到42 960個/kg，且絕大多數微塑料尺寸都小于1 mm。在歐洲，某污泥農田中微塑料含量高達1 000～4 000個/kg[16]；在澳大利亞，某工業(yè)園區(qū)土壤中微塑料含量高達6.7%[17]。由于農業(yè)生產及人類生活產生的大量塑料垃圾進入土壤后，對土壤中的物質循環(huán)和能量流動產生重要影響，土壤的物理特性、化學特性、生物多樣性也就不可避免的發(fā)生變化[18]。Rillig[19]于2012年在世界范圍內較早地開展了微塑料在土壤中的危害研究，研究表明土壤中微塑料積累到一定值后會影響土壤固有的功能及性質。隨后，微塑料對土壤物理特性及土壤中動物、微生物等的影響研究也越來越受到國內外學者的重視[20]，Rodriguez-Seijo等[21]研究了不同微塑料含量對土壤中蚯蚓的毒理效應，發(fā)現當土壤中微塑料含量大于125 mg/kg時，會明顯的造成蚯蚓組織損傷，并且微塑料顆粒也會不同程度的引起蚯蚓免疫反應；Liu等[22]利用設置不同濃度微塑料的方法，研究了不同濃度微塑料對土壤可溶性有機碳、可溶性有機氮、可溶性有機磷及部分酶活性的影響，發(fā)現高微塑料含量會顯著增加土壤中可溶性有機碳、可溶性有機氮、可溶性有機磷的含量，對土壤環(huán)境造成重要影響。而內蒙古河套灌區(qū)使用地膜覆蓋已有超過20 a的歷史，近年來地膜使用量更是呈現持續(xù)增長之勢，同時，由于回收機械不完備、回收機制不健全等原因導致大量的塑料制品長期殘留在土壤中。據研究，河套灌區(qū)農田中殘膜面積以0～4和4～20 cm2的殘膜為主，分別占殘膜總片數的31.06%和27.81%，連續(xù)覆膜耕作20 a后農田中的地膜殘留強度達到了90.75 kg/hm2[23-24]。大量塑料殘膜經風化作用變小后逐步集聚到土壤更深層，加之人類生產生活中的大量化妝品、紡織品、塑料制品等形成的各類初級和次級微塑料也直接或間接地進入河套灌區(qū)土壤中，造成土壤中大量的微塑料富集。

故本文以河套灌區(qū)大規(guī)模地膜覆蓋為背景，開展河套灌區(qū)土壤中微塑料的豐度、類型、顏色、粒徑等賦存特征研究，對于明晰微塑料在河套灌區(qū)土壤中的分布現狀及危害具有重要意義，并可為河套灌區(qū)大規(guī)模覆膜種植的可持續(xù)發(fā)展提供指導。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

河套灌區(qū)是中國3個特大型灌區(qū)之一，是中國重要的商品糧、油生產基地[23]，受年均蒸發(fā)量大（約2 200 mm），年均降水量?。s150 mm）等因素影響，地膜覆蓋已成為河套灌區(qū)重要的農藝措施，平均地膜使用量已達45 kg/hm2[24]，特別是膜下滴灌技術大規(guī)模推廣后，覆膜種植更是在河套灌區(qū)得到了跨越式發(fā)展。研究區(qū)位于河套灌區(qū)上游巴彥淖爾市磴口縣，該區(qū)域既有覆膜種植已超20 a的傳統農田，也有近年來新開墾的農田，種植作物主要為玉米和葵花。

1.2 取樣點設置和樣品采集

于2019年作物種植前，選取研究區(qū)不同覆膜年限（5、10、20 a）及不同灌溉類型（畦灌、滴灌）田塊作為取樣點，共設置6個取樣點，每個取樣點設置3組重復取樣，取樣點概況見表1。每個取樣點處選取50 cm×50 cm的正方形樣方，于0～10、>10～20、>20～30 cm土層進行分層取樣，相互不混合，清除大的可見垃圾后，裝入采樣袋帶回實驗室，平鋪于桌面并置于避光處烘干備用。

