模拟环境老化对PE微塑料吸附Zn(Ⅱ)的影响

探讨了酸处理(1mol/L HCl)、碱处理(1mol/L NaOH)、氧化处理(30%H2O2)和高温-冻融处理(70℃和-22℃交替)4种老化方式对聚乙烯(PE)微塑料表面性质和Zn(Ⅱ)吸附行为的影响.结果表明,4种老化方式均使PE微塑料表面出现大量的粗糙褶皱结构,但未改变表面化学结构.4种老化方式均导致PE微塑料Zn(Ⅱ)吸附量的增加,其顺序为:碱处理>酸处理>氧化处理>高温-冻融处理>原样.PE微塑料吸附Zn(Ⅱ)的动力学过程符合Lagrange准二级吸附动力学和W-M颗粒扩散模型,说明吸附过程是多个吸附阶段共同作用的结果,吸附等温线符合Langmuir和D-R模型,证实PE微塑料对Zn(Ⅱ)的吸附属于物理吸附,老化使PE微塑料表面出现的大量褶皱是其Zn(Ⅱ)吸附量增加的主要原因.

聚乙烯微塑料与铅复合暴露对小麦和大豆种子发芽的影响

土壤微塑料与重金属污染的植物毒理效应是普遍关注的环境问题之一。为明确土壤常见污染物聚乙烯(PE)微塑料与重金属铅(Pb)复合暴露对种子发芽的影响,以小麦和大豆种子为实验对象进行了种子发芽实验,研究了单一PE微塑料(0,100,300,500,1000,1500 mg/L),单一Pb(0,50,100,200,400 mg/L),以及PE微塑料(300,500 mg/L)与Pb(100,200 mg/L)复合作用对小麦种子和大豆种子的萌发与根伸长的影响。实验结果表明:不同浓度单一PE微塑料暴露(100~1500 mg/L)小麦与大豆种子发芽率分别为84.83%~100.00%和76.67%~100.00%,根长度分别为7.32~9.18 cm和10.90~12.30 cm,小麦和大豆种子的萌发及根伸长整体呈现“低浓度促进,高浓度抑制”;不同浓度单一Pb污染(50~400 mg/L)对小麦和大豆种子的萌发具有抑制作用,随Pb浓度增高其发芽率降低,而根伸长则呈现先增大再减小趋势;其中,PE微塑料和Pb污染对大豆种子的萌发和根伸长的影响更为显著。PE微塑料与Pb复合暴露对小麦和大豆种子的萌发与根伸长的抑制强度随PE微塑料和Pb浓度的增加而加大;PE微塑料可促进种子萌发与根伸长,拮抗Pb污染对小麦种子和大豆种子萌发与根伸长的影响,但拮抗作用强度随PE微塑料浓度和Pb浓度的增加而减弱。微塑料疏水、粒径小、比表面积大,易被种子表面吸附,影响种子吸收水分与种子呼吸是抑制种子萌发与根伸长的可能机制;微塑料带有负电荷、与Pb^(2+)静电吸附力强,通过与种子竞争吸附降低Pb^(2+)与种子可接触性是PE微塑料拮抗Pb对小麦与大豆种子毒性的可能原因。

聚乙烯微塑料与镉联合暴露对赤子爱胜蚓的毒性效应及交互作用评估

将蚯蚓(赤子爱胜)分别暴露于不同浓度(0.5、2.5、10、20 g·kg^(-1))的聚乙烯(PE)微塑料(30~50μm)与镉(Cd,1、10 mg·kg^(-1))单独或复合污染土壤中28 d.以个体生长及繁殖、细胞色素P450亚酶(CYP1A2、CYP2B6、CYP2C9与CYP3A4)和小分子代谢标记物(代谢组学)多指标为受试终点,并采用生物标记物响应指数法(Biomarker response index,BRI)和联合效应加成指数法(Effect addition index,EAI),评估PE微塑料与Cd复合污染毒性效应及交互作用.暴露试验结果显示,联合胁迫能显著影响Cd的生物累积.联合暴露下,蚯蚓体内Cd的积累受微塑料浓度的影响显著.PE与Cd的交互作用随效应水平的增加由拮抗作用转变为协同作用.20 g·kg^(-1) PE与1 mg·kg(-1) Cd联合暴露,以及10~20 g·kg(-1) PE与10mg·kg^(-1) Cd联合暴露下,CYP2B6及CYP3A4活力显著低于对照水平,提示蚯蚓氧化损伤的产生.基于代谢组识别出的前10位重要的小分子代谢物分别为:十二羟基十二烷酸、3'-磷酸腺苷、肌苷、喹啉酸、亚麻酸衍生物(9Z,11E,13S,15Z)-13-羟基十八碳-9,11,15-三烯酸(13(S)-HOT)、硬脂酸、尿苷、L-胱硫醚、胸苷酸与亮氨酸.PE与Cd联合暴露下,上述小分子代谢物水平均发生显著平变化.PE与Cd联合暴露的毒性作用模式与蚯蚓自身解毒能力受损、脂质代谢、嘌呤、嘧啶代谢及氨基酸代谢紊乱有关.本研究结果有助于精准评估土壤PE微塑料与Cd的复合生态风险,为提升PE微塑料与Cd复合污染生态风险的认知提供科学依据.

