轮胎磨损颗粒老化条件对其浸出液土壤效应的调控机制研究

《Applied Soil Ecology》：Ageing conditions of tire wear particles alter the effects of their leachates on soil

本研究针对轮胎磨损颗粒(TWP)在不同老化条件下化学浸出行为的变化及其土壤生态效应尚不明确的问题，通过模拟机械、热和紫外线老化处理，系统评估了TWP浸出液对土壤微生物活性和理化性质的影响。结果表明老化TWP浸出液较未老化处理对土壤参数(如β-1,4-N-乙酰葡糖胺酶活性、水稳性团聚体等)产生更显著影响，且不同老化方式呈现特异性效应模式。该研究发表于《Applied Soil Ecology》，为评估TWP的环境风险提供了老化条件依赖性的新视角。

　　

随着全球汽车保有量的持续增长，轮胎磨损颗粒(Tire Wear Particles, TWP)已成为环境微塑料污染的重要来源。2019年全球TWP排放量已达289万吨，这些通过大气传输和径流进入土壤的颗粒物，被认为是环境中TWP的最大汇集体。轮胎作为橡胶和化学添加剂的复杂混合物，其含有的锌、多环芳烃(PAHs)及防老剂6-PPD等300余种化学物质具有浸出潜力。现有研究表明TWP浸出液对水生生物的毒性甚至高于颗粒本身，然而关于TWP浸出液在土壤中的生态效应，特别是老化过程对其影响的研究仍存在空白。

发表于《Applied Soil Ecology》的这项研究创新性地探讨了三种典型老化条件（机械摩擦、热应力、紫外线辐射）如何改变TWP浸出液对土壤生态系统的影响。研究人员通过实验室模拟老化实验发现，老化处理显著增强了TWP浸出液对土壤参数的调控作用，且不同老化方式对土壤微生物功能和物理结构产生特异性影响。这一发现对准确评估TWP在真实环境中的生态风险具有重要启示。

关键技术方法包括：（1）采用机械振荡（200/400 rpm）、热老化（40/60°C）和紫外线辐射（0.1/0.4 mW cm^-2）模拟不同环境老化场景；（2）通过微宇宙实验测定9项土壤指标（凋落物分解率、土壤呼吸、4种酶活性、水稳性团聚体、C/N比、pH）；（3）使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析浸出液化学组成；（4）基于效应值统计（dabestr包）进行差异显著性评估。实验土壤样品采集自柏林自由大学草地站点（Albic Luvisol型土）。

3.1 TWP浸出液对土壤参数的影响

研究发现不同老化处理的TWP浸出液对土壤参数产生差异化影响。热老化高强度处理使土壤呼吸轻微降低；β-葡萄糖苷酶活性在机械高强度、热高强度和紫外线处理中均升高；β-1,4-N-乙酰葡糖胺酶活性在机械低强度和紫外线高强度处理下显著降低；酸性磷酸酶在所有处理中均呈现显著增加。水稳性团聚体含量在所有处理中显著下降，而热老化处理则明显降低了土壤pH值。

3.2 TWP浸出液效应比较

通过与未老化处理的对比发现，热老化高强度处理显著提高凋落物分解率；机械低强度和紫外线高强度处理降低β-1,4-N-乙酰葡糖胺酶活性；热老化和紫外线低强度处理降低水稳性团聚体含量；机械和紫外线低强度处理降低C/N比；两种热老化处理均降低土壤pH。

研究结论表明，TWP老化过程通过改变颗粒物理特性和化学组成，显著增强其浸出液对土壤生态系统的影响。机械老化主要影响C/N比和氮循环相关酶活性，热老化对凋落物分解、土壤结构和pH值作用显著，紫外线老化则特异性调控碳氮比和酶活性。特别值得注意的是，酸性磷酸酶活性在所有处理中均升高，可能与浸出液中锌等重金属的低浓度刺激效应（毒物兴奋效应）有关。傅里叶变换红外光谱分析显示不同老化处理浸出液在C-H伸缩振动（2973、2936 cm^-1）、C-H弯曲振动（1388 cm^-1）等特征峰存在差异，证实老化条件改变了浸出液的化学组成。

该研究首次系统揭示了老化条件作为关键调控因子对TWP环境行为的影响，强调在评估TWP土壤生态风险时需考虑地理、季节和局部气候条件的交互作用。研究成果为建立TWP环境归趋预测模型提供了理论依据，对完善微塑料污染管控策略具有重要科学价值。未来研究需结合更环境相关的TWP粒径，深入解析老化过程中特征化学物（如6-PPD醌等）的转化机制及其生态效应。