表1 取樣點概況

1.3 土壤樣品的處理及微塑料的分離

采用飽和氯化鈉溶液密度分離法從土壤樣品中提取微塑料。將土壤樣品置于烘箱中100 ℃烘24 h后放入燒杯中，加入1.2 g/mL飽和氯化鈉溶液并進行超聲2 min，用玻璃棒將混合物攪拌30 min，靜置24 h后將包括微塑料在內的上清液收集到錐形瓶中。超聲、攪拌、收集上清液等步驟重復3次，以保證將土壤中的微塑料進行充分提取。隨后將濃度為30%的H2O2溶液加入上清液中并充分混合，置于50 ℃的搖床中消解72 h，以保證充分消解上清液中的有機物等。最后，用真空抽濾裝置過濾，采用孔徑為0.45m的玻璃纖維素濾膜，真空抽濾過后，將濾膜置于玻璃培養(yǎng)皿中備用。為防止外源污染，微塑料的分離、提取和觀察等均在潔凈密閉的環(huán)境中進行，且使用錫箔紙將放有濾膜的培養(yǎng)皿覆蓋。

1.4 微塑料的計數及特性分析

將通過密度分離法得到的濾膜置于蔡司顯微鏡（Axio Scope A1，Germany）下進行觀察，并通過蔡司顯微鏡的計數功能進行微塑料的計數；使用激光共聚焦顯微鏡（Olympus，OLS4000）進行微塑料的外觀及形態(tài)特征分析，并通過激光共聚焦顯微鏡的拍照功能進行拍照，拍照時記錄放大倍數并在該倍數下進行微塑料的尺寸測量；利用掃描電鏡-能譜儀（QUANTA 400，Fei，the USA）對微塑料表面特征及表面附著物進行觀察與分析，觀察前需將微塑料顆粒分離到樣條表面的導電膠上，并對其進行鍍金（Au）處理。

1.5 豐度值計算方法

豐度值為每單位質量土壤中微塑料的數量

式中表示豐度值，個/kg；表示微塑料的數量，個；表示土壤烘干后質量，kg。

1.6 數據處理

采用Excel 2007進行數據處理，Origin 8.0進行制圖，SPSS 17.0進行方差分析。

2 結果與討論

2.1 不同覆膜年限及灌溉類型對土壤中微塑料豐度的影響

各采樣點土壤中均檢測出微塑料存在（圖1a），并且隨覆膜年限增加微塑料豐度值呈顯著升高趨勢（0.05），其中覆膜5、10、20 a后河套灌區(qū)土壤中2種灌溉類型下微塑料平均豐度值分別為2 526.00、 4 352.80、6 070.00個/kg，最大豐度值為覆膜20 a且處于滴灌條件下的S6點，豐度值達到6 262.50個/kg，這是由于隨覆膜年限增加大量殘留農膜風化、降解后變?yōu)槲⑺芰希鸩椒e累于農田土壤中，且因殘留農膜長期得不到有效治理，導致覆膜時間越長累積效應愈加明顯；不同覆膜年限下0～30 cm土層中微塑料豐度值的年平均增長速率也表現出顯著差異（<0.05），0～30 cm土層中覆膜5～10、10～20 a微塑料豐度值的年平均增長速率分別為14.46%、3.95%，故隨覆膜年限的增加，0～30 cm土層中微塑料豐度值的增長速率呈降低趨勢，產生這種現象的原因可能是隨覆膜年限增加，部分微塑料顆粒通過農業(yè)耕種等農藝翻耕措施、土壤動物、農業(yè)灌溉等原因逐漸遷移到30 cm以下土層。另由圖1a可知，灌溉類型也是影響微塑料豐度值的因素之一，在同等覆膜年限下，均表現出滴灌農田比畦灌農田微塑料豐度值高的特點，盡管該差異在同等覆膜年限下未呈顯著性，但S2較S1、S4較S3、S6較S5微塑料豐度值分別增長了5.74%、13.53%和6.55%，說明微塑料豐度值一定程度上在滴灌農田要高于畦灌農田；結合已有相關研究分析可知，造成這種現象的原因可能是滴灌覆膜下受滴灌帶等因素的影響，殘留農膜的破碎率顯著高于畦灌，進而造成殘膜回收率降低，使得農田中微塑料豐度值也隨之升高[25]。

