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微塑料對土壤物理化學性質的影響

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瀏覽:- 發布日期:2019-01-16 08:00:00【 小(xiǎo)

微塑料通(tōng)過(guò)長期的(de)農用地膜殘留、有機(jī)肥和汙泥的施用、地(dì)表水灌(guàn)溉和大(dà)氣沉降(jiàng)等方式進(jìn)入土壤環境。在我國上海城郊淺(qiǎn)表層(0~3 cm)和深表層(3~6cm)土壤中,分別發現粒徑為20~5 mm的微塑料豐度達到78.00·kg-1土(tǔ)和(hé)62.50·kg-1土(tǔ),而粒徑為(wéi)5~2cm的塑料豐度達到6.75·kg-1土和3.25·kg-1土,且有48.79% 59.81% 的塑料粒徑小於1 mm。在滇池(chí)周邊的農田和河岸森林土壤中也發現微塑料豐度達7100~42 960·kg-1(平均18 760·kg-1),且95% 的(de)微塑料粒徑在0.05~1 mm 之間。在歐洲農田中,汙泥施用使得土壤中(zhōng)微塑料(liào)顆粒達到1000~4000·kg-1土。在澳大利亞悉尼(ní)工業區土壤中微塑料含量高達0.03%~6.7%。這(zhè)些進入(rù)土壤中(zhōng)的微塑料(liào),在長期的風化作用、紫外照射及其與(yǔ)土壤中其他組(zǔ)分的相互作用下,表麵逐步老化(huà)、粗糙,顆粒或碎片裂解,粒(lì)徑變(biàn)小,比表麵積增大,吸附位點增加,表麵官能團(tuán)增多,疏水性增(zēng)強,辛醇/水分配係數升高(gāo),在土壤pH、鹽度、有機質和離子交換等複雜因素的調控下,對土壤中重(chóng)金屬和多(duō)環芳烴、多氯聯苯、農藥、抗生素等有(yǒu)機汙染物的吸(xī)附能力顯著增強,從而改變土壤的(de)理化性質,影響土壤生態係統健康。

微塑料進入(rù)土壤可(kě)以影響土壤的結(jié)構及其他物(wù)理性質。de Souza Machado 等研究發現,在環境相(xiàng)關(guān)濃度下,微塑料可以影響土壤容重、水力特征以及團(tuán)聚體的變化。此(cǐ)外,不同微塑料的影響存在較大差異,如(rú)聚酯顯著(zhe)降低土壤水穩性(xìng)團聚體,而聚乙烯則可以顯著提高土壤(rǎng)水穩性團聚體的量。一項(xiàng)雲南的野外調查研究發現,70%以上的微塑料顆(kē)粒和土壤團聚體相結合,特別(bié)是和微團聚(jù)體結合(hé)。但是目前還缺乏有關塑料汙染與土壤團聚體相互作用的長期和原位(wèi)研究,因此尚無法判斷塑料汙染對土壤水(shuǐ)分運移和水土保持的影響。

微塑(sù)料對重金屬的吸附(fù)

近年來,一些研究已(yǐ)經證(zhèng)明:微塑料進入(rù)土壤(rǎng)環境會與重金屬發生地球化學作用。耕地、林地是農用(yòng)地膜使用和施肥灌溉的主要區(qū)域,Hodson等(děng)研究了高密度聚乙烯對農林用地土壤中Zn2+的吸附行為,他(tā)們發現(xiàn),在含有更(gèng)加豐富(fù)的有機質林地土壤中,高密度聚乙烯對Zn2+的吸附能力(lì)更(gèng)強,且吸附(fù)行為符合Langmuir Freundlich 方程(chéng)。土壤中微塑料的老化(huà)對其吸附重金屬也有顯著的(de)影響,Nicole等將高密度(dù)聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙(yǐ)烯(微米(mǐ)級的再生塑料顆粒)暴露在人(rén)工老化條件(2000 h;光氧(yǎng)化(huà)和熱氧化)下模擬它們在戶外(wài)的老化過程後,用柱滲濾試驗研究發現了微塑料老化不僅明(míng)顯增加了其對TOCClCaCuZn的吸附,而且也(yě)減弱了重金屬(shǔ)的解吸和釋放作用,表明老化的微塑(sù)料對重(chóng)金屬具(jù)備更強的固定能力。Turner等利用新鮮和老化(huà)的微塑料小球吸附痕量金屬的研(yán)究也表明,金屬對老化塑料具備更強的親和力。此外,土壤中的官能團吸(xī)附到微塑料表麵,可能(néng)對其吸附重金(jīn)屬有一定影響,Kim 等對(duì)官能團包被的聚苯乙烯吸附Ni的研究表明,官(guān)能團改變微塑料和重金屬表麵的疏水性,從而影響其對重金屬(shǔ)的吸附。因此,微塑(sù)料一旦進入土壤且被風(fēng)化老化,在土壤複雜環(huán)境(jìng)的影響下,其將成為重金屬的(de)有效載體固定在土(tǔ)壤環境中,可能損害土壤生態係統健康。

