土壤中微塑料的环境行为及其生态效应研究

Plastic debris has been recognized as a global environmental problem. Under influence of UV-light and mechanical forces, plastic debris in the environment eventually undergo fragmentation, leading to the formation of microscopic particulates of plastic or so called 'microplastics'. Microplastics in the environment constitute a significant environmental pollutant; with size less than 5mm, their persistency and ubiquity in the environment, and their potential to contain or adsorb hydrophobic contaminants such as persistent organic pollutants (POPs) and toxic metals may facilitate the entry of such chemicals into the food chain through their ingestion by a wide range of organisms. Microplastics have been added to list of harmful water pollution. The objectives of this research are to investigate the separation and analytical technique of microplastics in soil. The transfer behavior of soil pollutions from inputs of microplastics will be evaluated. With the simulated experiments of microplastics transport and release in soil columns, to farther discussed the effect of microplastics on transport of soil pollutions in agricultural soil. Such information will provide a scientific basis to farther discussed the mechanism of spatial variation and ecological effects of microplastics in agricultural soil.

废弃塑料已成为全球环境问题。在自然环境中，塑料废弃物受光照、机械等作用裂解为微小的塑料碎片，称为"微塑料/Microplastics"。微塑料具较大表面积和表面疏水性, 强烈吸附环境中疏水性有机物质，进而影响其环境行为；微塑料被生物摄食，除阻塞消化道外，可在消化过程中释放其吸附的毒害物质及其助剂，蓄积于生物体内，也可能通过食物链进行迁移或生物放大，威胁生态系统。微塑料已作为新型污染物列入水体毒害污染物名单之中。但，迄今鲜见土壤中微塑料的环境行为及其生态效应研究。本项目将建立土壤微塑料的分离分析方法，研究土壤环境中微塑料的吸附与淋滤动态，探讨其输入对土壤物质迁移的影响规律，阐明土壤物质与微塑料协同运移机制；为进一步探讨土壤环境微塑料的分异机制及其生态效应提供科学依据，具有重要理论意义。

废弃塑料已成为全球环境问题。在自然环境中，塑料废弃物受光照、机械等作用裂解为微小的塑料碎片，称为"微塑料/Microplastics"。微塑料具较大表面积和表面疏水性, 强烈吸附环境中疏水性有机物质，进而影响其环境行为；微塑料被生物摄食，除阻塞消化道外，可在消化过程中释放其吸附的毒害物质及其助剂，蓄积于生物体内，也可能通过食物链进行迁移或生物放大，威胁生态系统。微塑料已作为新型污染物列入水体毒害污染物名单之中。本项目设计并成功制作土壤微塑料分离装置。利用阶梯密度梯度柱，结合显微红外技术，建立了土壤中微塑料的分离分析方法。研究了水体环境中微塑料团聚动力学特性；探讨了pH、电解质和天然有机物等因素对其稳定性的影响；结合土壤环境中微塑料的吸附与淋滤动态，阐明了微塑料输入对土壤物质迁移的影响规律，为加深对微塑料环境行为和生态风险的认识，揭示土壤物质与微塑料协同运移机制提供科学依据奠定了基础。主要结论如下：（1）设计并成功制作土壤微塑料分离装置；利用阶梯密度梯度柱，结合显微红外光谱技术，建立了土壤中微塑料的分离分析方法；应用于土壤中微塑料的分离分析，获得了满意的结果。（2）以聚苯乙烯(Polystyrene, PS)微塑料（ 7-9微米）为对象，研究了pH、电解质和天然有机物等因素对水环境微塑料凝聚动力学的影响。水体pH升高，可使PS微塑料稳定性增强；电解质存在，可使PS微塑料的Zeta电位减小，促进凝聚的发生。溶解有机质存在可通过空间位阻效应显著增强水体中PS 微塑料的稳定性。水环境中聚苯乙烯颗粒凝聚过程可分为慢速凝聚和快速凝聚两个阶段，符合经典胶体稳定性（Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek，DLVO）理论。（3） 采用填充柱淋溶实验，研究聚氯乙烯（polyvinylchloride, PVC）微塑料在石英介质中迁移特性，考察其纵向淋溶过程及其在介质中持留量的影响作用。淋洗溶液pH改变PVC微塑料 Zeta电位，影响其与多孔材料的静电排斥作用；随着离子强度的增加，PVC微塑料更加易于团聚，PVC微塑料粒径增大，迁移减小，与DLVO 理论相符；溶解有机质浓度的存在， PVC微塑料的稳定性增加，并通过影响VC微塑料和介质之间的空间位阻斥力和静电斥力，增强PVC微塑料在VC微塑料迁移能力。多孔介质颗粒粒径大小改变，淋洗速率高低也影响其持留分布特性。