對每個采樣點不同土層深度微塑料豐度值進行分析（圖1b），結果顯示微塑料豐度值呈現在0～10、>10～20、>20～30 cm土層中逐漸減小的趨勢，0～10、>10～20、>20～30 cm土層微塑料豐度值占比分別為35.07%、33.43%和31.50%。不同土層深度微塑料最大豐度值出現在S6樣點（覆膜20 a）的0～10 cm土層，為2 133.50個/kg，微塑料最小豐度值出現在S1樣點（覆膜5 a）的20～30 cm土層，為678.00個/kg。另外，隨著覆膜年限的增加，微塑料豐度值在不同土層深度間的差異逐漸減小，其中覆膜5 a后0～10、>10～20、>20～30 cm土層微塑料的豐度值分別占37.13%、33.96%、28.91%，覆膜10 a后該占比分別為35.29%、33.45%、31.26%，覆膜20 a后該占比分別為34.05%、33.20%、32.75%。產生這種現象的原因一是土壤中的殘留農膜以0～10 cm土層居多[25]，故大塊塑料降解后的微塑料也表現為上層土壤豐度值大，且受每年作物播種前土壤翻耕等因素影響，上層土壤中的微塑料逐漸由土壤表層向土壤深層移動，耕種時間越長微塑料向土壤深層遷移量越大，故各土壤之間的微塑料豐度值差異逐漸減??；二是由于微塑料粒徑較小，在雨水及灌水等作用影響下，隨土壤中水分的運移在土壤孔隙中進行水平或豎直方向的遷移，進而由土壤表層向深層移動；三是受蚯蚓等土壤動物的影響，因微塑料極易被蚯蚓等土壤動物誤食或附著在土壤動物表面，隨土壤動物在土壤中的活動，不僅增大了土壤的孔隙率，也擴大了微塑料的遷移范圍，致使微塑料逐步向更深層土壤遷移。與大塊塑料殘膜在0～10 cm土層內占總殘膜量的64.89%相比[25]，雖然在0～10 cm土層內微塑料豐度值占比較多（35.07%），但與其他土層相比并不顯著，這表明大量土壤表層的微塑料遷移到了土壤深層，故微塑料比大塊塑料表現出了更強的遷移特性，其污染更應受到關注。

圖1 覆膜年限及灌溉類型對殘膜分布的影響

2.2 河套灌區(qū)農田土壤中微塑料的外形特性分析

2.2.1 土壤中微塑料的類型及顏色

河套灌區(qū)農田土壤中微塑料的類型主要包括纖維類、碎片類、薄膜類和顆粒類（圖2），在0～30 cm范圍內4種類型微塑料的數量比例為23.34%、26.31%、38.57%和11.78%（圖3a）。

