生物炭對(duì)設(shè)施土壤中聚氯乙烯微塑料植物毒性的影響研究

李 嘉,喻雨霏,崔 敏

(揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 揚(yáng)州 225127)

設(shè)施農(nóng)業(yè)種植產(chǎn)量大,經(jīng)濟(jì)效益高,在我國(guó)鄉(xiāng)村振興建設(shè)中扮演著重要角色,是緩解我國(guó)因人多地少而制約可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題的有效措施。由于塑料大棚建造容易、成本低且使用方便,塑料棚膜覆蓋已成為我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)中占比最大的一種種植模式(>90%)。聚氯乙烯(polyvinyl chloride, PVC)膜透光率高、保溫效果好,被廣泛用于建設(shè)塑料大棚[1]。以農(nóng)業(yè)大省河南為例,全省約40%的塑料大棚使用PVC膜[2]。然而,PVC棚膜的使用壽命較短,長(zhǎng)期的高溫和紫外輻射加速了PVC膜的老化破碎,由此產(chǎn)生的PVC微塑料進(jìn)入設(shè)施土壤,加之高強(qiáng)度的水肥管理,導(dǎo)致設(shè)施土壤中PVC微塑料污染現(xiàn)象十分普遍[3-4],如武漢市某設(shè)施土壤中PVC微塑料豐度高達(dá)13 600 個(gè)·kg-1[3],對(duì)土壤健康和糧食安全構(gòu)成巨大威脅。

近年來(lái),相關(guān)學(xué)者圍繞微塑料的植物毒性開(kāi)展了大量研究[5-6]。結(jié)果表明,微塑料可通過(guò)多種機(jī)制對(duì)蔬菜作物產(chǎn)生毒害。一方面,微塑料能夠附著在根系表面,損傷根系或堵塞養(yǎng)分輸運(yùn)孔道[7-8];小粒徑(<2 μm)微塑料能被根系吸收并轉(zhuǎn)移至地上組織[9],干擾植物正常代謝并調(diào)控其基因表達(dá)[10]。另一方面,微塑料能改變土壤理化性質(zhì)、影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能并干擾其他土壤污染物的生物有效性[11],從而對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生間接影響。在眾多類型微塑料中,PVC微塑料的植物毒性最強(qiáng)[12-13],這可能與其具有高含量的塑化劑有關(guān)[14]。設(shè)施土壤PVC微塑料污染造成作物產(chǎn)量、品質(zhì)降低,給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。此外,被作物吸收的PVC微塑料可能通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體,嚴(yán)重威脅公眾健康。因此,亟需提出緩解農(nóng)田PVC微塑料植物毒性的措施。

生物炭孔隙發(fā)達(dá)、比表面積大、表面官能團(tuán)豐富,具備較強(qiáng)的吸附性能,因此被廣泛用于污染土壤修復(fù)[15]。研究表明,生物炭能有效鈍化土壤中的有機(jī)污染物和重金屬,并阻控土壤污染物在作物體內(nèi)積累,從而降低其植物毒性[16-17]。生物炭對(duì)于土壤中的顆粒態(tài)污染物同樣具有較強(qiáng)的固定鈍化作用[18],研究表明,向土壤中施加生物炭能降低植物對(duì)工程納米顆粒的吸收[19]。此……