14C示踪法研究微塑料对土壤中三氯生归趋和生物有效性的影响及机制

The soil microplastics (MPs) pollution has attracted extensive attention in recent years. The presence of MPs may affect xenobiotics bioavailability besides polymer-derived adverse effects, causing new environmental risk. However, the MPs’ influence mechanism in soil environment is not clear. Two ecologically different earthworms, Eisenia fetida and Metaphire guillelmi, will be selected as indicators, with polyethylene and polystyrene as typical MPs in our study. On the basis of synthesis of 14C-labelled compounds, the study will be performed by means of 14C isotope tracer technique, focusing on MPs-adsorbed triclosan (TCS) fate and transformation in soils, its accumulation and metabolism in earthworms, as well as MPs’ aging processes and the disturbance to earthworm gut microbiome in soil-earthworm system. It is aimed at revealing the relationship between the forms distribution in soils, the exposure routes, and the bioavailability of TCS mediated by MPs. The adsorption-desorption experiments in the simulated environment and the short-term feeding experiments will be conducted to explore the transport and removing effects of MPs as a vector for TCS and its metabolites. The results will be helpful for more accurate risk assessment of MPs-adsorbed TCS in soils.

土壤微塑料（MPs）污染已经成为当前环境热点问题，除了其自身的有害效应外MPs的存在还会影响外源污染物的生物有效性，带来新的环境风险，但是目前对于土壤环境下MPs的这一作用机制仍不清楚。本研究拟以不同生态型蚯蚓（Eisenia fetida和Metaphire guillelmi）为指示生物，以聚乙烯和聚苯乙烯为MPs代表，在制备14C标记物的基础上，采用14C示踪法研究土壤-蚯蚓体系中MPs吸附态三氯生（TCS）在土壤中的归趋和转化，在蚯蚓体内的富集和代谢，以及MPs的老化过程和对蚯蚓肠道微生物群落的扰动效应，揭示MPs介导下TCS在土壤中的形态分布、暴露途径与生物有效性间的关联；通过模拟环境下的吸附-解吸实验和短期喂食实验深入剖析MPs对TCS及其代谢物的迁移转运作用和清除作用，从而阐明MPs的载体效应。研究结果将为MPs吸附态TCS的土壤风险评估提供科学依据。

污泥施用、农用膜使用和土地填埋等造成了土壤中微塑料（MPs）的普遍存在，并造成了MPs和土壤污染物的复合污染。本研究选择典型MPs（聚乙烯（PE）和聚苯乙烯（PS））和三氯生（TCS）为目标污染物，通过批实验考察TCS及其甲基化代谢物MTCS在土壤和MPs上的吸附作用；进一步建立土壤–蚯蚓系统，探索MPs对TCS生物有效性的影响机制；并从生化水平和分子水平考察MPs与TCS复合污染对蚯蚓及其肠道菌群的影响。结果显示：（1）MPs（特别是PE）对TCS具有更高的吸附能力，导致TCS在土壤中倾向于在MPs上富集，MTCS与TCS间形成与浓度相关的竞争吸附作用，同时MPs又表现出更高的解吸容量，这表明MPs可成为土壤中TCS及其甲基醚的载体和来源；（2）结合14C示踪技术，发现MPs的存在会抑制TCS的矿化，并降低了土壤中TCS的生物有效性（PMMA被动采样技术），但对生物富集的影响与蚯蚓的暴露途径有关；MPs除了对污染物的转运作用外，对蚯蚓体内TCS的代谢物MTCS有较强的清除作用，证实了MPs的双向载体效应；（3）MPs和TCS及其甲基醚对蚯蚓产生了氧化胁迫效应，其中PE和MTCS存在协同效应，同时也引起蚯蚓肠道细菌组成、丰度和多样性的改变。此外，本研究还开展了农田土壤MPs污染调查。结果显示，土壤MPs污染具有空间和垂直分布差异，丰度在178-8444 N/kg；形状以碎片和纤维为主，尺寸以<1mm为主，LDIR和µ-FTIR总计鉴定出20种MPs，主要为PET和PP；SEM-EDS显示MPs具有明显的老化特征，并且结合了一些金属元素。本研究综合考察了MPs污染、MPs与共存污染物的相互作用以及MPs与共存污染物的联合毒性效应，为深入了解土壤MPs污染的环境风险提供了依据。