微塑料对设施菜地土壤中酞酸酯生物有效性的影响机制研究

The combined pollution of microplastics and phthalate esters (PAEs) in soils under long-term plastic-greenhouse vegetable cultivation is becoming serious. This study sought to establish the separating method for microplastics from soil under plastic-greenhouse vegetable cultivation and demonstrate the combined pollution characteristics of microplastics and PAEs in typical soils, elucidate the interaction of microplastics and soil fractions and its effect on the sorption and soil-air exchanges of PAEs in soil, demonstrate the accumulation process of microplastic-PAEs by earthworm using fluorescence labeling technique and the effect of microplastics on the metabonomics of earthworm using nuclear magnetic resonance and its influences on the bioavailability of PAEs, eludicate the effect of main root exudates on the desorption of PAEs from soils with microplastics and the space - time changes of bioavailability and the interfacial partition of microplastics-PAEs in rhizosphere. Based on these research contents, this study will systematically elucidate the effects of microplastics on the bioavailability of PAEs in soil under plastic-greenhouse vegetable cultivation, and will supply theoretical basis and technical support for the bioremediation of PAEs contaminated agricultural soils.

本项目拟以典型设施菜地土壤为研究对象，探讨长期种植下土壤中微塑料-酞酸酯复合污染特征及其生物有效性；建立土壤微塑料分离表征方法，解析设施菜地土壤中微塑料的类型和丰度，阐明土壤微塑料-酞酸酯同步污染机制；明确微塑料-土壤组分间的相互作用机制及对微塑料老化过程的影响，阐明微塑料-土壤交互作用对酞酸酯的吸附和土气交换过程的影响机制；以蚯蚓为模式生物，利用荧光标记技术探明蚯蚓对微塑料-酞酸酯的富集过程与机制，利用核磁共振技术解析微塑料对蚯蚓代谢组学的影响机制及其对酞酸酯生物有效性的影响；明确典型蔬菜根系分泌物对微塑料吸附态酞酸酯再释放的作用机制，阐明根际微域中微塑料-酞酸酯的生物有效性时空分异过程和界面分配机制，综合阐释微塑料作用下设施菜地土壤中酞酸酯生物有效性的变化过程，为有机污染农田土壤的阻控与修复提供理论依据和技术支撑。

微塑料是当前环境领域高度关注的新兴污染物。土壤是陆地生态环境中微塑料的重要汇。本项目以典型地膜源微塑料为研究对象，开展了土壤-微塑料-污染物互作机制与生态效应研究。建立了土壤微塑料分析方法，调查了我国典型设施菜地种植区和典型东北黑土区土壤微塑料残留现状，明确了土壤微塑料组分、粒径分布特征，明确了不同种植年限土壤微塑料残留动态，分析了设施菜地辣椒根际、非根际土壤中微塑料残留特征；通过吸附批处理实验，明确了典型聚乙烯地膜微塑料、聚乙烯商业微珠和聚乙烯纯品对典型酞酸酯吸附过程与机制的不同，指出微塑料结晶度是影响其吸附污染物的关键因子，真实微塑料吸附能力显著高于商业微珠。进一步分析了不同可降解地膜微塑料对除草剂阿特拉津的吸附过程与机理。通过核磁共振、接触角分析等多种手段表征了不同微塑料的老化特征，揭示了紫外光照老化作用对不同微塑料表面形貌与吸附特征的影响，老化增加聚乙烯微塑料对酞酸酯的吸附，降低可降解微塑料对阿特拉津的吸附；进一步阐明了微塑料与生物炭交互作用影响酞酸酯的生物有效性，揭示出典型固相土壤组分-可溶性有机质-微塑料互作过程，明确了微塑料生物炭互作促进对铵的吸附机制；结合阿特拉津生物有效性的原位表征方法，利用土培实验明确了典型可降解微塑料对阿特拉津生物有效性的动态影响机制；利用微宇宙实验结合高通量测序等技术，明确了微塑料通过介导土壤微生物群落结构与功能，促进土壤温室气体排放，生物炭共存可缓解微塑料对土壤微生物的负面影响，减少全球变暖潜势，相关工作为土壤微塑料生态效应评价与污染防控提供了理论依据与科技支撑。