从微塑料中渗出的溶解有机物（MPs-DOM）会以不同的方式改变土壤中对吡啶的吸附作用

《Journal of Hazardous Materials》：Dissolved Organic Matter Leached from Microplastic (MPs-DOM) Divergently Alters Pyrene Adsorption in Soil

微塑料吸附机制研究揭示PE与PLA老化后吸附行为分化及DOM双重调控效应

　　微塑料（Microplastics, MPs）作为一种新兴的土壤污染物，其在土壤环境中对污染物吸附行为的影响日益受到关注。近年来，随着塑料制品的广泛使用，微塑料在土壤中的存在已成为一个不可忽视的环境问题。微塑料因其较大的比表面积和显著的疏水性，能够与土壤中的有机质和矿物颗粒相互作用，从而影响环境中持久性有机污染物（Persistent Organic Pollutants, POPs）的迁移、转化和生态毒性。本研究以聚乙烯（PE）和聚乳酸（PLA）两种典型微塑料为对象，系统探讨了它们及其衍生的溶解有机质（MPs-DOM）在调控土壤中芘（Pyrene）吸附行为中的不同作用机制。

芘属于高分子量多环芳烃（High Molecular Weight Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, HMW-PAHs），因其高毒性、高持久性和对生物降解的抵抗性，近年来备受关注。在土壤环境中，芘的疏水性和低水溶性使其能够长期滞留，对生态系统和人类健康构成潜在威胁。微塑料作为土壤中的新污染物，其存在可能改变芘的吸附动态，进而影响其在土壤中的分布和迁移路径。因此，研究微塑料对芘吸附行为的影响具有重要的环境意义。

本研究中，PE和PLA这两种微塑料在吸附芘的过程中表现出不同的特性。实验结果表明，PE在吸附能力（Qe）和吸附速率（K1）方面均优于PLA。具体而言，PE的Qe值为4.09 mg/g，而PLA的Qe值仅为2.26 mg/g。同时，PE的K1值为0.09 min?1，显著高于PLA的K1值。这一差异主要归因于两种微塑料在物理化学性质上的不同。PE是一种非生物降解的塑料，其表面在长期暴露后会逐渐形成含氧官能团，从而增加其与污染物的相互作用能力。相比之下，PLA是一种生物可降解的塑料，其降解过程中会产生更多的含氧基团，但同时也增强了其亲水性，导致对芘的吸附能力下降。

值得注意的是，微塑料在自然环境中会经历老化过程，这一过程对它们的吸附行为具有深远影响。老化过程中，微塑料的表面结构会发生变化，从而影响其与污染物的相互作用方式。对于PE而言，老化会使其表面形成更多的极性-疏水界面，从而显著提高其对芘的吸附能力。实验数据显示，PE在老化后其吸附分配系数（Kd）增加了58.80%。而PLA在老化过程中则表现出相反的趋势，其Kd值下降了39.45%。这种差异主要源于PLA在降解过程中酯键的断裂，使其表面亲水性增强，从而减少了对芘的吸附能力。

除了微塑料本身，它们在老化过程中释放的溶解有机质（MPs-DOM）也对芘的吸附行为产生了重要影响。MPs-DOM主要由低分子量蛋白质（>95%）组成，其分子指纹和光敏性使其在土壤溶液相中具有独特的性质。实验结果表明，MPs-DOM在一定浓度下（如5 mg C/L）能够通过形成胶束（Micelle）提高芘的最终吸附容量，但同时也会通过引入氢键结合位点，改变土壤微结构和污染物与土壤的相互作用路径，从而降低吸附速率。这一现象表明，MPs-DOM对芘吸附的影响机制与微塑料颗粒本身存在显著差异，其作用更倾向于通过蛋白质类成分的介导来实现。

MPs-DOM的释放不仅受到微塑料类型的影响，还与其老化程度密切相关。不同类型的微塑料在老化过程中会释放不同种类和数量的溶解有机质。例如，PLA在光老化过程中释放了显著比例的蛋白质类低分子量DOM（16-23%），而PS（聚苯乙烯）在相同条件下仅释放了7-13%和8-18%的DOM。这一差异可能与不同微塑料的化学结构和降解路径有关。PLA的降解主要通过水解和光氧化作用，使其表面产生更多的含氧官能团和裂隙，从而释放出更多的DOM。而PE由于其较高的化学稳定性，老化过程中主要通过光氧化作用形成含氧官能团，其释放的DOM相对较少。

