微塑料对土壤中菲的水土界面行为及微生物群落的影响

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本文以水稻土为研究对象,菲为目标污染物,探究了聚乙烯微塑料(PE)调控下菲的水土界面行为及其土壤微生物群落结构变化规律,主要研究结果如下:不同粒径、不同含量的PE添加到水稻土后,显著影响土壤对菲的吸附行为。PE单独吸附菲时,较大粒径的PE具有较强的吸附能力;且随着投加量的增加,PE对菲的最大吸附量降低。PE的添加对水稻土吸附菲的能力提升不显著,但改变了菲在水土界面的吸附特征:PE低添加量下,大粒径PE的吸附能力大于小粒径,PE高添加量下,小粒径PE的吸附能力大于大粒径。结果表明,Langmuir方程几乎不适用于PE以及添加PE水稻土样品的吸附数据,Linear方程和Freundlich方程可以对以上吸附数据进行拟合,但效果不理想。扫描电镜及比表面积测定结果显示,此批次购买的商用PE形状极不规则,且较大粒径的PE含有较高的孔隙率和比表面积,这是本次研究中添加PE后水稻土对菲吸附产生特异性的根本原因。PE自身表观结构特点及吸附能力影响水稻土的理化性质,进而对菲在土壤中的消解过程及酶活性产生影响。PE添加到水稻土后,短期内抑制菲在土壤中的消解,中长期会促进菲的消解:培养15天,添加PE的水稻土样品中菲的残留均大于对照组,且大粒径PE组表现为T2(PE 1%)>T1(PE 0.5%),小粒径PE组表现为T3(PE 0.5%)>T4(PE 1%);培养30天,添加PE组土壤中菲的残留均小于对照组;培养60、140天后,添加PE组与对照组土壤中菲的消解基本持平。添加PE后短期内对水稻土中脱氢酶活性有促进作用,但长期培养下能够明显抑制其活性:培养15天后土壤中脱氢酶活性均大于对照组;30天后,土壤中添加大粒径PE的脱氢酶活性表现为T2组>T1组,添加小粒径PE脱氢酶活性为T4组>T3组;60天后添加PE的土壤脱氢酶活性虽大于对照组脱氢酶活性,但相对于前30天而言脱氢酶活性明显降低,直到培养140天后添加PE组的脱氢酶活性已经远小于对照组。微塑料添加改变了菲污染土壤的微生物群落结构,时间也是一个重要的影响因素。培养60天,添加PE后水稻土细菌群落中Proteobacteria、Acidobacteria的丰度下降,而Chloroflexi、Actinobacteria丰度增加;Proteobacteria在大粒径PE低添加量组的丰度显著大于高添加量的组,而在小粒径PE添加组的表现恰恰相反;且在整个培养过程中,细菌群落中Acidobacteria丰度显著减少,Actinobacteria丰度明显增加。真菌群落中,60天和140天培养土样均以Ascomycota为绝对优势菌,在对照组丰度最高;60天到140天的过程中Ascomycota、Chytridiomycota的丰度明显降低;140天与60天相比新检测出了四类真菌。
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