【摘 要】
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微塑料一般是指粒径小于5 mm的塑料颗粒,其广泛存在于土壤环境中。微塑料的存在破坏了土壤系统原有的平衡,会改变土壤理化性质,同时也会影响土壤水文及物质迁移过程,而微塑料对不同质地土壤溶质运移特征的影响过程及机制尚不明确。因此,本研究以黄绵土高原常见的风沙土和黄绵土为典型代表,采用垂直溶质置换实验来探究微塑料粒径和浓度对不同土壤质地阴阳离子运移过程的影响,并利用STANMOD软件中嵌套的CXTFIT
【基金项目】
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国家自然科学基金青年项目:植物根系对砒砂岩土壤水库扩容增蓄作用过程与机制研究(编号:42107363); 中国科学院西部青年学者B类项目:不同碳材料添加对沙地土壤水肥和玉米生长的影响研究(编号:XAB2019B12);
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微塑料一般是指粒径小于5 mm的塑料颗粒,其广泛存在于土壤环境中。微塑料的存在破坏了土壤系统原有的平衡,会改变土壤理化性质,同时也会影响土壤水文及物质迁移过程,而微塑料对不同质地土壤溶质运移特征的影响过程及机制尚不明确。因此,本研究以黄绵土高原常见的风沙土和黄绵土为典型代表,采用垂直溶质置换实验来探究微塑料粒径和浓度对不同土壤质地阴阳离子运移过程的影响,并利用STANMOD软件中嵌套的CXTFIT2.1程序对阴阳离子穿透曲线进行拟合,并进行相关参数反演,分析微塑料粒径及浓度对拟合参数的影响。主要结论如下:(1)微塑料对土壤氯离子穿透过程的影响程度随着粒径的增大而呈现增大的趋势。较小粒径(48-58μm和100-150μm)微塑料对氯离子的穿透过程影响不明显,大粒径(600-1000μm和1-2 mm)微塑料则由于添加浓度的不同,既可以加速穿透也可以延缓穿透。微塑料粒径对氯离子运移过程的影响效果因土壤质地的差异而有不同。微塑料粒径远小于或等于土壤粒径,则在一定浓度范围内不会对溶质穿透过程产生显著影响,微塑料粒径大于土壤粒径,则在不同的添加浓度下产生抑制或促进作用。(2)土壤质地是控制溶质运移的主要因子,微塑料浓度对不同质地土壤溶质运移过程产生不同的影响。无论是阴离子还是阳离子,其在风沙土中的穿透过程均快于黄绵土,这主要受到土壤质地的影响;在风沙土中,较低浓度微塑料对穿透曲线的影响不太明显,而当微塑料浓度大于1%时,其对溶质穿透的加速作用逐渐显现,且浓度越高,穿透时间越短;在黄绵土中,当微塑料的添加浓度分别为0.5%和2%时,微塑料对溶质运移进程的影响不明显,而当微塑料添加浓度为1%和5%时才会对溶质穿透过程产生较为明显的影响。(3)添加微塑料后,两区模型比CDE模型能更好的拟合氯离子穿透曲线,但两种模型得到的拟合结果类似,氯离子穿透过程可认为是物理平衡过程。在沙土土柱中,48μm微塑料对各拟合值影响较小。与未添加微塑料相比,当100-150μm微塑料添加量为2%时,弥散度λ减小了17%;600-1000μm和1-2 mm大粒径微塑料则可以使λ分别增大为原来的1.02-4.93、1.21-2.07倍。在黄绵土土柱中,λ增大程度由大到小依次为48-58μm、1-2 mm、600-1000μm、100-150μm的微塑料。(4)钙离子穿透过程可认为是非平衡过程,两点模型能较好的拟合钙离子穿透曲线。1%和2%的微塑料添加浓度并不会对风沙土钙离子拟合参数产生显著影响。微塑料的加入会使钙离子运移过程中的阻滞因子R变小,在实验中所设置的添加浓度中,2%添加浓度使R达到最小值,即为原来的0.85-0.92倍。但在各添加粒径中,R与添加粒径并无显著相关。阻滞因子R减小的主要原因:微塑料使风沙土平均孔隙流速增大;微塑料替代了原有的土壤,使吸附位点减少。在黄绵土中,微塑料的存在可以使阻滞因子R变为原来的0.91-1.87倍。48-58μm微塑料对R影响较小,在含量为0.5%的情况下对拟合参数无显著影响。100-150μm微塑料在添加量较低(0.5%和1%)时,可使R显著增大。600-1000μm微塑料均可以使R增大,而1-2 mm微塑料则以添加浓度1%为分界线,小于1%时R会变小,大于1%时R会增大。
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