微塑料在土壤中縱向遷移試驗(yàn)?zāi)M研究

環(huán)境修復(fù)網(wǎng)訊:塑料污染是當(dāng)今全球面臨的巨大挑戰(zhàn)。其中，微塑料在土壤環(huán)境系統(tǒng)和水環(huán)境系統(tǒng)中的污染越來(lái)越受到人們的重視。微塑料是指直徑小于5mm的塑料，作為一種新興的環(huán)境污染物，微塑料對(duì)陸地、海洋和大氣環(huán)境存在潛在風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)人體和生物健康也具有潛在毒性。地表土壤是重要的微塑料儲(chǔ)存場(chǎng)所，但由于缺乏科學(xué)數(shù)據(jù)，微塑料在土壤中的遷移情況未知。本研究通過(guò)微塑料在沙土柱中的滲透遷移模擬實(shí)驗(yàn)，探究了不同的環(huán)境因素對(duì)五種微塑料在土壤中的豐度、分布以及縱向遷移的影響。經(jīng)12次83mm的模擬降水實(shí)驗(yàn)過(guò)后，研究觀察到，較小尺寸的聚乙烯微塑料（21μm）具有最大的遷移潛力，其最大深度達(dá)到了7.5cm；然而，聚丙烯微塑料顆粒的遷移深度只達(dá)到1.5 cm，主要的原因是浮力作用的增強(qiáng)可能阻礙了其遷移的潛力。根據(jù)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，微塑料的遷移深度隨著干-濕循環(huán)次數(shù)的增加而顯著增加。經(jīng)24次干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)，遷移深度從4.5 cm增加到了7.5cm，兩者存在顯著線性關(guān)系；相比之下，單次施加的降水和表面微塑料濃度對(duì)遷移深度的影響較小?；趯?shí)驗(yàn)室得到的干-濕循環(huán)對(duì)微塑料在土壤中垂直遷移性規(guī)律，結(jié)合中國(guó)347個(gè)主要城市的天氣數(shù)據(jù)，初步估算了100年的微塑料遷移深度。本研究結(jié)果表明土壤可能不僅作為陸地微塑料的主要儲(chǔ)存場(chǎng)所，長(zhǎng)期而言，也是地下受體（如地下動(dòng)物或含水層）的可能入口。該研究對(duì)掌握微塑料在土壤環(huán)境中的遷移規(guī)律具有參考意義。

這一學(xué)術(shù)成果近期發(fā)表在環(huán)境領(lǐng)域權(quán)威期刊Environmental Pollution (IF=5.714), 249, 527-534, 題目為“Microplastics undergo accelerated vertical migration in sand soil due to small size and wet-dry cycles”。該研究由清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院聯(lián)合加拿大阿爾伯塔大學(xué)，美國(guó)斯坦福大學(xué)共同完成。論文通訊作者為清華大學(xué)侯德義副教授，第一作者為清華大學(xué)David O'Connor博士后和清華大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士生潘仕鎮(zhèn)。

以下為五種微塑料在體式顯微鏡下顯示的粒形、碎片形或球形的顆粒。其中，（a）聚乙烯-細(xì)顆粒、（b）聚乙烯-粗顆粒、（c）聚丙烯、（d）洗面奶中顆粒和（e）磨砂膏中顆粒。

五種微塑料在體式顯微鏡下顯示顆粒形狀

經(jīng)12次83 mm模擬降水量滲透后，五種微塑料的標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量分布

經(jīng)12次83mm模擬降雨量的土壤柱實(shí)驗(yàn)顯示，與其他四種微塑料顆粒相比，平均尺寸為21μm的聚乙烯顆粒（PE-fine）是縱向遷移潛力最強(qiáng)的一種，其最大深度達(dá)到了7.5 cm。

一次滲透的溶液量對(duì)微塑料 (PE-fine）遷移的影響 (a)剖面深度分布、(b)微塑料（PE-fine）最大遷移深度與預(yù)測(cè)最大遷移的線性擬合

初始微塑料濃度對(duì)微塑料（PE-fine）遷移的影響 (a)剖面深度分布、(b)微塑料（PE-fine）最大遷移深度與預(yù)測(cè)的最大遷移的線性擬合

土壤中干-濕循環(huán)對(duì)微塑料（PE-fine）遷移的影響 (a)剖面深度分布、(b)微塑料（PE-fine）最大遷移深度與預(yù)測(cè)的最大遷移的線性擬合

對(duì)全國(guó)347個(gè)主要城市進(jìn)行沙土環(huán)境中100年微塑料潛在的遷移深度預(yù)測(cè)：北京市 = 5.66 m; 重慶市 = 6.43 m;大慶市 = 6.21 m;大同市 = 5.33 m;共和縣 = 1.48 m;廣州市 = 5.22 m;杭州市= 3.35 m; 柳州市 = 5.99 m;南京市 = 5.44 m;上海市= 5.33 m; 深圳市 = 6.32 m;天津市= 3.02 m; 天門市 = 7.42 m;廈門市 = 4.78 m;西安市= 5.22 m; 襄樊市 =7.42 m

文章信息

英文標(biāo)題：

Microplastics undergo accelerated vertical migration in sand soil due to smallsize and wet-dry cycles

英文摘要

Microplastics (MPs) are an emerging concern and potential risk to marine and terrestrial environments. Surface soils are reported to act as a sink. However, MP vertical mobility in the subsurface remains uncertain due to a lack of scientific data. This study focused on MP penetration in sand soil column experiments. Here we report the mobility of five different MPs, which consisted of polyethylene (PE) and polypropylene (PP) particles of various sizes and densities. We observed that the smallest sized PE MPs (21 mm) had the greatest movement potential. Moreover, it was found that when these MPs were subjected to greater numbers of wet-dry cycles, the penetration depth significantly increased, with an apparent linear relationship between depth and wet-dry cycle number (r2＝0.817). In comparison, increasing the volume of infiltration liquid or the surface MP concentration had only negligible or weak effects on migration depth (r2＝0.169 and 0.312, respectively). based on the observed wet-dry cycle trend, we fore 100-year penetration depths using weather data for 347 cities across China. The average penetration depth was calculated as 5.24 m (95% CI＝2.78-7.70 m), withBeijing Municipality and Hebei, Henan and Hubei provinces being the most vulnerable to MP vertical dispersion. Our results suggest that soils may not only represent a sink for MPs, but also a feasible entryway to subsurface receptors, such as subterranean fauna or aquifers. Finally, research gaps are identified and suggested research directions are put forward to garner a better understanding MP vertical migration in soil.

原標(biāo)題:微塑料在土壤中縱向遷移試驗(yàn)?zāi)M研究