圖2 土層中微塑料類型

其中，薄膜類微塑料占比最大，在0～10、>10～20、>20～30 cm土層內分別達到42.25%、38.35%和35.12%，其次是碎片類微塑料，在3種土層內的占比為24.13%、29.29%和25.52%，而顆粒類微塑料在3種土層內的占比則較小。這是由于河套灌區(qū)農田中的微塑料主要來自于殘留農膜的風化和降解，大量的大片殘膜主要先降解為薄膜狀和碎片狀，進而再降解為纖維狀和顆粒狀，但因為塑料農膜大都由聚乙烯等材料制成，具有穩(wěn)定的化學特性，這一過程往往需要幾十年甚至幾百年的時間，故薄膜類和碎片類微塑料整體占比較大。本研究共檢出5種顏色微塑料，分別為黑色、透明、綠色、紅色、藍色，如圖3b所示。由圖3b可知，河套灌區(qū)農田中微塑料的顏色主要以黑色和透明為主，在5種顏色微塑料中，0～30 cm土層范圍內黑色和透明的微塑料分別占微塑料總數的24.56%和23.83%，這與河套灌區(qū)主要覆蓋黑色和透明地膜的實際情況相符。在0～10 cm土層范圍內，黑色微塑料居多，占30.25%，這可能是由于黑色殘膜在土壤表層更易接受太陽光輻射，風化及降解速率更快造成的；在>10～20、>20～30 cm土層范圍內則以透明微塑料居多，分別占該層微塑料總數的30.15%和29.23%。另由微塑料的顏色分析可知，除黑色和透明微塑料外，河套灌區(qū)土壤中還檢測出紅色（16.52%）、綠色（19.34%）和藍色（15.75%）微塑料，這表明河套灌區(qū)農田中的微塑料并不是全部來自于殘留農膜的風化和降解，其還有可能來源于地表徑流灌溉[26]、有機肥長期使用[27]和大氣沉降[28]等。

圖3 不同土層深度微塑料的類型和顏色分布

2.2.2 土壤中微塑料的粒徑

各采樣點微塑料的粒徑分布特性如圖4所示，由圖4可知河套灌區(qū)土壤中微塑料的粒徑主要在3 mm以下，并且隨覆膜年限增加，小粒徑（<1 mm）微塑料占比呈顯著升高（<0.05），其中，覆膜5 a時粒徑<1、1～<3、3～5 mm的微塑料比例分別為33.49%、32.49%和34.02%；覆膜10 a時粒徑<1、1～<3、3～5 mm的微塑料比例分別為42.49%、31.49%和26.02%；覆膜20 a時粒徑<1、1～<3、3～5 mm的微塑料比例分別為52.13%、31.92%和15.95%；另外，覆膜5～20 a后0～30 cm土層范圍內粒徑<1、1～<3、3～5 mm的微塑料年均增長（或降低）速率分別為0.04%、?0.10%、?3.53%，這表明因殘膜回收機制不健全等原因，隨覆膜年限增加大量殘留農膜經長時間的風化、降解等作用，逐步降解為大粒徑微塑料，而后又進一步降解為小粒徑微塑料，從而使得小粒徑微塑料占比逐漸增大，且其年均增長（或降低）速率的絕對值也隨粒徑增大而逐漸增大。另由圖4a可知，灌溉類型對微塑料粒徑的大小無顯著影響，在同等覆膜年限下，滴灌農田和畦灌農田微塑料粒徑差異不大。不同土層深度微塑料粒徑分布不同（圖4b），結果顯示微塑料粒徑在0～10、>10～20、>20～30 cm土層逐漸減小，在0～10 cm土層范圍內微塑料粒徑<1、1～<3、3～5 mm的含量分別為40.78%、33.15%和26.07%；在>10～20 cm范圍內微塑料粒徑<1、1～<3、3～5 mm的含量分別為43.59%、34.92%和21.49%；在>20～30 cm范圍內微塑料粒徑<1、1～<3、3～5 mm的含量分別為45.12%、35.02%和19.86%。另外，隨著覆膜年限的增加，微塑料粒徑在0～10、>10～20、>20～30 cm土層間的差異逐漸減小，這主要與微塑料在不同土層間的遷移運動有關。

