微塑料对镉生物有效性的影响及机制研究

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微塑料吸附环境中重金属所形成的复合污染效应,对土壤环境产生潜在威胁。土壤水溶液微塑料的研究更多是基于土壤环境中微塑料的分布及赋存,而微塑料与土壤介质的相互作用研究较少。本实验以两种微塑料和三种典型土壤为研究对象,利用室内静态模拟和长期培养实验,研究阐明了微塑料对土壤镉(Cd)生物有效性和微生物多样性的影响,对描述其潜在风险具有重要的意义。(1)室内模拟实验分析聚丙烯微塑料(PP MPs)和聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT MPs)对不同土壤水溶液的吸附解吸,研究表明:土壤类型是影响吸附解吸效果重要因素;土壤水溶液-微塑料对重金属的吸附主要表现为“稀释作用”,吸附过程以化学吸附为主;PBAT MPs吸附含量高于PP MPs;解吸含量与吸附含量呈正比,微塑料添加剂量对解吸过程影响较小;三种不同土壤水溶液对微塑料吸附解吸的结果均表现为红土最低,黑土吸附量最大,褐土解吸量最大。(2)室内1%PBAT MPs-60%土壤最大持水量长期培养实验对不同土壤类型理化性质及重金属Cd生物有效性的研究表明,长期培养致使PBAT MPs表面形貌粗糙,官能团易降解并发生氧化,强度逐渐降低,吸附含量的差别可能与土壤中氧(O)、硅(Si)、铁(Fe)含量有关;MPs添加减缓红土和黑土酸化,增加土壤总有机碳(TOC)和可溶性有机碳(DOC)的含量,土壤胶体类型、质地矿物可影响静电吸附阳离子能力及营养元素的组成;微塑料土壤水溶液体系使重金属Cd生物有效性降低,土壤类型中p H、TOC、DOC、总磷(TP)、粘粉粒含量等环境因子是控制土壤重金属Cd有效性的重要指标。(3)室内1%PBAT MPs-60%土壤最大持水量长期培养实验对不同类型土壤细菌丰富度的研究表明,微塑料因土壤细菌分类操作单元(OUT)数目变化,而引起不同类型土壤微生物多样性发生变化;褐土物种多样性均高于红土和黑土,但其丰富度较低;土壤类型能筛选适宜生存的敏感细菌,PBAT MPs的添加促进变形杆菌门、放线杆菌门和Noviherbaspirillum菌属生长,抑制酸杆菌门、芽单孢菌门、拟杆菌门和黄藻菌属、芽单孢菌属、鞘氨醇单胞菌、unclassifiedVicinamibacterales菌属,进而导致细菌群落相对丰度的动态变化;p H值、TP和TOC等环境因子影响敏感细菌的耐受度;土壤类型使细菌群落发挥的基因功能相似,微塑料的添加主要影响细胞新陈代谢过程,土壤类型可通过新陈代谢、人类疾病、环境信息技术影响微生物代谢。通过上述研究,分析不同土壤类型下微塑料对重金属Cd生物有效性影响及机理,此研究可为微塑料的发展提供理论支持。
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