【微塑料对土壤的危害】微塑料对土壤物理化学性质的影响

2021-05-06 - 微塑料

微塑料通过长期的农用地膜残留、有机肥和污泥的施用、地表水灌溉和大气沉降等方式进入土壤环境。在我国上海城郊浅表层(0~3 cm)和深表层(3~6cm)土壤中,分别发现粒径为20~5 mm的微塑料丰度达到78.

00个·kg-1土和62.50个·kg-1土,而粒径为5~2cm的塑料丰度达到6.75个·kg-1土和3.25个·kg-1土,且有48.79% 和59.

微塑料对土壤的危害

81% 的塑料粒径小于1 mm。在滇池周边的农田和河岸森林土壤中也发现微塑料丰度达7100~42 960个·kg-1土(平均18 760个·kg-1土),且95% 的微塑料粒径在0.

05~1 mm 之间。在欧洲农田中,污泥施用使得土壤中微塑料颗粒达到1000~4000个·kg-1土。在澳大利亚悉尼工业区土壤中微塑料含量高达0.03%~6.7%。

微塑料对土壤的危害

这些进入土壤中的微塑料,在长期的风化作用、紫外照射及其与土壤中其他组分的相互作用下,表面逐步老化、粗糙,颗粒或碎片裂解,粒径变小,比表面积增大,吸附位点增加,表面官能团增多,疏水性增强,辛醇/水分配系数升高,在土壤pH、盐度、有机质和离子交换等复杂因素的调控下,对土壤中重金属和多环芳烃、多氯联苯、农药、抗生素等有机污染物的吸附能力显著增强,从而改变土壤的理化性质,影响土壤生态系统健康。

微塑料进入土壤可以影响土壤的结构及其他物理性质。

de Souza Machado 等研究发现,在环境相关浓度下,微塑料可以影响土壤容重、水力特征以及团聚体的变化。此外,不同微塑料的影响存在较大差异,如聚酯显著降低土壤水稳性团聚体,而聚乙烯则可以显著提高土壤水稳性团聚体的量。

一项云南的野外调查研究发现,70%以上的微塑料颗粒和土壤团聚体相结合,特别是和微团聚体结合。但是目前还缺乏有关塑料污染与土壤团聚体相互作用的长期和原位研究,因此尚无法判断塑料污染对土壤水分运移和水土保持的影响。

微塑料对重金属的吸附 近年来,一些研究已经证明:微塑料进入土壤环境会与重金属发生地球化学作用。耕地、林地是农用地膜使用和施肥灌溉的主要区域,Hodson等研究了高密度聚乙烯对农林用地土壤中Zn2 的吸附行为,他们发现,在含有更加丰富的有机质林地土壤中,高密度聚乙烯对Zn2 的吸附能力更强,且吸附行为符合Langmuir 和Freundlich 方程。

土壤中微塑料的老化对其吸附重金属也有显著的影响,Nicole等将高密度聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯(微米级的再生塑料颗粒)暴露在人工老化条件(2000 h;光氧化和热氧化)下模拟它们在户外的老化过程后,用柱渗滤试验研究发现了微塑料老化不仅明显增加了其对TOC、Cl、Ca、Cu、Zn的吸附,而且也减弱了重金属的解吸和释放作用,表明老化的微塑料对重金属具备更强的固定能力。

Turner等利用新鲜和老化的微塑料小球吸附痕量金属的研究也表明,金属对老化塑料具备更强的亲和力。

此外,土壤中的官能团吸附到微塑料表面,可能对其吸附重金属有一定影响,Kim 等对官能团包被的聚苯乙烯吸附Ni的研究表明,官能团改变微塑料和重金属表面的疏水性,从而影响其对重金属的吸附。

因此,微塑料一旦进入土壤且被风化老化,在土壤复杂环境的影响下,其将成为重金属的有效载体固定在土壤环境中,可能损害土壤生态系统健康。

微塑料对有机污染物的吸附 多环芳烃、多氯联苯、杀虫剂、除草剂和抗生素等有机污染物是影响土壤生态系统健康的另一类重要因素。近年来,学者们普遍认为微塑料在环境中扮演着污染物迁移载体的角色。Heskett等对太平洋、大西洋、印度洋和加勒比海区域的孤岛微塑料吸附有机污染物的研究发现,即使是不同环境背景浓度的PCBs、DDTs、HCHs也可被微塑料吸附。

污染物的疏水性直接影响其在微塑料表面的吸附,Hüffer等研究了4种微塑料(PE、PA、PS和PVC)对7种脂肪族和芳香族有机物的吸附作用,他们发现PE的吸附主要在于固液相的分配平衡,而PA、PS 和PVC 对有机污染物的吸附以表面吸附为主导,并发现微塑料的吸附能力与污染物的疏水性紧密相关,揭示了疏水作用是影响微塑料吸附性的主要因素。

Sven 等在pH=4、7、10的条件下,用两种微塑料颗粒(聚乙烯和聚苯乙烯)吸附19种不同的污染物(农药、药品和个人护理产品),结果也证明相比于中性物质,疏水化合物更易于吸附到塑料颗粒。

环境中微塑料的老化风化对有机污染物的吸附也有很重要的影响,Zhang等将环境中风化老化的发泡聚苯乙烯作为吸附剂对土霉素的吸附进行研究发现,相比于新鲜塑料,环境中发泡微塑料对抗生素的吸附能力更易受pH的影响,有机质的存在影响抗生素与微塑料之间的静电作用,并且能够调控两者的吸附。

此外,氢键和多 阳离子桥接、π-π作用对微塑料吸附抗生素具有重要的调控能力。

综上,土壤中的有机污染物会被微塑料所吸附,并且复杂的土壤环境条件对微塑料的吸附具有很强的调控能力。 微塑料对微生物的吸附 微生物对土壤生态系统健康至关重要。随着研究的逐步深入,人们开始担忧微塑料可能成为致病菌等有害微生物的运输载体,影响土壤生态系统健康。

已有研究表明,微塑料可为微生物提供吸附位点,使其长期吸附在微塑料表面,形成生物膜,影响土壤微生物的生态功能。而且,伴随微塑料的迁移,微生物会扩散到其他生态系统,改变生态系统的菌群和功能。

Oberbeckmann等研究了不同环境条件(包括营养水平)对聚苯乙烯、聚乙烯表面细菌群落的组成和特异性的影响,发现虽然大部分致病菌没有被微塑料吸附,但表明了污水处理厂中微塑料是抗生素抗性基因水平转移的载体。但总体来说,目前关于土壤中微塑料对微生物的吸附和微生物在微塑料表面生长的研究还很少,有待进一步拓展和深入。

资料来源:中塑在线

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