微塑料對稻田土壤-水界面重金屬分布及遷移的影響

摘要：研究微塑料（microplastics，MPs）對稻田土壤-水界面中重金屬空間分布和遷移的影響機制，可為微界面環境中MPs 和重金屬交互作用及生態風險評估提供理論支撐和科學依據。2021 年7 月對采自東北地區稻田的土壤添加不同濃度不同粒徑的MPs，借助薄膜梯度擴散技術（DGT）在毫米尺度上獲取稻田土壤-水微界面生物有效態重金屬元素的原位高分辨信息，并根據Fick 第一擴散定律評估不同MPs 添加處理下重金屬元素的遷移特征和釋放通量。結果表明：（1）稻田土壤-水微界面生物有效態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Cu 的遷移方向，使土壤由Cu源轉化成Cu 匯，說明MPs對Cu存在明顯的吸附效應；（4）不同粒徑MPs的添加對生物有效態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：X503 文獻標志碼：A 文章編號：1674-3075（2024）03-0010-11

由于人類活動的影響全球溫度不斷升高、降水逐漸增加，氣候環境的改變導致生態系統也產生了復雜多樣的變化，同時隨著科技的進步，許多新型污染物的出現也對生態系統產生了許多難以預測的影響。目前，塑料制品已成為人類日常生活中不可或缺的產品，全球塑料制品的年均消費量達到3× 108 t，由于循環利用率較低，接近80%的塑料被填埋或直接遺棄到自然環境中（Law et al，2014; 高文杰等，2021）。進入環境中的塑料經風化過程，會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），環境中MPs 因其密度小、體積小和質量輕的特點，具備較強的遷移性（Alimi et al，2018），目前在土壤、水體、空氣等多種環境介質中均發現MPs 的存在（Fuller amp; Gautam， 2016）。同時環境中的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，通過植物根系進入生物體內，通過食物鏈發生傳遞、富集，進而威脅生物體的生長發育和繁殖（趙美靜等， 2021）。有學者（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到了MPs 的存在，其不僅影響了人體內環境穩態、免疫系統等（Prietl et al，2014），對人類健康和生命安全也造成了嚴重威脅。

重金屬在環境中具有難降解性、持續性和生物富集性，對生態系統和人類健康造成的潛在威脅已引起全球普遍關注（李廣賀，1998）。稻田生態系統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富集，進而破壞正常的細胞活動，影響植物生長發育（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。2022 年3 月7 日，我國生態環境部印發了《關于進一步加強重金屬污染防控的意見》，通過強化控制重金屬污染物排放，有效防控重金屬環境風險。由于重金屬和MPs 均可以通過植物根系進入生物體內，并通過食物鏈傳遞、富集，進而威脅人類健康，兩者交互作用已成為環境領域研究重點和熱點。然而，目前針對微塑料影響下有效態重金屬原位高分辨率分布及遷移特征的研究仍然較少。