 

微塑料對有機汙染物的吸附

多環芳(fāng)烴、多氯聯苯(běn)、殺蟲劑、除草劑和抗(kàng)生(shēng)素等有機汙染物是影響土壤生態係統健康的另一類重要因素。近年來,學者(zhě)們普遍認為微塑料在環境中扮(bàn)演著汙染物遷移載體的角色。Heskett等對太(tài)平洋、大西洋、印度洋(yáng)和加(jiā)勒比海區域的孤島微塑料吸附有機汙染物(wù)的研究發現(xiàn),即使是不同環境背景濃度的PCBsDDTsHCHs也可被微塑料吸附。汙染物的疏(shū)水(shuǐ)性直接影響其在微塑料表麵的吸附,Hüffer等(děng)研究了4種微塑料(PEPAPS和(hé)PVC)對(duì)7種脂肪族和芳香(xiāng)族有機物的吸(xī)附作用,他們發現PE的吸附主要在於固液相的(de)分配平衡,而PAPS PVC 對(duì)有機汙染物的吸附以表麵吸附為主導,並發現微塑料的吸附(fù)能力與汙染物(wù)的疏水性緊密相關,揭示了疏(shū)水(shuǐ)作用是影響微塑料吸附性的主要因素。Sven 等在pH=4710的條件下,用兩(liǎng)種微塑料顆粒(聚乙烯和聚苯乙烯)吸附19種不同的汙染物(農藥(yào)、藥品和個人護理產品),結果也證明相比(bǐ)於中性(xìng)物(wù)質,疏水(shuǐ)化合物更易於吸(xī)附到塑料顆粒。環境中微塑料的老化風化對有機汙染(rǎn)物的(de)吸附也有(yǒu)很重要的影響,Zhang等將環境中風化老化的發泡聚苯乙烯作為吸附劑對土黴素的吸附進行研究發(fā)現,相比於新鮮塑料,環境中發泡微塑料對抗生素的吸(xī)附(fù)能力更易受pH的影響,有機(jī)質的存在影響抗生素與微塑料之間的靜電作用,並且能夠調控兩者的(de)吸附。此外,氫鍵和多 陽離子橋接、π-π作用對微(wēi)塑料吸附抗生素具有重要的(de)調控能力。綜上,土壤中的有機汙染物會被微塑料所(suǒ)吸(xī)附,並且複雜的土壤環境條件對微(wēi)塑料的吸(xī)附具有很強的調控能力。

微(wēi)塑料對微生物的吸附

微生物對土(tǔ)壤生態係統健康(kāng)至關重要。隨著研究的逐(zhú)步深入,人們開始擔憂微塑料(liào)可能成為致病菌等有害微生物的運輸載體,影響土壤生態係統健康。已有研究(jiū)表明,微塑料可為微生(shēng)物提供吸附位點,使其長期吸附在微(wēi)塑料表麵,形成生物膜,影響土壤微生物的生態功能。而且,伴隨微塑料的遷移,微生物(wù)會(huì)擴散到其他生態係統,改變生態係統的菌群和功能。Oberbeckmann等研究了不(bú)同(tóng)環境條件(包括營養水平)對聚苯乙烯、聚乙烯表麵細菌群落的組成和特(tè)異性的影響,發現雖然大部分致病菌(jun1)沒有被微塑料吸附,但(dàn)表明了汙水(shuǐ)處理廠中微(wēi)塑料是抗生素抗性基因水平轉移的載體。但總體(tǐ)來說,目前關於土(tǔ)壤(rǎng)中微塑料對(duì)微生物的吸附和微生物在微塑料表麵(miàn)生長的研究還很少,有待(dài)進一步拓(tuò)展和深入。


資(zī)料來源:中塑在線(xiàn)

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