MPs-DOM在土壤中的存在可能对污染物的迁移和转化产生深远影响。一方面，它能够通过形成胶束等方式增强污染物的吸附能力；另一方面，它也可能通过改变土壤微结构和污染物与土壤的相互作用路径，降低污染物的吸附速率。这种双重作用机制使得MPs-DOM在调控污染物行为方面具有复杂性。此外，MPs-DOM还可能作为污染物的持续传递载体，即使在微塑料颗粒被物理去除后，仍能通过其化学性质影响污染物的分布和迁移。

研究还发现，MPs-DOM在土壤溶液相中的分子指纹和光敏性使其在不同环境条件下表现出不同的行为。例如，在光照条件下，MPs-DOM可能更容易发生光化学反应，从而改变其分子结构和化学性质，进一步影响其与污染物的相互作用。这种动态变化使得MPs-DOM在环境中的行为更加难以预测，增加了其对污染物迁移和转化的调控难度。

在环境风险评估方面，研究强调了需要同时考虑微塑料颗粒和其衍生的MPs-DOM。传统上，环境风险评估主要关注微塑料颗粒本身对污染物行为的影响，而忽视了其在老化过程中释放的DOM。然而，MPs-DOM可能对污染物的迁移和转化产生持续影响，因此必须将其纳入环境风险评估框架中。此外，研究还指出，不同类型的微塑料在老化过程中对污染物行为的影响存在显著差异。例如，常规微塑料（如PE）在老化后吸附能力增强，可能延长污染物的滞留时间；而可生物降解微塑料（如PLA）在老化后吸附能力减弱，可能导致污染物更容易迁移和扩散。

为了深入理解MPs-DOM对污染物吸附行为的影响机制，研究采用了多种分析方法。例如，通过HPLC和GC-MS等技术，对MPs-DOM的化学组成和分子结构进行了详细分析。这些分析结果表明，MPs-DOM的分子组成和化学性质与土壤原生DOM存在显著差异。MPs-DOM中不稳定化合物（如脂质类、蛋白质/氨基糖类和碳水化合物类化合物）的相对丰度高于土壤DOM，这可能与其来源和化学性质有关。这种差异使得MPs-DOM在与污染物的相互作用中表现出独特的特性。

研究还探讨了MPs-DOM对芘的生物可利用性的影响。通过模拟土壤环境，研究发现MPs-DOM能够通过与芘形成复合物，改变其在土壤中的分布和生态毒性。这种复合物的形成可能影响芘的生物可利用性，进而影响其在土壤生态系统中的迁移和转化路径。因此，MPs-DOM不仅影响芘的物理化学吸附行为，还可能通过生物过程改变其生态效应。

本研究的发现对于环境管理和污染治理具有重要的指导意义。首先，它揭示了不同类型的微塑料在土壤环境中对污染物行为的不同影响，为环境风险评估提供了新的视角。其次，它强调了MPs-DOM在调控污染物行为中的重要作用，为开发更有效的污染治理技术提供了理论依据。最后，它还指出了微塑料老化过程对污染物行为的深远影响，为理解微塑料在环境中的长期行为提供了重要信息。

在实际应用中，这些研究结果可以用于优化土壤污染治理策略。例如，针对常规微塑料（如PE）的吸附增强特性，可以设计更有效的吸附材料，以减少污染物在土壤中的滞留时间。而对于可生物降解微塑料（如PLA）的吸附减弱特性，则需要采取措施防止污染物的扩散和迁移。此外，MPs-DOM的释放可能对土壤生态系统产生复杂影响，因此在进行土壤修复和污染治理时，应充分考虑其对污染物行为的调控作用。

总之，本研究通过系统分析不同类型的微塑料及其衍生的MPs-DOM对芘吸附行为的影响，揭示了微塑料在土壤环境中对污染物行为的复杂调控机制。这些发现不仅加深了我们对微塑料环境行为的理解，也为环境风险评估和污染治理提供了新的思路和方法。未来的研究可以进一步探讨不同环境条件下MPs-DOM的行为变化，以及其对其他污染物的潜在影响，从而为环境保护和可持续发展提供更全面的科学支持。