微米和纳米塑料对农田土壤中典型有机污染物迁移转化的影响及蚯蚓效应

Micro-(nano-)plastics in agriculture soils are capable to adsorb different kinds of hydrophobic organic contaminants due to their high specific surface area as well as other surface properties, thus change their transportation and transformation behavior and influence their environmental risks to groundwater. Although with possible environmental risks, till now, there is no systematic investigation on the impact and mechanisms on how different types of plastic particles may interact with organic pollutants and change the environmental fate in agriculture soils as well as the influence from soil animals like earthworms. In this proposed project, we aim to study the adsorption-desorption of typical organic pollutants (pesticides, PAHs and PAEs) and micro-(nano-)plastics, the influence of plastic particles on the adsorption-desorption, degradation-transformation, transportation and bound residues formation of typical organic pollutants in agriculture soils, and the effects from earthworms. The results from this project will provide fundamental information to policy maker regarding to the environmental risks of plastic pollution and the effects of soil animals on the environmental impact of micro-(nano-)plastic together with organic pollutants.

农田土壤环境中的微米及纳米塑料颗粒由于比表面积大、表面疏水等特性，容易吸附环境中的疏水性有机污染物，改变其降解和迁移等环境行为，并且进一步影响其迁移性，增加地下水污染的风险。然而目前对塑料颗粒如何与土壤中有机污染物相互作用从而改变其环境行为的机理以及土壤动物的影响还没有系统的研究。本申请拟针对文献研究中的不足之处，综合运用荧光标记技术和C-14示踪技术，研究微米及纳米塑料与典型有机污染物（杀虫剂、多环芳烃类，邻苯二甲酸酯）的吸附-解吸，塑料颗粒对有机污染物在农田土壤中降解转化、迁移以及结合态残留物的形成、分布和赋存形态的影响，以及不同生态类型蚯蚓对塑料颗粒及其携带有机污染物的土壤环境行为的影响及其作用机制，建立蚯蚓影响下农田土壤中塑料颗粒及其携带有机污染物的迁移和降解模型。研究结果将为评价纳米及微米塑料的环境风险以及土壤动物对其与典型有机污染物在农田土壤地下水系统的影响提供科学依据。

农田土壤环境中的微米及纳米塑料颗粒由于比表面积大、表面疏水等特性，容易吸附环境中的疏水性有机污染物，改变其降解和迁移等环境行为。本课题文通过C-14同位素示踪技术结合荧光标记技术，研究了不同老化过程及粒径大小对微纳米塑料上农田中典型有机污染物（多环芳烃类、农药杀虫剂类和邻苯二甲酸酯类塑化剂等）的吸附-解吸动力学与热力学过程影响机制、不同老化特征微纳米塑料颗粒对不同污染途径的农田有机污染物迁移和降解归趋的影响、以及不同生态类型蚯蚓对塑料颗粒及其携带有机污染物的土壤环境行为的影响及其作用机制。研究结果表明：1）微塑料粒径及表面物理化学特性直接影响了不同极性有机污染物的吸附解吸过程，进而影响其环境行为；2）不同环境老化条件不同程度改变了微纳塑料的理化性质，通过改变特定有机污染物的解吸动力学迟滞效应及其自身与土壤颗粒/胶体的亲和性，显著增强了弱极性有机污染物在土柱中的迁移，地下水污染可能性增加；3）纳米塑料通过强吸附作用显著降低了土壤中非极性污染物的生物可利用性，延长了降解周期，同时更倾向于持久停留于有机溶剂可提取组分，从而增加了土壤中长期持续暴露的风险；4）不同类型蚯蚓对微塑料上的多环芳烃芘在土壤中迁移和分配的影响有较大差异，表栖型蚯蚓对芘的纵向迁移影响较小，主要影响芘在不同土壤区域的分配。内栖型蚯蚓通过将芘累积在蚓粪和蚯蚓孔穴壁中，从而可以促进污染物迁移至更深土层，而淋溶作用会通过改变蚯蚓扰动土壤的结构，促进芘向非蚯蚓扰动土壤迁移，同时也可能促进微塑料上芘的解吸，使其以游离态形式发生扩散，增加土壤中污染物扩散风险。本课题研究结果为评价纳米及微米塑料的环境风险以及土壤动物对其与典型有机污染物在农田土壤地下水系统的影响提供了科学依据。