微塑料對(duì)稻田土壤-水界面重金屬分布及遷移的影響

摘要：研究微塑料（microplastics，MPs）對(duì)稻田土壤-水界面中重金屬空間分布和遷移的影響機(jī)制，可為微界面環(huán)境中MPs 和重金屬交互作用及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供理論支撐和科學(xué)依據(jù)。2021 年7 月對(duì)采自東北地區(qū)稻田的土壤添加不同濃度不同粒徑的MPs，借助薄膜梯度擴(kuò)散技術(shù)（DGT）在毫米尺度上獲取稻田土壤-水微界面生物有效態(tài)重金屬元素的原位高分辨信息，并根據(jù)Fick 第一擴(kuò)散定律評(píng)估不同MPs 添加處理下重金屬元素的遷移特征和釋放通量。結(jié)果表明：（1）稻田土壤-水微界面生物有效態(tài)Mn、Co、Fe、Ni、Zn、Pb、Cu和Cd濃度在剖面上具有顯著的空間分布差異；（2）MPs 的添加顯著降低了有效態(tài)Cu（-50.7%～8%，Plt;0.001）、Zn（-17.1%～-4.1%，Plt;0.001）和Cd（-16.7%～-2.2%，Plt;0.001）的濃度；（3）土壤MPs 的添加改變了有效態(tài)Cu 的遷移方向，使土壤由Cu源轉(zhuǎn)化成Cu 匯，說明MPs對(duì)Cu存在明顯的吸附效應(yīng)；（4）不同粒徑MPs的添加對(duì)生物有效態(tài)Ni 的影響差異較大，大粒徑（80 μm）MPs增加了其濃度，小粒徑（10 μm）則相反。

關(guān)鍵詞：微塑料；土壤-水微界面；重金屬；原位高分辨率信息；遷移特征

中圖分類號(hào)：X503 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-3075（2024）03-0010-11

由于人類活動(dòng)的影響全球溫度不斷升高、降水逐漸增加，氣候環(huán)境的改變導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)也產(chǎn)生了復(fù)雜多樣的變化，同時(shí)隨著科技的進(jìn)步，許多新型污染物的出現(xiàn)也對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了許多難以預(yù)測(cè)的影響。目前，塑料制品已成為人類日常生活中不可或缺的產(chǎn)品，全球塑料制品的年均消費(fèi)量達(dá)到3× 108 t，由于循環(huán)利用率較低，接近80%的塑料被填埋或直接遺棄到自然環(huán)境中（Law et al，2014; 高文杰等，2021）。進(jìn)入環(huán)境中的塑料經(jīng)風(fēng)化過程，會(huì)形成粒徑更小的塑料碎片，其中粒徑小于5 mm 的顆粒碎片被稱為微塑料（microplastics，MPs）（Law et al，2014），環(huán)境中MPs 因其密度小、體積小和質(zhì)量輕的特點(diǎn)，具備較強(qiáng)的遷移性（Alimi et al，2018），目前在土壤、水體、空氣等多種環(huán)境介質(zhì)中均發(fā)現(xiàn)MPs 的存在（Fuller amp; Gautam， 2016）。同時(shí)環(huán)境中的MPs 可通過自身的物理吸附作用（Sun et al，2019），在土壤中長期殘留并不斷積累，通過植物根系進(jìn)入生物體內(nèi)，通過食物鏈發(fā)生傳遞、富集，進(jìn)而威脅生物體的生長發(fā)育和繁殖（趙美靜等， 2021）。有學(xué)者（Cavaliere amp;Baulch，2018; Amato-Louren?o et al，2021; Leslie et al，2022）在人體肺部深處、胎盤和血液中也檢測(cè)到了MPs 的存在，其不僅影響了人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)、免疫系統(tǒng)等（Prietl et al，2014），對(duì)人類健康和生命安全也造成了嚴(yán)重威脅。

重金屬在環(huán)境中具有難降解性、持續(xù)性和生物富集性，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類健康造成的潛在威脅已引起全球普遍關(guān)注（李廣賀，1998）。稻田生態(tài)系統(tǒng)中的重金屬絕大部分由于重力沉降作用積蓄于土壤中，在一定條件下以間隙水為媒介直接擴(kuò)散或隨表面顆粒物的再懸浮向上覆水體遷移，造成上覆水體的內(nèi)源性污染（馬榮華等，2011; 楊文煥等，2020）。土壤中的重金屬不易被微生物分解，但極易被植物吸收并在植物體內(nèi)富集，進(jìn)而破壞正常的細(xì)胞活動(dòng)，影響植物生長發(fā)育（韓賓，2021）。鑒于重金屬的危害性，歐盟和美國都將重金屬列為高危害和致癌物質(zhì)。2022 年3 月7 日，我國生態(tài)環(huán)境部印發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)重金屬污染防控的意見》，通過強(qiáng)化控制重金屬污染物排放，有效防控重金屬環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。由于重金屬和MPs 均可以通過植物根系進(jìn)入生物體內(nèi)，并通過食物鏈傳遞、富集，進(jìn)而威脅人類健康，兩者交互作用已成為環(huán)境領(lǐng)域研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。然而，目前針對(duì)微塑料影響下有效態(tài)重金屬原位高分辨率分布及遷移特征的研究仍然較少。