圖4 微塑料的粒徑分布

2.3 河套灌區(qū)農田土壤中微塑料的微觀特性分析

2.3.1 土壤中微塑料的表面特征

為進一步分析微塑料表面形貌及環(huán)境對其侵蝕、老化的影響，通過掃描電鏡對不同類型的微塑料進行表面形貌特征分析，如圖5所示?？傮w而言，微塑料的表面形貌特征錯綜復雜，各種類型微塑料表面特征均有差異，這與微塑料的化學成分復雜有密切關系。纖維類微塑料（圖5a）仍保持塑料原來的絲狀結構，這可能是由于選取的樣品在環(huán)境中暴露時間不長，表面風化現象不明顯，經分析該類型微塑料可能為繩索、化肥袋等的遺留物；碎片類微塑料則邊緣風化嚴重，表面有許多沿同一方向的劃痕存在（圖5b）；薄膜類微塑料裂解成碎片狀，邊緣無固定形狀且邊緣破損比較明顯（圖5c），其可能來源于農用薄膜、食品包裝袋等塑料制品；顆粒類微塑料棱角突起，表面縱向撕裂較明顯，且存在孔狀結構（圖5d），其來源可能是滴灌帶等長期暴露在環(huán)境中風化碎裂所遺留。環(huán)境中的微塑料表面結構粗糙、多孔，故表面孔隙也是微塑料表面特征的另一重要參數，4種微塑料類型都表現出不同性質的微孔特征。纖維類和薄膜類微塑料具有較多均勻裂解形成的微小孔隙（圖5a、5c），測量發(fā)現微孔長度大于70m，且裂孔結構復雜、粗糙；碎片類微塑料由于紫外線照射及風化的原因，其變得易斷裂，且出現縱向撕裂形成的規(guī)則微孔，裂痕長度大于50m，寬度約為10m；顆粒類微塑料表面則沒有規(guī)則的裂化，但表現出凹凸不平的表面特性。綜上可知，河套灌區(qū)農田土壤中微塑料均表現出表面多孔、風化明顯等特點，而Corcoran等[29]則認為微塑料表面與線性裂紋平行的邊緣具有優(yōu)先氧化的特性，故土壤中微塑料的多孔特性將造成微塑料比表面積增大，進而增加對土壤中其他污染物和微生物的吸附，造成更為嚴重的復合污染效應。

圖5 不同類型微塑料的掃描電鏡圖

2.3.2 土壤中微塑料表面的元素組分特征及其鑒別

為對微塑料多孔特性所帶來的富集效應進行研究，本文通過使用SEM-EDS能譜儀對微塑料表面的元素組成進行分析，結果如圖6所示。圖6表明，微塑料表面吸附有Si、Fe、Al、Ca等多種外來元素，由于氧元素的存在，使得Si、Fe、Al等元素均以氧化物的形式存在（如SiO2、Al2O3等），其中鐵氧化物在環(huán)境中以水鐵礦（Si元素的一部分來源）、赤鐵礦等多種形態(tài)存在，這說明土壤中微塑料多孔的表面特性使其吸附了土壤中的其他物質，使得微塑料表面特征更加復雜。另外，圖6中還發(fā)現了稀土元素La、Ce的存在，這表明微塑料除了對常見元素表現出吸附作用外，還會造成稀土元素的聚集，這可能是因為內蒙古自治區(qū)稀土儲量豐富有關，在自然環(huán)境的作用下，研究區(qū)土壤中也含有相關稀土元素，進而鑲嵌或吸附于多孔的微塑料上。

圖6 微塑料局部的SEM-EDS圖

3 結 論

本文研究了內蒙古河套灌區(qū)農田土壤中微塑料的豐度、類型、顏色、粒徑等賦存特征及其與覆膜年限和灌溉類型的響應，并通過掃描電鏡、能譜儀等對微塑料表面特征及表面附著物進行觀察與分析，主要結論如下：

1）內蒙古河套灌區(qū)典型研究區(qū)（磴口縣）微塑料豐度值隨覆膜年限的增加而增加（<0.05），且不同覆膜年限下（5、10、20 a）河套灌區(qū)土壤中微塑料平均豐度值分別為2 526.00、4 352.80、6 070.00 個/kg，不同灌溉類型下微塑料豐度也略有差異，表現為滴灌>畦灌。微塑料豐度值在不同土層深度上呈現隨土層深度增加逐漸減小趨勢。

