聚乙烯微塑料对火山灰土壤磷酸盐吸附-解吸行为的影响机制及其环境效应研究

本研究针对微塑料(PE-MPs)污染对火山灰土壤(VAS)中磷(P)生物有效性的影响机制展开探索，通过批平衡实验结合SEM-EDX、FT-IR等技术，揭示了PE-MPs通过弱范德华力和孔隙填充作用增强P吸附(吸附容量从49.55增至54.66 (mmol kg-1)(L mmol-1)1/n)，同时促进P解吸(解吸率提高1.02倍)，为评估微塑料对土壤养分循环及农业生态系统的影响提供了重要理论依据。

　　

在全球每年超过3.2亿吨塑料污染的背景下，微塑料(MPs)通过风化作用形成的<5 mm颗粒已对土壤生态系统构成严峻挑战。火山灰土壤(VAS)占全球陆地面积的0.84%，其特有的非晶质矿物对磷(P)的强固定作用导致作物养分匮乏，而MPs对土壤中P迁移转化的影响机制尚属空白。智利拉弗龙特拉大学等机构联合开展研究，首次揭示了聚乙烯微塑料(PE-MPs)对VAS中P吸附-解吸行为的影响规律，相关成果发表于《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》。

研究采用批平衡实验结合现代分析技术，主要方法包括：1) 通过KH₂PO₄浓度梯度(0.02-6.47 mmol L^-1)的吸附动力学/等温线实验；2) SEM-EDX和FT-IR表征PE-MPs表面元素组成及官能团变化；3) 采用Elovich和Freundlich模型拟合吸附数据；4) 通过连续水提取法评估P解吸行为。

PE-MPs剂量效应
1% PE-MPs添加使VAS的P吸附容量从49.55提升至54.66 (mmol kg^-1)(L mmol^-1)^1/n，SEM-EDX证实P在PE-MPs表面富集，FT-IR检测到962 cm^-1处P-O键特征峰，表明物理吸附主导作用。

pH依赖性
酸性条件(pH 4.5-6.5)下PE-MPs通过静电作用增强P吸附，碱性条件(pH>7)因表面负电荷排斥而减弱。△pH分析显示PE-MPs抑制了VAS中OH^-配体交换机制。

动力学机制
Elovich模型(r²≥0.985)表明化学吸附主导，PE-MPs使吸附速率常数α从2,987.67增至15,814.12 mmol kg^-1 min^-1。IPD模型三阶段扩散证实PE-MPs延缓P在液膜中的传输。

解吸特性
PE-MPs使P解吸率从70.83%升至72.40%，证实其作为P载体的环境风险。XRD显示PE-MPs结晶度未改变，说明P吸附未破坏其结构稳定性。

该研究首次阐明PE-MPs通过物理吸附和孔隙填充作用改变VAS中P的固-液分配平衡，其环境意义在于：1) 为MPs影响土壤养分循环提供机制解释；2) 预警MPs可能加剧P向地下水迁移的生态风险；3) 为火山灰农业区土壤管理策略制定提供科学依据。研究建议后续应关注MPs与其他营养元素(K、Cu等)的交互作用，以及长期田间条件下MPs的老化行为对土壤功能的影响。