生物可降解地膜的风险:现实农业环境中邻苯二甲酸酯和有机磷酸酯的滞后释放

【字体: 时间:2025年05月16日 来源:Environmental Pollution 7.6

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  农业塑料地膜因添加剂释放带来环境风险,PAEs 和 OPEs 因持久性和内分泌干扰性受关注。研究在 4 种模拟农业条件下,探究 PE 和 PBAT/PLA 地膜中 PAEs 和 OPEs 释放动态。发现可降解地膜释放更高 PAEs,结构降解会加速添加剂浸出,UV 照射加速释放。为控土壤污染提供依据。

  
在农业生产的广袤天地里,塑料地膜曾是提升作物产量的 “功臣”,它如温暖的棉被为土壤保温,似贴心的加湿器为土地保湿,还能助力作物生长、抵御土壤侵蚀。然而,传统聚乙烯(PE)地膜难以降解,在土壤中一待就是上百年,形成触目惊心的 “白色污染”,破坏土壤结构,威胁农田生态安全。生物可降解地膜,像聚己二酸 - 对苯二甲酸丁二酯(PBAT)和聚乳酸(PLA)地膜,宣称能通过光氧化和微生物作用完全分解成二氧化碳(CO?)和水(H?O),看似是解决问题的 “绿色救星”。但地膜中添加的邻苯二甲酸酯(PAEs,常用作增塑剂)和有机磷酸酯(OPEs,常用作阻燃剂)却暗藏玄机,它们未与聚合物本体化学键合,容易在生产、运输、使用和处置过程中释放到环境中,成为土壤中的 “隐形杀手”。目前,关于传统 PE 地膜添加剂释放的环境风险已有一定认知,但生物可降解地膜的添加剂释放风险却迷雾重重,且农业生产环境复杂多样,高温、淹水、强烈的紫外线(UV)辐射等因素可能通过改变地膜降解速率或土壤 - 污染物相互作用,影响添加剂释放风险,而现有研究多局限于单一环境因素或短期观察,缺乏多场景和长期的系统评估。

为驱散这些知识迷雾,中国的研究人员开展了一项为期一年的降解实验,相关成果发表在《Environmental Pollution》。研究在四种典型农业环境条件(自然条件 NC、UV 照射 UV、高温 HT、淹水 FC)下,对比了传统塑料地膜(PF)和两种生物可降解地膜(透明 TDF 和黑色 BDF)中 PAEs 和 OPEs 的释放动态,旨在明确不同类型地膜和环境条件对污染物释放的影响,以及光和温度在 PAEs/OPEs 自然衰减中的作用。

研究主要采用了以下关键技术方法:通过扫描电子显微镜(SEM)观察地膜降解过程中的结构变化,以分析结构降解与添加剂浸出的关系;对土壤中的 PAEs(17 种)和 OPEs(13 种)进行检测,追踪其含量变化。实验设置了未覆盖任何地膜的相同土壤作为对照组,以排除其他干扰因素。

动态释放规律与环境影响


在 360 天的培养期内,土壤中 PAEs 含量在短期内激增,这可能与吸附污染物的解吸有关。生物可降解地膜释放的 PAEs 浓度高于 PE 地膜,且在培养 180 - 360 天后出现二次污染峰值。扫描电子显微镜观察发现,地膜在早期降解(0 - 180 天)过程中出现的结构降解(如裂缝、孔洞),出乎意料地在后期加速了添加剂的浸出,这与 “随着时间推移污染风险降低” 的假设相悖。UV 照射对 PAEs 有光降解作用,进一步使污染物释放加速 25 - 40%,而高温和淹水条件与自然条件相比,促进作用有限。

土壤背景污染与主要污染物


实验所用土壤存在显著的 PAEs 和 OPEs 背景污染,8 种 PAEs(如 DMP、DAP 等)检测水平高于 15 ng/g,7 种 OPEs(如 TPP、TIBP 等)也被检出。其中,DBEP 和 TEHP 是土壤中的主要污染物。

这项研究揭开了生物可降解地膜的 “另一面”,证实其虽打着环保旗号,却在现实农业环境中存在 PAEs 和 OPEs 的滞后释放风险。研究结果为评估生物可降解地膜的农业适用性和污染防控提供了科学依据,警示我们不能盲目依赖可降解地膜的 “环保标签”,而应重视其添加剂释放问题。这也呼吁研发无添加剂配方的地膜,并制定针对不同环境的地膜管理政策,以减轻土壤污染风险,为可持续农业实践保驾护航。

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