2）河套灌區(qū)微塑料類型主要有纖維類、碎片類、薄膜類和顆粒類4種，在0～30 cm范圍內這4種類型微塑料的比例分別為23.34%、26.31%、38.57%和11.78%；微塑料的顏色包括黑色、透明、綠色、紅色、藍色等，其所占比例分別為24.56%、23.83%、19.34%、16.52%和15.75%；微塑料粒徑隨覆膜年限增加而減少，粒徑<1 mm的微塑料類型所占百分比最大，且隨土層深度增加微塑料粒徑呈現逐漸減小趨勢。

3）河套灌區(qū)土壤中微塑料樣品表面形貌特征隨類型的不同而呈現差異，主要表現為表面粗糙度、不規(guī)則孔隙等。纖維類、薄膜類和碎片類微塑料都具有較多規(guī)則微小孔隙，而顆粒類微塑料表面孔隙不規(guī)則，且表面凹凸。微塑料的表面孔隙附著穩(wěn)定的鐵氧化物、稀土元素，容易與微塑料復合形成復合污染效應。

[1]Thompson R C, Olsen Y, Mitchell R P, et al. Lost at sea: Where is all the plastic[J]. Science, 2004, 304(5672): 838－838.

[2]Besseling E, Sun M. Fate of nano-and microplastic in freshwater systems: A modeling study[J]. Environmental Pollution, 2017, 220: 540－548.

[3]簡敏菲，周隆胤，余厚平，等. 鄱陽湖-饒河入湖段濕地底泥中微塑料的分離及其表面形貌特征[J]. 環(huán)境科學學報，2018，38(2)：579－586.

Jian Minfei, Zhou Longyin, Yu Houping, et al. Separation and surface morphology of microplastics in wetland sediment of poyang lake-raohe reach[J]. Journal of Environmental Science, 2018, 38(2): 579－586. (in Chinese with English abstract)

[4]Wu W M, Yang J, Criddle C S. Microplastics pollution and reduction strategies[J/OL]. Frontiers of Environmental Science & Engineering, 2017, 11(1): 6.

[5]Cózar A, Echevarría F, González-Gordillo J I, et al. Plastic debris in the open ocean[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2014, 111: 10239－10244.

[6]Isobe A, Uchiyama-Matsumoto K, Uchida K, et al. Microplastics in the Southern Ocean[J]. Marine Pollution Bulletion, 2017, 114(1): 623－626.

[7]Besley A, Vijver M G, Behrens P, et al. A standardized method for sampling and extraction methods for quantifying microplastics in beach sand[J]. Marine Pollution Bulletion, 2017, 114(1): 77－83.

[8]Amélineau F, Bonnet D, Heitz O, et al. Microplastic pollution in the Greenland Sea: Background levels and selective contamination of planktivorous diving seabirds [J]. Environmental Pollution, 2016, 219: 1131－1139.

[9]Obbard R W, Sadri S, Wong Y Q, et al. Global warming releases microplastic legacy frozen in Arctic Sea ice[J]. Earth's Fut, 2014, 2(6): 315－320.

[10]Zhang K, Su J. Microplastic pollution of lakeshore sediments from remote lakes in Tibet plateau, China[J]. Environmental Pollution, 2016, 219: 450－455.

[11]王菊英，林新珍. 應對塑料及微塑料污染的海洋治理體系淺析[J].太平洋學報，2018，26(4)：79－87.

Wang Juying, Lin Xinzhen. Brief analysis of Marine treatment system for plastic and microplastic pollution[J]. Pacific Journal, 2018, 26(4): 79－87. (in Chinese with English abstract)

[12]Browne M A, Crump P, Niven S J, et al. Accumulation of microplastic on shorelines woldwide: Sources and sinks[J]. Environmental Science and Technology, 2011, 45: 9175－9179.

[13]Stolte A, Forster S, Gerdts G, et al. Microplastic concentrations in beach sediments along the German Baltic coast[J]. Marine Pollution Bulletion, 2015, 99: 216－229.

