长期覆膜棉田中残膜与微塑料的动态变化有何奥秘？

在新疆广袤的棉田里，塑料膜覆盖技术曾是增产的“利器”——它能保水、增温、提高水分利用效率，大幅提升了干旱地区的棉花产量。但另一方面，这些难以降解的塑料膜在土壤中逐年积累，破碎后形成的微塑料正悄然威胁着土壤健康和生态安全。长期覆膜下，残膜是如何演变成微塑料的？这种演变过程是线性的吗？

近日，塔里木大学胡灿副教授和新疆农业科学院张海春研究员等通过对田间覆膜5–30年的棉田进行研究，给出了关键答案。相关研究发表在《农业科学与工程前沿》（英文）第13卷第1期 (DOI: 10.15302/J-FASE-2025627)。

研究团队在新疆阿拉尔市及周边典型干旱区棉田开展试验，系统分析了不同年限下土壤中残膜和微塑料的动态变化。结果显示，随着覆膜时间的延长，残膜量持续增加：5年覆膜棉田的残膜量为46公斤/公顷，到30年时已激增至281公斤/公顷，且表层土壤（0–10厘米）是主要积累区，深层土壤（20–30厘米）的残膜量在20年后也开始加速上升。

更值得关注的是残膜与微塑料的“转化关系”。研究发现，微塑料的数量与残膜量呈现显著正相关，表明残膜是微塑料的主要来源。但这种转化并非完全线性——当残膜量超过160–200公斤/公顷时，微塑料的生成速率突然加快85%，就像按下了“加速键”。这一现象称为“阈值效应”，即高残膜量会触发更剧烈的塑料破碎和微塑料释放。

微塑料的“细化”趋势同样明显。在5年覆膜棉田的表层土壤中，小于1毫米的微塑料仅占7.9%，而30年后这一比例升至22.6%；相反，大于2毫米的微塑料比例从49.2%降至13.8%。这意味着，长期覆膜不仅让微塑料越来越多，还让它们越来越小，更容易通过土壤孔隙向下迁移，影响更深层的土壤环境。

本研究基于30年的田间试验数据，系统量化了残膜对微塑料生成的贡献。通过细化微塑料粒径分类，揭示了不同大小碎片随时间和土壤深度的动态分布。更重要的是，明确了160–200公斤/公顷这一关键阈值——当残膜量超过这个数值时，微塑料污染会进入“加速期”。

研究指出，及时清除残膜、避免其积累超过160–200公斤/公顷的阈值，是减少微塑料污染的关键。目前，棉田的残膜污染问题已引起广泛关注，这项研究的结果将为制定更精准的残膜回收策略、优化覆膜技术提供科学支撑，助力干旱区农业生态系统的可持续发展。