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土壤微塑料与重金属、持久性有机污染物和抗生素作用影响因素

北极星环境修复网  来源:农业资源与环境学报  作者:万红友 王俊凯 张伟  2021/6/18 8:50:05  我要投稿  

北极星环境修复网讯:摘 要:微塑料是难以降解的污染物,可作为众多污染物的载体,在土壤中极易与其他污染物发生复合效应,对土壤产生不利影响。本文系统分析了聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)和聚酰胺(PA)六种微塑料与重金属、持久性有机污染物和抗生素在土壤中的相互作用及其影响因素。在土壤介质中,微塑料与重金属的作用受微塑料比表面积、老化程度、极性以及土壤中H+、低分子酸的影响;微塑料与持久性污染物的作用受微塑料疏水性、橡胶域丰度、污染物极性以及土壤有机质的影响;微塑料与抗生素的作用受微塑料比表面积、极性以及土壤中的腐殖质等物质的影响。本论文将为阐明微塑料在土壤环境中与其他污染物的相互作用影响因素提供理论支撑。

原文节选

塑料制品在我们生活中无处不在。塑料制品通过自然降解过程会形成微塑料(Microplastics),其一般定义为直径<5 mm的塑料颗粒。微塑料被广泛应用在个人护理用品中,目前在大气、淡水、海洋和土壤中均发现了微塑料的存在。2018年的一项研究表明,陆地上的微塑料可能是海洋中的4~23倍。微塑料进入土壤的途径主要有施用有机肥、使用地膜、大气沉降、污水灌溉等。

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土壤中微塑料来源

环境中较为常见的微塑料主要有聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)和聚酰胺(PA)等,它们通常具有不同的颜色、质地和尺寸等理化特性。

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从加拿大安大略湖支流、海滩和海滩沉积物样品中鉴定出的微塑料实物图

常见的微塑料及其特性

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在土壤介质中,微塑料与重金属、持久性有机污染物、抗生素的相互作用受到多种因素的影响。微塑料的结构性质,如比表面积、极性以及表面官能团等,都会对微塑料与这几类污染物的作用产生影响。

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微塑料与污染物之间相互作用的主要机理

比表面积大的微塑料能吸附更多的污染物;极性微塑料相较于非极性微塑料可以吸附更多的重金属、极性有机污染物;老化的微塑料结构发生改变,可以吸附更多的重金属,但对微塑料与抗生素之间的相互作用影响不大;微塑料的疏水性有利于微塑料吸附更多的疏水性有机污染物,橡胶域丰度越大的微塑料可以吸附更多的有机污染物。

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微塑料老化前后对污染物的吸附变化示意图

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(a)微塑料吸附重金属;(b)土壤吸附重金属;(c)土壤中微塑料吸附重金属

吸附过程示意图

土壤中的物质也会对污染物相互作用产生影响,如土壤中的 H+会与重金属在微塑料表面发生竞争吸附,小分子有机酸会与重金属形成络合物;土壤中的有机质会与持久性有机污染物发生竞争吸附;土壤黏粒、有机质、腐殖质会与抗生素在微塑料表面发生竞争吸附。

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(a)土壤中抗生素迁移;(b)土壤中微塑料促进抗生素迁移

微塑料加速抗生素在土壤中迁移模型

微塑料给土壤系统带来的负面影响已逐渐引起关注,但微塑料在土壤环境中与其他污染物的相互作用及影响机制的研究较少。未来关于微塑料与其他污染物相互作用的研究可以从以下几个方面着手:

(1)制定土壤中微塑料分离和检测的标准方法。微塑料广泛存在于土壤中,土壤环境微塑料总量已超过水体环境微塑料。由于土壤环境较为复杂,目前分离和检测土壤中微塑料的方法有限,导致研究进展缓慢。学者们在研究时会采用不同的方法,不利于后续研究。

(2)探究微塑料对污染物在土壤中迁移的影响。土壤中的有机质及无机颗粒物会对污染物产生吸附,微塑料对土壤产生的稀释作用在一定程度上减少了土壤对部分持续性有机污染物及抗生素的吸附,进而加速污染物在土壤中的迁移,对土壤生态系统造成严重危害,但目前国内外关于该主题的相关研究较少。

(3)探究微塑料吸附污染物在土壤中的复合效应。微塑料对土壤生态系统的影响已经成为研究热点。微塑料不仅会对土壤的理化性质造成影响,还会危害土壤中的动植物健康。微塑料在吸附了重金属、抗生素、持久性污染物等物质后,会与其产生复合效应,如抑制污染物的降解,降低土壤中生物多样性,但对这方面研究甚少。

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