[14]Zhao S, Zhu L, Wang T, et al. Suspended microplastics in the surface water of the Yangtze Estuary System, China: First observations on occurrence, distribution[J]. Marine Pollution Bulletin, 2014, 86(1/2): 562－568.

[15]Zhang G S, Liu Y F. The distribution of microplastics in soil aggregate fractions in southwestern China[J]. Science of the Total Environment, 2018, 642: 12－20.

[16]Zubris K A V, Richards B K. Synthetic fibers as an indicator of land application of sludge[J]. Environmental Pollution, 2005, 138(2): 201－211.

[17]Fuller S, Gautam A. A procedure for measuring microplastics using pressurized fluid extraction[J]. Environmental Science & Technology, 2016, 50(11): 5774－5780.

[18]Nizzetto L, Futter M, Langaas S. Are agricultural soils dumps for microplastics of urban origin?[J]. Environmental Science & Technology, 2016, 50(20): 10777－10779.

[19]Rillig M C. Microplastic in terrestrial ecosystems and the soil[J]. Environmental Science & Technology, 2012, 46(12): 6453－6454.

[20]Nizzetto L, Bussi G, Futter M N, et al. A theoretical assessment of microplastic transport in river catchments and their retention by soils and river sediments[J].Environmental Science Processes & Impacts, 2016, 18(8): 1050－1059.

[21]Rodriguez-Seijo A, Louren?o J, Rocha-Santos T A, et al. Histopathological and molecular effects of microplastics in Eisenia andrei Bouché [J]. Environmental Pollution, 2016, 220: 495－503.

[22]Liu H F, Yang X M, Liu G B, et al. Response of soil dissolved organic matter to microplastic addition in Chinese loess soil[J]. Chemosphere, 2017, 185: 907－917.

[23]王志超. 農膜殘留對土壤水分運移的影響及模擬研究[D].呼和浩特：內蒙古農業(yè)大學，2017.

Wang Zhichao. Effects of Agricultural Film Residue on Soil Water Transport and Simulation Study[D]. Hohhot: Inner Mongolia Agricultural University, 2017. (in Chinese with English abstract)

[24]王志超，李仙岳，史海濱，等. 農膜殘留對砂壤土和砂土水分入滲和蒸發(fā)的影響[J]. 農業(yè)機械學報，2017，48(1)：198－205.

Wang Zhichao, Li Xianyue, Shi Haibin, et al. Effects of agricultural film residue on water infiltration and evaporation in sandy loam and sandy soil[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2017, 48(1): 198－205. (in Chinese with English abstract)

[25]王志超，李仙岳，史海濱，等. 覆膜年限及灌水方法對河套灌區(qū)農膜殘留的影響[J]. 農業(yè)工程學報，2017，33(14)：159－165.

Wang Zhichao, Li Xianyue, Shi Haibin, et al. Effects of film mulching duration and irrigation methods on agricultural film residue in hetao irrigation area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(14): 159－165. (in Chinese with English abstract)

[26]Di M, Wang J. Microplastics in surface waters and sediments of the Three Gorges Reservoir, China[J]. Science of the Total Environment, 2018, 616: 1620－1627.

[27]Bl?sing M, Amelung W. Plastics in soil: Analytical methods and possible sources[J]. Science of the Total Environment, 2018, 612: 422－435.

[28]Dris R, Gasperi J, Saad M, et al. Synthetic fibers in atmospheric fallout: A source of microplastics in the environment?[J]. Marine Pollution Bulletin, 2016, 104(1/2): 290－293.

[29]Corcoran P L, Biesinger M C, Grifi M. Plastics and beaches: A degrading relationship[J]. Marine Pollution Bulletin, 2009, 58(1): 80－84.