聚乙烯微塑料对土壤养分和酶活性的影响

微塑料污染对土壤生态系统的威胁引起了广泛关注.为了明确聚乙烯微塑料对土壤性质的影响,通过为期4个月的土壤培养试验,探究不同质量分数(1%、2.5%、5%)和粒径(30目、100目)聚乙烯微塑料对土壤化学性质、养分含量和酶活性的影响.结果表明:①100目2.5%和5%微塑料处理显著降低了土壤pH,不同质量分数和粒径聚乙烯微塑料添加对土壤电导率影响不显著.②相比于CK,添加微塑料会不同程度降低土壤速效钾、有效磷和硝态氮含量.添加100目微塑料显著增加了土壤有机质和铵态氮含量.③当微塑料粒径为100目时,相比于CK,不同质量分数处理均显著提高了土壤过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性,5%处理显著降低了土壤蔗糖酶活性.④土壤性质的变化受微塑料质量分数和粒径影响,质量分数越高、粒径越小,影响越显著.综上,聚乙烯微塑料对土壤性质的影响没有预期的明显,未来研究应重点关注不同影响所涉及的机制问题.

聚乙烯微塑料对盐渍化土壤微生物群落的影响

地膜覆盖保墒已成为盐渍化土壤种植中重要的农艺措施,而盐渍化与微塑料双重胁迫对土壤微生物的影响越来越受到重视.为探究聚乙烯微塑料对盐渍化土壤微生物群落的影响,通过室内模拟盐渍化土壤环境中微塑料污染的方法,探究不同类型(氯盐类和硫酸盐类)和不同含量(弱、中、强)的盐渍化土壤赋存不同丰度聚乙烯(PE)微塑料(土样干重的1%和4%)条件下对土壤微生物群落的影响.结果表明,PE微塑料会降低盐渍化土壤微生物群落多样性和丰富度,且硫酸盐类盐渍土处理受到的影响更强烈.赋存PE微塑料后不同处理微生物组成基本一致,但其相对丰度会发生变化,硫酸盐类盐渍土处理中各菌群相对丰度的变化较氯盐类盐渍土处理更强;门水平上,变形菌门相对丰度与赋存PE微塑料丰度呈正相关,而拟杆菌门、放线菌门和酸杆菌门相对丰度与赋存PE微塑料丰度呈负相关;科水平上,黄杆菌科、食碱菌科、盐单胞菌科和鞘脂单胞菌科相对丰度随赋存PE微塑料丰度增大而增大.KEGG代谢通路预测显示,赋存PE微塑料会降低微生物新陈代谢和遗传信息等功能相对丰度,硫酸盐类盐渍土对新陈代谢功能的抑制作用强于氯盐类盐渍土,而对遗传信息功能的抑制效果弱于氯盐类盐渍土;新陈代谢功能二级通道中氨基酸代谢、碳水化合物代谢、能量代谢等功能受到抑制,推测新陈代谢功能的降低可能是由于上述二级代谢通路相对丰度降低引起的.试验结果可为微塑料和盐渍化双重污染条件下对土壤环境的影响研究提供理论依据.

海水环境因子对聚乙烯微塑料吸附锌离子行为的影响研究

聚乙烯(PE)微塑料是一种新型海洋污染物,易与海水中的锌离子(Zn^(2+))吸附产生复合生态毒性,危害海洋生态系统。不同海水环境因子对PE微塑料吸附Zn^(2+)行为的影响不同,本文探究了Zn^(2+)浓度、微塑料的投加量、盐度和pH等对3种不同目数的PE微塑料吸附Zn^(2+)行为的影响,并对其吸附动力学和热力学进行了讨论。结果表明,3种不同目数的PE微塑料对Zn^(2+)的最佳吸附时间均为4 h;吸附能力为30目<100目<500目,最大平衡吸附量分别为1.428 mg/g、1.454 mg/g和1.498 mg/g;盐度(0~10)对吸附量的抑制率为7%;吸附量随pH的增加而增加,3种目数PE微塑料的最佳投加量均为0.1 g。Freundlich模型为最佳等温吸附方程,3种目数PE微塑料的拟合相关系数R^(2)均大于0.982(p<0.01),说明存在多层化学吸附。准二级动力学方程为最佳吸附动力学方程,3种目数PE微塑料拟合相关系数R^(2)均大于0.991(p<0.01),表明该吸附过程主要为化学吸附。吸附热力学∆G<0,∆H>0,说明PE微塑料对Zn^(2+)的吸附为自发吸热过程。