在全球范围内，农业地区面临着日益严重的水资源短缺问题，再生水灌溉作为一种关键的替代方案被广泛应用。然而，再生水灌溉过程中的土壤中的微塑料（MPs）污染大大增加了再生水中污染物（如邻苯二甲酸酯PAEs）的暴露风险和毒性效应。这不仅影响作物的生长，还可能对环境造成长期污染。因此，如何安全有效地利用再生水进行灌溉，同时控制和减少污染物的风险，是当前研究的重要课题。

研究团队基于黄河三角洲滨海盐碱地田间原位土柱试验，评估了在干旱季节使用受PAEs污染的再生水灌溉燕麦（Avena sativa L.）的可行性。研究设置了不同土壤污染条件下（有无MPs污染）3种基于土壤基质势阈值（-10kPa,-30 kPa,-50kPa）的再生水灌溉方案，探讨了再生水中PAEs与土壤中MPs的复合污染物在土壤－植物－地下水系统中的迁移分布以及对燕麦生理生长的影响。结果表明，低水势阈值（-50kPa）调控灌溉诱导了燕麦的干旱压力和氧化损伤，这一结果在乳熟期尤为显著。不同灌溉处理影响了PAEs在植物、土壤和渗滤液中的积累。在中土壤基质势（-30 kPa）条件下，与低土壤基质势（-50kPa）的干旱条件相比，燕麦的地上生物量增加了3.1%-14.0%，根生物量显著增加。高土壤基质势阈值（-10kPa）处理中，有无MPs添加的渗滤液与灌溉水的比例分别为1.18%和4.48%，加剧了深层土壤中污染物的积累，可能导致地下水污染。中土壤基质势（-30 kPa）能够缓解燕麦干旱胁迫和氧化损伤，并降低污染物向地下水的迁移风险，实现在抗旱与安全利用间的平衡。土壤中的MPs污染增加了收获燕麦中PAEs的含量，减少了PAEs在深层土壤（20-50 cm）和渗滤液中的运输和积累。灌溉水中的PAEs与土壤MPs污染的耦合可能加剧植物损伤，但在中土壤基质势阈值（-30 kPa）下的调控灌溉可以平衡作物产量和潜在风险。

研究结果不仅为农业地区提供了在微塑料污染土壤中安全使用再生水灌溉的策略，也为减少环境污染和保护作物健康提供了科学依据，可为滨海缺水盐碱地再生水应急抗旱灌溉提供科学指导。此外，本研究还强调了在实际应用中需要综合考虑灌溉策略与土壤污染状况，以实现最佳的农业生产和环境保护效果。

图1 微塑料在燕麦根、茎、叶中分布扫描电镜图像

 

图2 不同SMP再生水灌溉处理对各生育期燕麦体内（a）、不同土层（b）和渗滤液（c）中PAEs含量影响

图3 调控灌溉调节污染风险与干旱胁迫示意图

 

相关成果以“Deficit irrigation of reclaimed water relieves oat drought stress while controlling the risk of PAEs pollution in microplastics-polluted soil”为题发表在环境科学与生态学TOP期刊Journal of Environmental Management。中国科学院烟台海岸带研究所联培硕士研究生李涵博和助理研究员董世德为论文共同第一作者，王光美正高级工程师为通讯作者。研究工作得到国家重点研发计划项目、山东省自然科学基金和黄河三角洲农业高新技术产业示范区科技专项项目等资助。

 

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479724016074