Occurrence characteristics of microplastics in farmland soil of Hetao Irrigation District, Inner Mongolia

Wang Zhichao, Meng Qing, Yu Linghong, Yang Wenhuan, Li Weiping※, Yang Jianlin, Yang Fan

(,014010,)

In order to study the characteristics of microplastics and its response relationship with mulching years, irrigation methods in the farmland soil of Hetao Irrigation District, field sampling and indoor experiments were used in combinationfor in-depth study. This paper mainly analyzed the current situation of plastic film mulching in Hetao Irrigation District by considering the effects of mulching years (5, 10, 20 a) and irrigation methods (drip irrigation and surface irrigation under film mulching). The abundance, type, color, particle size and other distribution characteristics of microplastics in the farmland soil were analyzed and other microplastic surface features and attachments also were observed and discussed, which was supported by scanning the electric microscope and energy spectrometer.The results showed that the average abundance of microplastics in soil under the different mulching years (5, 10, 20 a) in Hetao Irrigation District was 2 526.00, 4 352.80, 6 070.00 pieces/kg. The maximum microplastic was 2133.50 pieces/kg in every layer of soil appeared at 0-10 cm soil layer by mulching 20 a, and the minimum microplastic was 678.00 pieces/kg at 20-30 cm soil layer by mulching 5 a. The average annual increasing rate of microplastics was 14.46% in the early stage (5-10 a), while the increasing rate in the later stage (10-20 a) was 3.95%. The abundance of soil microplastics was affected by different plastic-mulching years and irrigation methods. The abundance of microplastic in drip irrigation farmland was slightly larger than the surface irrigation farmland, and it decreased with the increase of soil depth. By further analysis, the major categories of microplastics were fibers (23.34%), fragments (26.31%), films (38.57%) and grains (11.78%);the colors of microplastics included black, transparent, green, red, blue, etc., with the proportions 24.56%, 23.83%, 19.34%, 16.52% and 15.75% respectively.In the 0-10 cm soil layer, the main color of microplastics was black and it accounted for 30.25% of the total microplastic; in the >10-20 and >20-30 cm soil layer, the main color of microplastics were transparent, accounted for 30.15% and 29.23% of the total microplastic. The particle size exhibited a downward trend with the increase of the mulching years, and the majority of particle size less than 1 mm. In addition, with the increase of mulching years, microplastics particle size in >0-10, >10-20, >20-30 cm soil layer was gradually decreased, and there was no significant relationship between size and irrigation method (>0.05). The surface features of microplastic samples were rough and irregular pores existed on it, and fiber, thin film and fragments microplastics had regular micropores, while the grain microplastic surface pores were irregular and concave. The porous properties of microplastics in soil made the characteristic of greater specific surface area carried by it. This characteristic could increase the adsorption of other pollutants and microorganisms from the soil;and there were stable iron oxides and rare earth elements on the surface. The research is of great significance to clarify the distribution and harm of microplastics in the soil of the Hetao Irrigation District.

farmland; soil; microplastic; distribution characteristics; irrigation; Hetao Irrigation District

王志超，孟 青，于玲紅，楊文煥，李衛(wèi)平，楊建林，楊 帆. 內蒙古河套灌區(qū)農田土壤中微塑料的賦存特征[J]. 農業(yè)工程學報，2020，36(3)：204－209.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.03.025 http://www.tcsae.org

Wang Zhichao, Meng Qing, Yu Linghong, Yang Wenhuan, Li Weiping, Yang Jianlin, Yang Fan. Occurrence characteristics of microplastics in farmland soil of Hetao Irrigation District, Inner Mongolia[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(3): 204－209. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.03.025 http://www.tcsae.org

2019-10-15

2020-01-12

內蒙古自治區(qū)自然科學基金項目（2019BS05004）；內蒙古科技大學創(chuàng)新基金項目（2019QDL-B42）；內蒙古自治區(qū)高等學?？茖W研究項目（NJZY19132）；內蒙古自治區(qū)自然科學基金項目（2019LH05011）

王志超，博士，講師，主要從事水土環(huán)境污染控制與生態(tài)修復研究。Email：wzc5658@126.com

李衛(wèi)平，博士，教授，主要從事水資源優(yōu)化及水環(huán)境治理研究。Email：sjlwp@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.03.025

X53

A

1002-6819(2020)-03-0204-06